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2.1 液压行业现状
2.1.1 产业规模
目前,我国液压元件生产企业共有1000多家,其中规模以上企业300多家。据中国液压气动密封件工业协会不完全统计,2015年90家重点联系企业拥有固定资产净值86亿元,从业人员近5万人。
1.工业总产值
据中国液压气动密封件工业协会统计,2018年,液压行业重点联系企业完成工业总产值224.4亿元,同比增长21.4%;完成工业销售产值216.4亿元,同比增长18.6%,产销率为101.2%,完成累计订货额240.6亿元。液压行业经济运行呈平稳增长态势。
2.产品进出口情况
据中国机械工业联合会汇总的海关统计数据:2018年,液压产品进口26.61亿美元,同比增长20.4%;液压产品出口10.85亿美元,同比增长26.8%。贸易逆差为15.76亿美元。
3.产品产销存情况
目前,我国液压行业已经成为世界制造大国。2018年,我国液压元件产量达到1613多万台(件),是1952—1962年产量之和的300多倍。2018年液压行业重点联系企业液压产品产、销、存情况见表2-1。液压产品构成比例如图2-1所示。
表2-1 2018年液压行业(84家)重点联系企业液压产品产、销、存汇总
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图2-1 液压产品构成比例
2.1.2 为重大装备配套情况
2005—2018年,我国装备制造业迅猛发展,液压行业企业为重点工程和重大技术装备自主化做出了突出贡献,在这个过程中企业自身也得到了长足的发展。行业企业自主创新能力进一步加强,产品结构日趋合理,发展方式也开始发生转变,企业效益越来越好。
液压行业重点企业以市场需求为导向,承担了国家“863”计划、科技支撑计划、产业技术成果转化计划、火炬计划和省级科技攻关计划、重点技术创新计划、科技成果推广计划、重大科技专项计划及信息化建设计划项目,取得显著成绩。
液压行业企业为我国重大装备和重点工程提供了大量的元件和系统,满足了主机配套要求,取得重大技术突破。
1.为航空航天工程提供配套
例如:为苏—27、歼10等机型提供了液压柱塞泵/马达,用于神箭系列火箭、神舟系列飞船和嫦娥工程提供的液压元件以及火箭发射架液压系统,是国产液压元件和系统在国家重大装备上应用的成功范例,证明了国产液压元件为国家重大工程项目配套的能力和水平。
酒泉航天基地火箭发射架液压系统全部是国内液压公司设计、制造。迄今为止,酒泉航天基地火箭发射塔架保证了神舟系列发射任务的圆满完成。
在我国首颗探月卫星“嫦娥一号”的发射任务中,国产的“057工程3号工位平台、电摆杆液压系统及液压缸”因性能稳定、工作可靠受到中国西昌卫星发射中心表彰。西昌卫星发射中心3号塔发射架液压系统及2号塔液压系统均为国内企业设计制造。
2.为舰船提供液压元件和相关系统
舰船用液压元件和系统为国内最新型军舰配套,提高了舰船的使用寿命、可维修性和可靠性。
3.为大型水利工程提供配套
国内企业已完成长江三峡二、三期工程的启闭机、提船机等大型液压控制系统近30套。完成其他水工项目,如清江隔河岩水利枢纽,九龙江水利工程,云南澜沧江小湾、糯扎渡、景洪水电站,湖北清江水布垭电站,重庆乌江彭水水电站,广西红水河龙滩水电站,湖北丹江口水电站,以及贵州北盘江光照水电站等水利工程用升船机和启闭机液压系统的设计和制造、调试、安装等工作。
4.为大型冶金设备提供液压元件和系统
我国冶金设备的液压系统已经由国内企业研制,国产液压系统、密封件等已广泛应用于宝钢、鞍钢、武钢、攀钢等国内冶金企业生产的各种轧机上,如鞍钢2150热连轧机、1850热连轧机、1500平整机、4300~5500mm宽厚板轧机、连轧管机组,东日照钢厂2150轧机,津西钢厂H型钢轧机,一重集团900mm轧机,以及山东富伦钢厂1000mm热连轧阀台等。
