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    對未來液壓技術的探討

    2021-11-10 15:30:44 277

    1.7 工業4.0智能化下未來的液壓技術概念

    1.7.1 液壓智能互聯數字化下的技術發展理念

    圖1-46 工業4.0時代液壓技術

    數字化網絡化智能化的基礎作用

    作為工業4.0的液壓技術發展觀(圖1-46),應該有四個大概念:

    1)在液壓工業4.0時代,AI人工智能軟件、芯片在內的集成與物聯網的的生態環境對于所有各類的液壓技術與產品全覆蓋。也就是像圖1-46所示那樣,在各類液壓核心元件的基礎上,一定有數字化基礎配套,完成設計、仿真與試驗環節;一定有網絡化基礎,產品可以實施通信,遠程診斷,利用云技術與大數據,完成服務環節;也必然有智能化基礎,實現元件與系統的自主控制與自主診斷。

    2)液壓本身應用領域必須向外拓展與延伸。

    液壓技術及其產品將從現在傳統的自動化領域中拓展出去。研究方向的視野應該更開闊??梢岳靡簤旱退僦本€等特性,簡單廉價來收集清潔能源的能量,通過蓄能器的儲能或水輪機等辦法去轉換成電能等,這包括風能、潮汐能、太陽能以及海水淡化后多余能量再利用,從而形成能動型液壓分支。

    還應該利用近年來靜液壓技術驅動技術有三項重大發展:靜液壓機械功率分流無極變速箱的批量制造成為工程機械傳動技術制高點、串聯型油液混合動力技術的靜液壓技術進入汽車產業大門、電控配流的靜液壓泵與馬達研制成功使靜液壓進入電液一體化與信息化大門,從而形成傳動型液壓分支。這一分支包括靜液壓驅動、靜液壓機械功率分流驅動、靜液壓與液力傳動結合、靜液壓與電力傳動結合以及油液混合動力靜液壓驅動。微機電系統MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)中的微液壓/微液控(Microfluidics),作為“智能灰塵”的顛覆性技術已經可以納入液壓技術新領域。目前MEMS的最大市場是智能手機,微流控技術是它的派生分支,90年代噴墨打印頭就是微液控的典型應用之一?!拔ⅰ弊指拍钍牵?.2-3mm尺寸的物體, 其內部結構一般在微米甚至納米量級,是一個獨立的智能系統。微機電系統是集微傳感器、微執行器、微機械結構、微電源微能源、信號處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信等于一體的微型器件或系統。是一項關系到國家的科技發展、經濟繁榮和國防安全的關鍵技術。其特點在于微型化、智能化、多功能、高集成度和適于大批量生產,并具有通過系統的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統的廣泛空間。微液壓在生物、傳感器等方面展示其應用新領域新方向。我國的MEMS廠商已經進入啟動,尚需趕快發展。

    3)液壓元件電液融合下的分布式液壓系統是大方向。未來液壓系統與執行結構集成并分散布局,電控分散布局但管理集中,實施能源智能管理。這個特點的體現是EHA(Electro-HydrostaticActuator),它是由“多電飛機”催生的液壓系統高度集成的新形態,體現了液壓元件與電機電控高度融合與集成的大方向,充分發揮液壓高功重比與電力電控的控制優勢,形成新一代電液智集成產品。首先稀土永磁無刷直流電機、變頻電機、步進電機、伺服電機等新技術新產品的發展大大提高了電力驅動系統與電控的性能。從長遠看由于電氣材料的磁飽和強度的進一步提高與蓄電續航能力的進一步增強,加上電控與互聯網的發展,電力驅動必將逐漸占主導地位。但是液壓技術的功重比高、頻響高、可帶載頻繁啟動與換向等仍然有不可替代的優勢,電力與液壓傳動將長期并存相互補充。目前應該發展功率型數字液壓,功率不斷增大;另一方面發展EHA,它是航空多電化的體現,也是市場新契機,不僅符合航空液壓的新要求,也符合工程機器人的發展要求,即使用于小功率的固定設備,多電化液壓也有其優點。

    液電融合體現液壓發展的新的理念:

    -- EHA將伺服等形式電機與液壓元件高度融合,數字、互聯與智能液壓相互融合。通過液壓元件與嵌入式傳感器、嵌入式微處理器相結合,發展智能數字比例通用液壓元件與系統(圖1-51)。

    -- EHA的高度集成與輕型化,加強了液壓功重比優勢,促使液壓元件向更高壓力(63MPa)與更小排量的液壓元件方向發展,將油的體積與質量明顯降低(圖1-55)。

    -- 少管化少線化,使維修護理簡化到極致。EHA管路幾乎難見;由于利用網絡、總線與遠程控制技術,布線少。

    -- 電機的雙向易于設法儲能節能,利用再生功率。

    -- 液壓元件或系統的控制器協同主機控制器,可以實現協同、分擔、分享、冗余等功能;

    -- 易于實現智能化的自主控制與自我診斷功能。


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