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工程机械发展对液压技术的需求动向 杨尔庄 Th e t r e n d o f d e ma n d s t o h y d r a u l i c t e c h no l o g y f o r d e v e l o p i n g c o ns t r u c t i o n ma c h i n e r y YANG Er z h u a n g 中国液压气动密封件工业协会， 北京 1 0 0 8 2 3 中图分类号 T U6 2 ； T H2 ； T H1 3 7 文献标识码 A文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 0 5 0 1 - 0 0 0 1 0 3 进入 2 1 世纪以来 ， 世界工程机械发展处于低迷状 态 ，平均增长率有下降趋势 ， 2 0 0 1 年 比 2 0 0 0年下降 2 ． 2 ％， 自2 0 0 3年开始 ， 工程机械销售额有一定增长， 以 日本为例 。 2 0 0 3年销售额约 1 0 0 亿美元 ，比 2 0 0 2 年增 长 1 5 ％， 其中内需为 5 2 4 7亿 E t 元 ， 增长 4 ％， 外需 出 口 为 6 2 9 6亿 日元 ， 约占总销售额的 1 ／ 2 ， 增长 2 0 ％， 外 需增长主要是 中国及亚洲市场需求激增的缘故。由于 E t 本对废气排出量有新 的限制 ， 使设备更新量增大 ， 例 如， 液压挖掘机增长 8 ％， 汽车起重机增长 1 2 ％。 据 E t 本 建设机械协会预测 ， 2 0 0 4年 E t 本工程机械将增长 9 ％， 达 l 1 0亿美元 ， 其 中液压挖掘机增长 1 6 ％， 小型挖掘机 增长 6 ％． 由于建设项 目减少内需增长仅为 2 ％， 而出口 增长为 1 5 ％， 主要是中国需求增加所致。 欧洲和北美地 区对工程机械需求有下降趋势。 我国工程机械在基础设施建设 、城市化建设及物 流现代化等三方需求拉动下 ， 其需求量将进入高峰期 ， 2 0 0 3年产品销售额达 1 0 0 0亿元水平，比 2 0 0 2年增长 3 4 ％， 国内市场 占有率达 7 6 ％ 包括独资、 合资企业 ， 2 0 0 3年进 口达 3 0 0 亿元人民币。 工程机械广泛采用液压传动与控制 ，是液压工业 的主要用户。据统计 ， 在液压工业销售额 中， 工程机械 占 3 5 ％～4 5 ％， 例如美 国为 4 5 ％， 德国为 3 5 ％， E t 本为 3 9 ． 8 ％ 不包括工程机械厂生产 的液压件 ，我 国约占 4 O ％。液压技术是决定工程机械性能、 质量的关键技术 之一 ， 它是工程机械向高速化 、 高可靠性 、 机电一体化、 长寿命、 提高工作效率 、 节能化 、 舒适化、 小型化等方向 发展的重要手段 ，它是工程机械现代化不可缺少的关 键技术。 1工程机械发展动 向及市场 需求 自2 0 世纪 9 0年代以来 ， 工程机械产品向多样化 、 大型化 、 节能化、 轻量化 、 系列化方 向发展， 不断提高竞 收稿 日期 2 0 0 4 ． 1 2 ． 2 8 作者 简 介 杨 尔庄 ， 男， 研究 员级 高 工， 中国 液压 气动 密封 件工 业协 会 高级 顾 问 。 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 1 2 0 0 5 争力 。 1 ． 1产品基本性 能改善． 实现差别化 1 大型化 为适应水利建设 、 填海工程 、 矿山建设 等大型工程需要 ， 需要研制大型挖掘机、 推土机等。 