燕山大学在单机架液压AGC控制系统中,研发了具有高稳定性的多环协调控制技术、液压AGC控制系统故障诊断等综合控制技术,可在普通中宽带四辊轧机上生产出带厚差达±2μm的精密带钢,使国产单机架液压AGC控制系统的控制精度达世界领先水平。
5.液气密产品在北京奥运会、残运会上扬威
液气密行业为2008年北京奥运会和残奥会提供了大量产品,如由国内多家企业承制的奥运火炬塔液压控制系统,开幕式梦幻地球举升液压系统,闭幕式记忆塔举升液压系统,残奥会开幕式白玉盘四季翻转液压系统,残奥会闭幕式舞台背景翻转自动控制系统,并为奥运场馆和设施提供了大量的产品。液气密行业为举世瞩目的2008年北京奥运会和残奥会开(闭)幕式获得极大成功做出了重大贡献,展示了我国液气密行业的整体实力和水平。
6.重点改造项目产业化能力超过设计纲领
国家“八五”液压件与密封件补充专项中的重点项目高压通用液压阀的设计生产纲领为35.62万件,2010年产出超100万件,超出设计纲领181%。
国家“九五”双加技术改造项目液压泵/马达的设计生产纲领为1.2万台,2010年产出超过5.0万台,超出设计纲领317%。
7.高速铁路架桥成套特种装备
为高速铁路架桥研发了900t运梁车和900t提梁机。其中,900t运梁车整车由车架、悬架、枕梁、动力仓及驾驶室组成,能够配合多种形式的铁路客运专线架桥机完成协同作业。运梁车的驱动、转向、悬架和支腿等操作均采用电液比例控制,驱动采用闭式液压回路,解决了运梁车行走过程中轮胎差速、差力和发动机匹配等问题;转向、悬架和支腿等采用闭心式负荷传感液压系统,使系统结构紧凑,可控性好,节能,并在此基础上开发了基于CAN总线的电气控制系统、自动辅助驾驶系统、遥控操作系统、定位和防撞故障诊断系统,使其具有较高的智能化水平。900t运梁车各项指标达到了国外同类产品的性能指标,整体水平达到世界先进水平
液压行业企业还为国家重大工程和重大技术装备提供了大量的关键液压元件和液压系统,如千吨级超大液压缸,直径500m的超大直径球面射电天文望远镜用液压作动缸等。液压行业为重大装备和重点工程配套情况见表2-2。
表2-2 液压行业为重大装备和重点工程配套情况
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(续)
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(续)
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(续)
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(续)
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(续)
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(续)
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(续)
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(续)
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(续)
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(续)
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2.1.3 科技成果
