工程機(jī)械液壓關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢

楚東來　林春城

引言

工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)由行走裝置液壓系統(tǒng)、作業(yè)裝置液壓系統(tǒng)和操縱裝置（含轉(zhuǎn)向、制動等）液壓系統(tǒng)等幾部分組成，其中每一部分一般又由若干個子系統(tǒng)組成。基于上述要求，工程機(jī)械液壓系統(tǒng)一般是多泵、具有壓力與流量適應(yīng)能力和先導(dǎo)操縱功能的液壓系統(tǒng)。

隨著科技的發(fā)展與環(huán)保節(jié)能日漸嚴(yán)格的要求，作為工程機(jī)械液壓技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，故障檢測與診斷技術(shù)、工作介質(zhì)替代技術(shù)、系統(tǒng)仿真技術(shù)都取得了新的發(fā)展。

1、故障檢測與診斷技術(shù)

由于工程機(jī)械產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作環(huán)境十分惡劣，故障發(fā)生頻繁，種類繁多，檢測復(fù)雜。。工程機(jī)械的故障檢測與診斷技術(shù)成為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容。按照檢測對象的不同可以分為基于液壓裝置信息和基于油液污染的故障檢測與診斷兩類。隨著液壓技術(shù)向電子化和智能化不斷發(fā)展，以及液壓系統(tǒng)的不斷復(fù)雜，人工巡回檢測和人工故障診斷等傳統(tǒng)故障檢測診斷技術(shù)已經(jīng)無法適應(yīng)液壓技術(shù)的發(fā)展，逐漸被智能化、實(shí)時在線故障診斷技術(shù)所取代。

1.1基于液壓裝置信息檢測的故障檢測與診斷

基于液壓裝置信息的故障檢測與診斷技術(shù)利用傳感器對單個液壓元件和整個系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、振動等動態(tài)特征信號進(jìn)行實(shí)時在線檢測、分析處理，利用特征信號進(jìn)行故障診斷。由于實(shí)際液壓系統(tǒng)元件常常具有嚴(yán)重的非線性特征，使得傳統(tǒng)的故障診斷方法無法對故障準(zhǔn)確診斷。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)學(xué)方法的運(yùn)用，基于小波分析、魯棒法、模糊診斷、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷和專家系統(tǒng)診斷等現(xiàn)代智能診斷方法開始逐步在液壓故障診斷中得到應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)智能化、實(shí)時在線的故障檢測與診斷。

1.2基于油液污染檢測的故障檢測與診斷

基于油液污染檢測的故障檢測診斷方法可分為基于油液的顆粒污染度和基于油液理化性質(zhì)分析的檢測與診斷方法。

兩者都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)＜抑R，分別建立油液顆粒污染度和油液理化性質(zhì)變化與液壓系統(tǒng)及元件狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系庫，運(yùn)用專家推理機(jī)制，預(yù)測和判定系統(tǒng)故障。由于基于油液理化性質(zhì)分析的故障診斷方法需要對油液理化性質(zhì)進(jìn)行細(xì)致分析，檢測周期長，因此不適合在線檢測，但在重要液壓系統(tǒng)的準(zhǔn)確可靠診斷方面有較大的發(fā)展前景。而基于油液污染度檢測方法的發(fā)展經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)室取樣分析檢測—便攜式檢測儀檢測—在線檢測儀檢測的過程，向智能化、實(shí)時在線診斷與檢測方向發(fā)展。

2、工作介質(zhì)替代技術(shù)

液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，其物理化學(xué)性質(zhì)直接影響到液壓系統(tǒng)的工作效能。液壓介質(zhì)性能水平的提高對于現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展功不可沒[4]。隨著節(jié)能環(huán)保要求的不斷嚴(yán)格，替代工作介 質(zhì)具有更為廣闊的應(yīng)用前景，并且呈現(xiàn)多樣化的趨勢。這里只介紹兩種典型的替代工作介質(zhì)：磁流變液和水。

2.1磁流變液

磁流變液能夠在磁流變液壓閥（轉(zhuǎn)換器）的控制作用下，完成驅(qū)動器（執(zhí)行裝置）的動作。在這種系統(tǒng)中，液壓閥是一種無移動元件的比例控制閥，它主要由裝有線圈、鐵芯的導(dǎo)磁體及連接入口、出口并穿過導(dǎo)磁體的流體通道等元件構(gòu)成。當(dāng)磁流變液流經(jīng)磁流變閥門時，磁場作用于磁流變液，使磁流變液的粘度隨外加磁場強(qiáng)度變化而變化，導(dǎo)致流經(jīng)閥門的阻力及閥門入口的壓力增加，因而可減慢或停止液體的流動。磁流變液壓閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、價格便宜、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，相比之下，傳統(tǒng)的液壓比例閥顯得即昂貴又易磨損。

2.2水

隨著材料科學(xué)和制造技術(shù)的發(fā)展，液壓元件密封、自潤滑、抗腐蝕等能力的提高，采用普通水或天然海水作為工作介質(zhì)成為可能。水壓傳動在歐、美國家已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化學(xué)、造紙、木材加工、環(huán)境工程等一些對安全和清潔要求較高的行業(yè)。隨著新型材料液壓元件的應(yīng)用，采用水壓傳動的工程機(jī)械的比例會不斷增大。

3、液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)

伴隨著液壓系統(tǒng)的廣泛使用，液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)也逐漸得到發(fā)展。現(xiàn)行液壓仿真軟件主要特點(diǎn)有圖形操作界面、多領(lǐng)域建模仿真、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)化模型庫。從仿真軟件的發(fā)展和仿真軟件的功能可以看出，仿真技術(shù)出現(xiàn)了如下幾個發(fā)展趨勢：

（1）向三維仿真發(fā)展

隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的一維和二維仿真技術(shù)已經(jīng)無法滿足液壓技術(shù)仿真的需要，三維流場分析能夠更加準(zhǔn)確的反映液壓系統(tǒng)中液壓流場的真實(shí)情況，配合分析結(jié)果和分析過程三維流場的可視化技術(shù)，能夠更加直觀的描述液壓系統(tǒng)中的三維流場。

（2）向流場耦合分析仿真發(fā)展

由于液壓系統(tǒng)涉及到機(jī)械和流體（隨著磁流變液技術(shù)的發(fā)展，還涉及到電磁），液壓流場中包括液-固、液-氣（液-磁）的多相耦合。因而同時考慮熱力場和應(yīng)力場等多場耦合問題的求解越來越成為液壓流場分析的重要研究內(nèi)容。

（3）向機(jī)電液一體化系統(tǒng)分析仿真發(fā)展

隨著液壓系統(tǒng)電子技術(shù)的廣泛運(yùn)用，液壓系統(tǒng)機(jī)電液一體化趨勢明顯，因此能夠同時建立機(jī)械、電氣及液壓結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，并能把三者有機(jī)地結(jié)合起來的仿真軟件將越來越受到青睞。

5 結(jié)論

綜述了液壓系統(tǒng)的故障檢測與診斷技術(shù)、工作介質(zhì)替代技術(shù)以及液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，得出了液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面：

（1）故障檢測與診斷技術(shù)向智能化、實(shí)時在線檢測與診斷方向發(fā)展。

（2）工作介質(zhì)多樣化，采用水壓傳動的工程機(jī)械的比例會不斷增大。

（3）液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)向三維仿真、多流場耦合分析仿真、機(jī)電液一體化系統(tǒng)分析仿真發(fā)展。

（作者單位：1.中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院，2.中國人民解放軍軍事交通學(xué)院）

作者簡介

楚東來，1990年出生，男，吉林長春人，在讀碩士研究生.