2 小型化 为适应城市施工 ， 需要操作方便、 移动 灵活的小型工程机械 ， 特别在欧美 、 日本等国家发展小 型工程机械很受重视。 3 高速化 不断提高移动速度和方向转换性能 ， 如国外轮式挖掘机移动速度已可达 6 0 k m／ h 。 4 高效率 提高作业效率。 5 轻量化 便于搬运和安装。 1 ． 2高性能化 、 多样化 ． 提高附加值 1 控制发动机和液压系统 的输出， 合理进行功率 匹配， 适应各种作业模式的需要。 2 各种作业模式和过程软件化。 3 电子化 ， 实现故障诊断。 4 各种执行器的安装及维护必须方便 。 1 ．3 产品向操作环境舒适化发展， 减轻操作者的疲劳强度 1 ．4适应环保要求， 减少废气排放 ， 降低噪声 1 ．5改善维护性能， 提高耐久性 1 消除早期故障 1 0 0 0 h ， 平均寿命达 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0h。 2 故障诊断的预测。 1 ． 6 节能化 通过广泛采用负荷传感系统和改进发动机性能来 实现节能化。 1 ． 7标 准化 、 系列化 、 通 用化 产品采用的基础件向标准化 、 系列化 、 通用化方 向 发展 ， 以便于组织集中生产， 提高产品质量 ， 降低成本。 2 工程机械的发展对液压系统和元件的需求动向 图 1 列出了工程机械的发展对液压系统和元件提 出的要求， 总的需求动向简述如下。 2 ． 1提高液压系统工作可靠性 ， 消除早期故障 液压元件和系统 的工作寿命应达到主机的大修期 1 维普资讯 要求 ， 即 1 0 0 0 0 h ， 液压元件如液压泵 、 马达等的工作寿 命应超过 1 0 0 0 0 h ， 早期故障应在 1 0 0 0 h以上。早期故 障主要由油液污染造成， 因此 ， 要注意液压系统装配过 程中的清洁度控制 ，并在系统中设置能保证系统清洁 度达到 N AS 8 ～9 级的过滤装置。 工程机 械课曩 液压元件和系统课题 图 1 工 程 机 械 发 展 与 液 压 技 术 2 ． 2 高压化 提高液压系统工作压力是主机实现轻量化 、小型 化、 节能化等要求的主要措施。 目前。 液压挖掘机工作压 力已要求达到 3 5 MP a ， 最高达 4 2 MP a， 压路机的静液 压驱动装置压力高达 4 8 MP a 。 推土机 、 装载机的液压系 统已从过去的工作压力 1 6 MP a 提高到 2 0 MP a ， 采用静 液压驱动的轮式装载机的工作压力也高达 4 2 MP a 。 2 ． 3 节省能耗 ， 提高工作效率 为适应环保和可持续发展的要求 。国外工程机械 行业对节能化十分重视 。 除发动机节能外 ， 液压系统也 要求节能化． 其主要措施有 1 负流量控制变量泵系统 它是一种负荷传感控 制 。 可根据主机负载要求 自动改变变量泵流量 ， 以达到 节能 目的。目前 。 日本 、 韩国和我国的独资 、 合资生产厂 生产的挖掘机广泛采用这种系统。 2 L UV D变量泵控制系统 它是力士乐公司在原 负荷传感系统基础上开发的技术 ，泵的流量与负载需 要相匹配，减少了空流和节流损失 ，从而达到节能 目 的， 西欧生产的挖掘机广泛采用这种系统。 3 速度感应控制 其节能原理是根据发动机转速 2 控制变量泵流量 ， 使液压泵充分利用发动机功率 ． 从而 达到节能 目的。 4 流量放大转向系统和开式负荷传感系统 该系 统 由定量泵和带负荷传感控制的多路阀组成 。 它可以最 大限度地减少能量的损失， 广泛用于推土机和装载机。 5 液压系统根据作业需要改变作业模式 如 E P 、 H P作业模式。 