自20世纪60年代以来,国家一直将液压、液力、气动、密封等重要基础件技术和产品列为重点支持发展的产品和关键技术。自20世纪80年代以来,液压行业通过大量引进国外先进技术并加以消化吸收,逐渐步入自行开发阶段。特别是近十余年来,液压行业坚持机电液气一体化发展方向,借助于微电子技术、信息化、自动控制技术、摩擦磨损技术、润滑技术,以及新材料新工艺成果,加大产品开发投入,加快产品开发速度,液压新产品新技术不断涌现,硕果累累。
1.盾构装备自主设计制造关键技术及产业化
浙江大学杨华勇院士领衔的“盾构装备自主设计制造关键技术及产业化”项目获得国家科技进步奖一等奖。盾构装备是地铁、公路、铁路、水利和国防等基本建设急需的重大装备,其关键技术难度高、附加值大,反映了一个国家装备制造业的水平。项目围绕盾构装备掘进失稳、失效和失准三大难题,攻克了盾构装备自主设计制造关键技术,研发出土压、泥水和复合三大类盾构系列产品,形成了自主设计制造能力,实现了产业化。揭示了密封舱压力分布规律,发明了密封舱压力动态平衡控制方法,突破了多系统协调控制技术,研制了相应控制系统,提高了界面稳定性,解决了因界面失稳导致地面塌陷的难题;提出盾构载荷顺应性设计方法,据此研制出刀盘刀具、推进及驱动等子系统,使掘进中突变载荷对装备的冲击减少了30%以上,保护了关键部件,解决了因载荷突变导致系统失效的难题;提出基于盾构姿态预测的推进控制方法,可实时预测盾构位姿变化趋势,调整液压缸分区控制,发明了盾构推进压力/流量复合纠偏技术,研制出盾构推进系统,解决了因掘进方向失准造成盾构掘进偏离设计轴线的难题。
该项目已获授权发明专利77项,软件登记16项,制定国家及行业标准2项,发表SCI/EI论文190篇,专著3部。项目成果孵化和支撑了上海隧道、中铁隧道和中铁装备国内自主设计制造盾构装备的三大龙头企业,盾构装备的主要性能指标达到或超过国际同类产品,替代了进口产品,并出口新加坡、印度、马来西亚、泰国等国家。完成了北京、上海、广州、香港等26个城市,300多个地铁、公路、铁路等各类隧道工程的施工,取得了显著的经济和社会效益,推动了我国大型掘进装备制造业的科技进步,实现了盾构产业的跨越式发展。
2.“中国天眼”中的液压技术
(1)“中国天眼”的基本情况500m口径球面射电望远镜(Five-hun-dred-meter Aperture Spherical Telescope,简称FAST)被誉为“中国天眼”,位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼,是国家重大科技基础设施。FAST由我国天文学家南仁东于1994年提出构想,历时22年建成,2016年9月25日落成启用,建成后的航拍效果图如图2-2所示。FAST射电望远镜由中国科学院国家天文台主导建设,具有我国自主知识产权,是世界上最大单口径、最灵敏的射电望远镜,其综合性能是著名的美国阿雷西博射电望远镜的十倍,将在未来20~30年内保持世界一流地位。
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图2-2 FAST射电望远镜航拍图
“中国天眼”的主要科学目标如下:
1)观测至宇宙边缘的中性氢,重现宇宙早期图像。
2)建立脉冲星计时阵,参与未来脉冲星导航和引力波探测。
3)主导国际甚长基线干涉测量网,获得天体超精细结构。
4)进行高分辨率微波巡视,检测微弱空间信号,搜寻地外文明。
5)参与子午链工程,提高非相干散射雷达双机系统性能。
6)深空通信能力延伸至太阳系外缘行星,提高卫星数据接收能力100倍。
“中国天眼”的空间目标为:空间飞行器的测控与通信;脉冲星计时阵和自主导航;非相干散射雷达接收系统;高分辨率微波巡视。
