第1章 水利工程液壓啟閉機技術的發展及應用概述

1.1 國內液壓技術的發展

液壓傳動是以液體作為工作介質對能量進行傳動和控制的一種傳動形式。利用有壓的液體經由一些機件控制之后來傳遞運動和動力。相對于機械傳動而言，液壓傳動具有輸出力大、重量輕、慣性小、調速方便以及易于控制等優點，因而廣泛應用于工程機械、建筑機械和機床等設備上。

由于要使用原油煉制品來作為傳動介質，近代液壓傳動技術是由19世紀崛起并蓬勃發展的石油工業推動起來的。國外最早實踐成功的液壓傳動裝置是艦船上的炮塔轉位器，其后出現了液壓六角車床和磨床，一些通用車床到20世紀30年代末才用上了液壓傳動。在第二次世界大戰期間，一些兵器用上了功率大、反應快、動作準的液壓傳動和控制裝置，大大提高了兵器的性能，也大大促進了液壓技術的發展。第二次世界大戰后，液壓技術迅速轉向民用，并隨著各種標準的不斷制訂和完善，各類元件的標準化、規格化、系列化而在機械制造、工程機械、材料科學、控制技術、農業機械、汽車制造等行業中推廣開來。

我國的液壓技術工業開始于20世紀50年代，目前正處于迅速發展、提高的階段。其產品最初只用于機床和鍛壓設備，后來才用到拖拉機和工程機械上。自1964年從國外引進一些液壓元件生產技術，同時自行設計液壓產品以來，我國的液壓件生產已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的應用。20世紀80年代起更加速了對國外先進液壓產品和技術的有計劃引進、消化、吸收和國產化工作，以確保我國的液壓技術能在產品質量、經濟效益、研究開發等各個方面全方位地趕上世界水平。隨著工業迅猛發展并逐日發展壯大，相繼建立了科研機構和專業生產廠家，從事液壓技術研究和液壓產品生產。他們不但能生產液壓泵、液壓閥等液壓元件，還設計制造了許多新型液壓元件，如電液比例閥、電液伺服閥等。至2000年以后，已形成了我國液壓元件產品的生產系列。

液壓技術的發展正向著高效率、高精度、高性能方向邁進。液壓元件向著體積小、重量輕、微型化和集成化方向發展，交流液壓等新興的液壓技術正在開拓。又由于計算機的應用，更大大地推進了液壓技術的發展，像液壓系統的輔助設計、計算機仿真和優化、微機控制等工作，也都取得了顯著成果。目前，液壓技術在實現高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經久耐用，高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善比例控制、伺服控制、數字控制等技術上也有許多新成就。液壓技術的不斷發展體現在如下一些比較重要的特征上。

（1）提高元件性能，創制新元件，體積不斷縮小。為了能在盡可能小的空間里傳遞盡可能大的功率，液壓元件的結構不斷地在向小型化發展。市場上出現了一種新型的被稱為“肌腱”的執行元件，它的形狀像一根兩端有接頭的軟管，把它接入系統使用時，它的徑向和軸向都會發生伸縮，軸向的伸縮量可達其總長的15%~30%。在相同條件下，它的作用力是普通汽缸的10倍。這種元件抗污染，運動時不會產生抖動，在有些場合還可用它的徑向膨脹去夾持工件等，是一種極有應用前景的元件，而微型元件也得到發展，如活塞直徑小到2.5mm的汽缸，10mm寬的氣閥以及相關的輔助元件已成為系列化產品。由于這些元件能在0.2~0.7MPa壓力下工作，所以可被方便地集成到標準的系統中。新小型閥，在流量相同時，它的體積僅是過去的7%。這些小微型的元件已被應用于精密機械加工、電子、制藥、食品加工和包裝等行業。

（2）高度的組合化、集成化和模塊化。液壓系統由管式配置、板式配置、箱式配置、集成塊式配置發展到疊加式配置、插裝式配置，使連接的通道越來越短。也出現了一些組合集成件，如把液壓泵和壓力閥作成一體，把壓力閥插裝在液壓泵的殼體內，把液壓缸和換向閥作成一體，只需接一條高壓管與液壓泵相連，一條回油管與油箱相連，就可以構成一個液壓系統。這種組合件不但結構緊湊，工作可靠，而且簡便，也容易維護保養。

（3）與微電子結合，走向智能化。液壓技術從20世紀70年代中期起就開始和微電子工業接觸，并相互結合。在迄今40多年時間內，結合層次不斷提高，由簡單拼裝、分散混合到總體組合，出現了多種形式的獨立產品，如數字液壓泵、數字閥、數字液壓缸等，其中的高級形式已發展到把已編程的芯片和液壓控制元件、液壓執行元件或能源裝置、檢測反饋裝置、數模轉換裝置、集成電路等匯成一體，這種匯在一起的聯結體只要一收到微處理機或微型計算機輸送來的信息，就能實現預先規定的任務。

液壓技術的智能化階段雖然開始不久，但是從它的實踐成功的事例來看，成果已非常誘人。例如：折臂式小汽車裝卸器能把小汽車吊起來，拖入集裝箱內，按最緊湊的排列位置堆放好，最多時能裝入8輛；裝卸器內裝有微型計算機，它能按預定程序操縱8個液壓缸，在傳感器的配合下協調連桿機構的動作，完成堆裝任務；卸車時的操作按相反的順序協調動作。

總之，液壓技術在與微電子技術緊密結合后，在微型計算機或微處理機的控制下，可以進一步拓寬它的應用領域，各種形式的機器人和智能元件的使用不過是它最常見的例子而已。現在國外已在著手開發多種行業能通用的智能組合硬件，它們只需配上適當的軟件就可以在不同的行業中完成不同的任務。這樣一來，用戶的主要技術工作將只是挑選，改編或自編計算程序。

綜上所述可知，液壓元件將向高性能、高質量、高可靠性、系統成套方向發展；向低能耗、低噪聲、低振動、無泄漏以及污染控制、應用水基介質等適應環保要求方向發展；開發高集成化高功率密度、智能化、機電一體化以及輕小型、微型液壓元件；積極采用新工藝、新材料和電子、傳感等高新技術。液壓工業在國民經濟中的作用是很大的，它常常可以用來作為衡量一個國家工業水平的重要標志之一。與世界上發達國家相比，我國的液壓技術產品工業還存在一定差距，標準化工作有待于進一步完善，優質化的工作須形成聲勢，智能化的工作則剛剛準備起步，為此必須急起直追，才能迎頭趕上。可以預見，為滿足國民經濟發展需要，液壓技術也將繼續獲得飛速的發展，它在我國各行業中的應用將越來越廣泛。