6 二次调节控制 能量再生控制 如挖掘机升降 臂的多余能量和回转制动能量的再利用等。 2 ． 4 广 泛应用静液压驱动 装置 HS T 如德国利勃海尔和蔡特曼公司生产的装卸机 、 压 路机 、水泥搅拌运输车和道路机械等都广泛采用了静 液压驱动装置 。 取代了原来的液力机械传动 。 大大简化 了结构 。 操作维修方便。 2 ．5适应环保要求。 降低液压 系统噪声和防止漏油 采用螺纹插装阀， 减少管道和管路振动 ， 减少漏油 机率。发展零泄漏系统。 2 ．6采用集中润滑 系统。 减少保养和维修 2 ． 7 采用 电子控制 ， 实现智 能化 除对液压系统运行状态进行监控和故障诊断外 ， 更重要的是对整机实行全电子控制 。 应用电子技术 、 计 算机技术解决液压泵和多路阀的流量分配问题 ，以及 泵和发动机的功率匹配问题。 应用现场总线技术 F i e l d B u s 可实现高水平的信 息系统 ， 简化液压系统的安装 ， 节省大量导线和接头 ， 便于维护系统运行 、 监测和故障诊断。 3 我国需要重点支持和发展的供工程机械用的液压件 工程机械液压系统所用的液压元件直接影响到工 程机械工作的可靠性 、 工作寿命及其性能 。 因而国内外 对此都十分重视 。 并不断改进和创新。 总的要求是 提高 工作可靠性、 节省能耗 、 机 电一体化、 降低噪声、 防止漏 油 。 提高动态性能和精度， 易于实现集成化 ， 便于维修。 工程机械所用的关键液压件包括液压泵 、 马达 、 多 路阀 整体和片式 、 液压缸、 精密过滤器等。 3 ． 1 液 压 泵 3 ． 1 ． 1轴向柱塞泵 广泛用于液压挖掘机 、道路机械等行走机械液压 系统。主要有斜轴式轴向柱塞泵和通轴式轴向柱塞泵 两种。 1 斜轴式轴向柱塞泵这种泵具有变量范围大 轴线夹角为 4 0 。 、工作转速较高、有较强的 自吸能 力 、 耐污染能力强 、 耐冲击和寿命长等优点 ， 缺点是变 量响应特性差 ， 采用双泵时需要分动箱 ， 结构体积大。 目前 。 这种泵在我国及欧美 已得到广泛应用。在 2 0 世 液压气动与密封／ 2 0 0 5年第 l期 维普资讯 纪 8 0年代 ， 我国从德国力士乐公司引进了斜轴式轴向 柱塞泵 ， 规格系列齐全 ， 产品质量和性能得到了不断提 高。该泵的主要参数是工作压力 4 5 MP a 、排量 2 8 ～ 1 8 0 mL ／ r 6个系列 ， 具有各种变量形式 ； 工作压力 3 5 a 、 排量 2 0 0 ～1 0 0 0 mL／ r ， 具有各种变量形式。 2 通轴式轴向柱塞泵 该类泵已广泛用于行走机 械的闭式和开式系统。其主要优点是 1 便于集成化， 可与阀组合安装。 2 泵与泵可串联安装 ， 不需分动箱 ， 可直接与发动 机连接。 3 动态性能好 ， 能满足机电一体化技术和负荷传 感技术对变量特性的要求。 4 体积小 、 重量轻、 功率密度大。 该类泵用在挖掘机开式系统上时 ，其主要参数是 工作压力 3 5 4 2 MP a 、 排量 5 5 ～1 8 0 mL ／ r ， 并具有负荷 传感等 多种变量 形式 ，如 川 I 崎 K 3 V 系列和力士乐 A 2 0 V O系列、 L e b h e r r L P V D1 0 0 、 东芝 P W系列 、 小松 阳 V系列等产品都适用于用在挖掘机上。 该类泵用在行走机械闭式系统时， 其主要参数是 工作压力 3 5 4 5 MP a 、 排量 4 0 ～1 2 5 mL ／ r 4种规格 ， 具有多种变量形式。 3 ． 1 ．2齿轮泵 齿轮泵广泛用于装载机、 推土机等液压系统 ， 工作 可靠 ， 耐污染能力强， 价格低廉 ， 可实现多泵串联。 