截至2019年8月28日,FAST已发现132颗优质的脉冲星候选体,其中有93颗已被确认为新发现的脉冲星。FAST将在基础研究领域,如宇宙大尺度物理学、物质深层次结构和规律、复杂系统运行维护等方向提供发现和突破的机遇,也将在日地环境研究、国防建设和国家安全等方面发挥不可替代的作用。其建设推动了众多高科技领域的发展,提高了我国相关企事业单位的原始创新能力、集成创新能力和引进消化吸收再创新能力。
(2)“中国天眼”中的液压技术“中国天眼”的三大主要创新之一是其可主动调整的反射面系统,它使这颗观天“巨眼”不仅具有世界上最大的500m口径,还可以根据观测需求来调整反射面面形及观测角度,首次实现了反射面的主动变化,这是“中国天眼”的各项技术指标领先世界的重要原因。而反射面的主动调整所凭借的执行机构便是应用了液压技术而设计的液压促动器。
“中国天眼”500m口径的主动反射面系统由圈梁、反射面单元、主索网、下拉索、促动器及地锚等构成。主索网安装在格构式环形圈梁上,有2225个连接节点,在索网的节点上装有约4450个反射面单元,每个节点下方连有相应的下拉索和促动器,促动器通过连接底座与地锚连接,形成了完整的主动反射面系统,从而实现实时控制下形成瞬时300m口径抛物面的功能,促动器作为独立执行设备,一端与地锚上的连接底座及销轴连接,另一端与索网下拉索下端耳板及销轴连接,其结构示意图如图2-3所示。
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图2-3 FAST主动反射面系统结构示意图
为实现对FAST主动反射面的面形调整,促动器应满足以下功能要求:
精确定位功能:促动器在指标要求的工作载荷下应能平稳运动,并在定位精度指标范围内精确定位。
自锁功能:对于机械式促动器,当断电时促动器在全行程范围内都必须具备机械自锁功能。
位置反馈功能:在运行期间,促动器应具备实时的位置反馈功能。
过载保护功能:当载荷达到额定工作载荷的1.5倍时,促动器应该能够实现过载保护。
限位功能:促动器应具有限位功能,将促动器的运动控制在行程范围内。
环境防护功能:促动器防护设计应能满足现场环境和使用寿命的要求。
随动功能:当促动器的电气或机械部件出现故障无法正常运动时,促动器的伸缩执行部件应能随载荷的变化而运动。
为满足以上使用要求,在设计之初,FAST工程研究人员进行了广泛的方案征集与试验验证,其中设计方案主要分为两类,一类为机械式促动器,一类为液压促动器。机械式促动器主要包含电动机和机械传动机构,电动机可选方案为三相异步电动机、伺服电动机、步进电动机;机械传动机构可选方案为滚珠丝杠、梯形丝杠和蜗轮蜗杆等。经过理论分析与可靠性试验验证发现,机械式促动器多发电动机烧毁、控制器过流、丝杠磨损或腐蚀、蜗杆断裂或胶合等故障,故障率较高,无法满足FAST促动器严苛的工作要求。在促动器方案选取过程中,既要考虑它是否能够实现基本的运行模式(换源、跟踪、速扫描、保位和随动),又要考虑促它的可靠性、可维护性、寿命等,同时还要控制它的成本造价。在对比分析了多种方案后,最终择了由液压缸、独立油源及电控系组成的一体式液压促动器方案。
与机械式促动器相比,液压促动器有以下明显优势:
1)定位性能好。从负载的影响看,用在闭环系统中,位置误差较小。
2)响应速度高。与机械式促动器相比,液压促动器的响应速度较高,能高速起动、制动与反向,同时其力矩-惯量比也较大,因而其加速能力较强。
3)调速性能好。能在很宽的范围内无级调速,操纵控制方便,可实现大范围无级调速。
4)安全性好。运动部件少,没有齿轮、链条和电气触点等,即使超负荷也很容易通过溢流阀加以控制,而机械式促动器则不易实现。
5)适应性强。液压传动的各种元件可根据需要方便、灵活地进行布置,不像机械传动那样要求驱动部件与从动部件的位置必须保持固定,液压系统可通过液压软管传递动力,受位置限制较小。
6)可自润滑。运动部件少、磨损小且能自身润滑,有利于散热和延长元件的使用寿命。一般采用矿物油为工作介质,相对运动面可自行润滑,使用寿命长。
