第1章 水利工程液压启闭机技术的发展及应用概述

1.1 国内液压技术的发展

液压传动是以液体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。利用有压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。相对于机械传动而言，液压传动具有输出力大、重量轻、惯性小、调速方便以及易于控制等优点，因而广泛应用于工程机械、建筑机械和机床等设备上。

由于要使用原油炼制品来作为传动介质，近代液压传动技术是由19世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的。国外最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用车床到20世纪30年代末才用上了液压传动。在第二次世界大战期间，一些兵器用上了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置，大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。第二次世界大战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善，各类元件的标准化、规格化、系列化而在机械制造、工程机械、材料科学、控制技术、农业机械、汽车制造等行业中推广开来。

我国的液压技术工业开始于20世纪50年代，目前正处于迅速发展、提高的阶段。其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。自1964年从国外引进一些液压元件生产技术，同时自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的应用。20世纪80年代起更加速了对国外先进液压产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。随着工业迅猛发展并逐日发展壮大，相继建立了科研机构和专业生产厂家，从事液压技术研究和液压产品生产。他们不但能生产液压泵、液压阀等液压元件，还设计制造了许多新型液压元件，如电液比例阀、电液伺服阀等。至2000年以后，已形成了我国液压元件产品的生产系列。

液压技术的发展正向着高效率、高精度、高性能方向迈进。液压元件向着体积小、重量轻、微型化和集成化方向发展，交流液压等新兴的液压技术正在开拓。又由于计算机的应用，更大大地推进了液压技术的发展，像液压系统的辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也都取得了显著成果。目前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用，高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就。液压技术的不断发展体现在如下一些比较重要的特征上。

（1）提高元件性能，创制新元件，体积不断缩小。为了能在尽可能小的空间里传递尽可能大的功率，液压元件的结构不断地在向小型化发展。市场上出现了一种新型的被称为“肌腱”的执行元件，它的形状像一根两端有接头的软管，把它接入系统使用时，它的径向和轴向都会发生伸缩，轴向的伸缩量可达其总长的15%~30%。在相同条件下，它的作用力是普通汽缸的10倍。这种元件抗污染，运动时不会产生抖动，在有些场合还可用它的径向膨胀去夹持工件等，是一种极有应用前景的元件，而微型元件也得到发展，如活塞直径小到2.5mm的汽缸，10mm宽的气阀以及相关的辅助元件已成为系列化产品。由于这些元件能在0.2~0.7MPa压力下工作，所以可被方便地集成到标准的系统中。新小型阀，在流量相同时，它的体积仅是过去的7%。这些小微型的元件已被应用于精密机械加工、电子、制药、食品加工和包装等行业。

（2）高度的组合化、集成化和模块化。液压系统由管式配置、板式配置、箱式配置、集成块式配置发展到叠加式配置、插装式配置，使连接的通道越来越短。也出现了一些组合集成件，如把液压泵和压力阀作成一体，把压力阀插装在液压泵的壳体内，把液压缸和换向阀作成一体，只需接一条高压管与液压泵相连，一条回油管与油箱相连，就可以构成一个液压系统。这种组合件不但结构紧凑，工作可靠，而且简便，也容易维护保养。

（3）与微电子结合，走向智能化。液压技术从20世纪70年代中期起就开始和微电子工业接触，并相互结合。在迄今40多年时间内，结合层次不断提高，由简单拼装、分散混合到总体组合，出现了多种形式的独立产品，如数字液压泵、数字阀、数字液压缸等，其中的高级形式已发展到把已编程的芯片和液压控制元件、液压执行元件或能源装置、检测反馈装置、数模转换装置、集成电路等汇成一体，这种汇在一起的联结体只要一收到微处理机或微型计算机输送来的信息，就能实现预先规定的任务。

液压技术的智能化阶段虽然开始不久，但是从它的实践成功的事例来看，成果已非常诱人。例如：折臂式小汽车装卸器能把小汽车吊起来，拖入集装箱内，按最紧凑的排列位置堆放好，最多时能装入8辆；装卸器内装有微型计算机，它能按预定程序操纵8个液压缸，在传感器的配合下协调连杆机构的动作，完成堆装任务；卸车时的操作按相反的顺序协调动作。

总之，液压技术在与微电子技术紧密结合后，在微型计算机或微处理机的控制下，可以进一步拓宽它的应用领域，各种形式的机器人和智能元件的使用不过是它最常见的例子而已。现在国外已在着手开发多种行业能通用的智能组合硬件，它们只需配上适当的软件就可以在不同的行业中完成不同的任务。这样一来，用户的主要技术工作将只是挑选，改编或自编计算程序。

综上所述可知，液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、低振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型、微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。液压工业在国民经济中的作用是很大的，它常常可以用来作为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。与世界上发达国家相比，我国的液压技术产品工业还存在一定差距，标准化工作有待于进一步完善，优质化的工作须形成声势，智能化的工作则刚刚准备起步，为此必须急起直追，才能迎头赶上。可以预见，为满足国民经济发展需要，液压技术也将继续获得飞速的发展，它在我国各行业中的应用将越来越广泛。