高压 大流量齿轮泵在大型工程机械中用 ，要求其工作压力 为 2 0 、 2 5 MP a ，排量达 4 0 ～1 2 5 mL ／ r ，转速为 2 0 0 2 5 0 0 r ／ mi n ． 噪声低于 7 0 7 5 d B A 。 在中小型工程机械中用高压齿轮泵 ，要求其工作 压力为 2 0 、 2 5 a ，排量为 2 ～5 0 mL ／ r ，最高转速达 3 0 0 0 4 0 0 0 r ／ mi n ， 噪声低于 6 0 7 0 d B A 。 3 ． 2 液 压 马 达 挖掘机的行走驱动装置和回转驱动装置由液压马 达 通轴式或斜轴式 和行星齿轮减速机组成 ， 两者合 为一体 ， 具有高效 、 结构紧凑、 有利于功率匹配等优点。 行走驱动装置的液压马达一般采用通轴式液压马达 ， 具有单点式和两点式变量机构 ，还可集成限速阀和双 向过载阀． 以防止挖掘机下坡时液压马达超速 ， 两点式 变量机构可根据不同的行驶阻力改变轴扭矩和行走速 度． 液压马达输出轴上带有制动器。回转驱动装置中的 液压马达广泛采用斜轴式液压马达 ，由于转动部件的 转动惯量小、 启动特性好、 效率高、 耐冲击 ， 而挖掘机又 启动频繁 ，故采用斜轴式液压马达能较好地满足主机 要求。 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s／ No． 1 2 0 0 5 对液压马达要求的参数与上海帝人制机、中国力 士乐北京工厂、川 I 崎 M2 X系列以及小松 G M 系列和 K MF的产品相当。 3- 3 液压 阀 门 在工程机械中主要采用整体式多路阀和片式多路 阀。 挖掘机用的整体多路阀 ，一般有 6 ～8个阀芯， 其 主要优点如下 1 减少管路 、 便于安装 ， 减少管路连接处漏油 的 机率。 2 可实现内部合流 ， 满足挖掘机动臂 、 斗杆、 铲斗 的合流要求 。 3 控制行走机构的阀芯具有制动性能。 4 保证 回转油路优先。 5 在多路阀上集成一个补偿阀， 可保证在行走的 同时还能完成其他各执行器的动作 。 6 具有 良好的微调特性。 日本东芝 、 小松 ， 德国博世 ． 力士乐都有这类产品， 目前我国尚不能生产。 其主要参数是额定压力为 3 5 MP a 、最高压力 4 5 MP a ． 额定流量为 2 0 0、 3 0 0和 4 0 0 L ／ ra i n ， 具有 负荷传 感功能。 3 ． 4重载液压缸 它主要用于挖掘机等工程机械 ，应具有耐冲击和 抗弯曲等特性。其主要参数是工作压力为 3 5 MP a ， 最 高能到 4 2 ]V [ P a ，缸径要求 9 0 ～1 6 0 rea l ，最大行程为 1 0 0 0 1 6 0 0 rai n。 4 结束语 液压技术广泛应用于工程机械 ，它对主机产品性 能的提高起着十分重要的作用 ，今后液压行业应不断 跟踪并移植信息技术、 计算机技术 、 摩擦磨损技术 、 自 动控制技术 、 新工艺、 新材料等成果 ， 不断创新 ， 努力发 展电液压技术 ， 以满足工程机械发展的需要。 在可预见的将来 ，具有节省能耗的 自由活塞内燃 液压泵、 无活塞发动机 ． 液压泵 、 恒压力线路 C P S 及 液压变压器等新 的传动技术 的研制成功并获得应用 后 ． 将会给工程机械带来重大的变革。 参考文献 【 l 】王四新， 吴元道． 浅谈挖掘机的液压系统和元件 ． 北京 中国液压气 动密封件工业协会 ， 1 9 9 9 ． 【 2 】杨尔庄． 液压技术的发展动向及展望【 J 】 ． 液压气动与密封， 2 o o 3 ， 4 ． 【 3 】杨尔庄． 日本工业液压系统节能化动向【 J 】 ． 液压气动与密封2 o o 4 ， 4 ． 3 维普资讯