7)效率高、运行成本低。液压系统结构简单体积小,相关的动力传输的成本低,而且动力和阻力损耗也相对较小。简易和紧凑、系统经济节能、单位功率的重量轻、力矩-惯量比大,系统在使用过程中可最大程度降低功率损耗。
8)平稳性好、惯性小。液压系统在运行过程中易于保持平稳和安静,使振动保持在最低程度。运动惯性小、反应速度快,当突然过载或停车时,不会发生大的冲击。
FAST液压促动器采用高度集成的电液控制系统,将油箱、阀块、阀、电动机、控制系统以及其他组件集成到一起,组成集成式液压动力单元并与液压缸安装在一起,通过调整电动机转速,控制液压泵流量,实现液压缸的伸出、缩回、差动、小负载随动及有源和无源保压功能。
(3)创新成果及应用 液压促动器的可靠性直接关系到FAST观测工作的可靠性。为此,国家天文台与燕山大学赵静一团队就FAST液压促动器关键液压元件的可靠性寿命评估及节能试验装置的研发、液压促动器可靠性增长及液压促动器群系统的可靠性可视化等项目展开深入合作,并取得了有价值的研究成果(国家自然科学基金联合基金项目及6项合作专项)。
1)新型液压促动器。新型液压促动器方案采用无阀的液压系统,使用交流异步电动机的变频调速实现变速运动。由交流异步电动机驱动双向定量泵,通过将无杆腔油液压回蓄能器来拉回拉索。活塞杆伸出时停泵,将比例溢流阀设定到低压,活塞杆在拉索拉力和蓄能器推力的作用下伸出。
该系统优点如下:
①新型液压促动器设计时采用“无阀”概念,即尽可能地减少液压阀的使用。这样可减少系统在使用过程中由于接口过多而造成的泄漏,并且能够减少由于油流经过液压阀时产生的热量,减小管道冲击、噪声。
②新型液压促动器结构简单,安装与维护方便。
③由于液压阀数量的减少,阀的体积、重量大幅度减小,且阀块中的孔道数目减少,液压阀块的加工更加方便省时,进而使阀块的生产成本大幅下降。另外,与阀块相连接的阀的数目减小,整个阀块连接体的体积减小,所以空间因素对其的影响减小,使得系统布置起来更加方便。
④液压缸无杆腔一端与液压蓄能器相连接,在液压缸的活塞杆需要动作时,由于蓄能器的存在,使得系统响应时间更短、反应更加灵敏。
⑤元件的减少,使电气布置更灵活,更易于控制,提高了电气的可靠性,从而提高了整个工作系统的可靠性。
⑥该装置在油箱以及液压缸缸体上设置了排气装置,有效减小系统工作过程中产生爬行等现象。
新型液压促动器可推广至集中式液压系统的分布式改造,优势有:可以在极大程度上简化系统管路、线路布置,提高系统可靠性,同时大大减少安装时间;可满足在小空间内输出大功率的需求;具有更快的、持之以恒的驱动速度;由于是订制产品,易与客户设备集成;可快速替换,避免了长时间停车;保养要求大幅降低,可靠性强,可消除潜在泄漏点;经实践验证,在多种恶劣工况下运行良好,使用寿命更长久;减少液压油的需求量;减少零件数目和库存量;具有更低的安装成本和生命周期成本。
2)可靠性增长研究。FAST液压促动器作为单体机电液集成式结构,系统自身具有极强的耦合关系,若单个或多个支链发生故障,对相邻区域的结构强度及面形精度将产生不利影响,进而影响到天文望远镜的正常观测。目前,个别液压促动器在多次试验及使用过程中分别出现了液压促动器爬行、噪声过大、齿轮泵过热、电动机温度高等现象,影响整个FAST的工作。为了验证改造方案的效果及可行性,发现故障原因,为今后液压促动器的运行维护提供建议,以便提高系统工作的可靠性,因而开展了液压促动器的可靠性增长研究。
液压促动器可靠性增长研究主要包括以下内容:
①根据促动器原理微调方案,对促动器阀块进行加工改造。
②根据促动器液压系统图设计新阀块并加工。
③设计加工促动器加载试验平台。
④对改造后的促动器原理进行验证试验。
研究团队自主设计并制造了负载试验平台,固定负载为6t。负载试验平台如图2-4所示。
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图2-4 新型液压促动器及负载试验平台
将液压促动器置于模拟工作环境的应力条件下进行试验,选取可靠性增长模型并制订相应的可靠性增长试验计划,确定增长目标,跟踪试验进程并进行改进。根据试验数据绘制实际可靠性增长曲线并与计划曲线进行对比,对液压促动器进行可靠性增长评价。
该研究方法可用于类似系统的可靠性增长研究。
3)健康数据可视化。FAST位于贵州山区,属于亚热带季风性湿润气候,降水多、湿度大,对于长期在露天环境工作的设备要求较高。FAST主动反射面系统结构复杂,规模巨大,是典型的局部大规模复杂机电液一体化系统,为保证FAST的可靠运行、完成既定的科学目标,与望远镜同步设计施工完成了主动反射面健康监测系统,对主动反射面的工作环境、结构、整体变形、液压促动器进行实时监测,主要监测内容见表2-3。
表2-3 主动反射面健康监测系统监测内容
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3.数字液压技术
由于普通液压元件的控制精度有限,为了满足主机不断提高的性能要求,人们发明了伺服阀和比例伺服阀,为液压元件和系统的精确控制带来了新的方法。但它们是靠电磁力工作的,而电磁力是模拟量,很难被精确量化,造成控制系统复杂,算法复杂,价格昂贵,限制了它们的大规模推广和应用。
计算机技术和数字技术不断发展,液压技术必然要与它们相结合,这是发展方向。为此,人们对液压数字化技术进行了广泛的研究,相继推出了二进制阀、高速开关阀、增量式数字阀等。由于种种原因,这些产品始终未能推向市场,对数字液压技术的研究也陷入了困境,但同时这也是难得的机会。
(1)全程数字液压技术的原理 以数字液压缸为例,它以计算机发出的数字脉冲信号驱动步进电动机(或伺服电动机),步进电动机带动阀芯旋转,阀芯的头部带有螺母副,在螺母副的作用下产生轴向运动,从而打开阀口,高压油进入液压缸,驱动液压缸运动,运动的活塞杆带动安装在上面的丝杆螺母副,推动丝杆旋转,再通过阀芯上的螺母副将阀芯推回原位关闭阀口,形成速度反馈和位置反馈,从而实现了能够精确跟踪计算机发出的数字脉冲信号,脉冲信号的频率就是液压缸速度,脉冲总数就是液压缸的行程,一一对应。控制了由数字脉冲信号控制的步进电动机就控制了液压缸,将液压缸变成了步进电动机的功率放大器,从而彻底解决了液压元件从诞生以来就无法实现指哪打哪的精确速度控制和位置控制难题。
在研制成功数字液压缸的基础上,为了满足各种使用要求,又相继研制了新的数字液压元件。这些元件基本上都保持了即装即用免调试这个特质,尤其是新发明的电反馈数字伺服系统,包括液压缸、数字伺服阀、传感器、控制器等,采用新的控制理论实现了即装即用免调试,从而简化了液压系统,大大扩展了液压的应用领域。
(2)数字液压技术的优势 数字液压技术与传统伺服液压技术相比,具有明显的优势:数字液压技术不需要复杂的算法和高速采样要求,省去了昂贵的电子控制系统,降低了对阀的频响要求,结构简单,无特殊材料要求,加工工艺简化,调试参数方便,维护容易,价格低,速度调节范围广,实现了丝米级的定位精度,实现了即装即用免调试,从而大大简化了液压系统。特别是数字液压技术可以方便地实现数字化、网络化、智能化,进一步扩大了液压的应用领域。数字液压马达、数字变量泵、数字多路阀等产品的实物照见图2-5。
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图2-5 数字液压马达、数字变量泵、数字多路阀
(3)数字液压技术的应用成果 数字液压产品在各领域接受了严格的应用考核,结果如下:
1)1989年,在航天部“东风XX”装弹机构上获得成功应用并列装部队,一直使用至今。
2)2000年,在海军X潜艇六自由度训练模拟器上获得成功使用,一直使用至今。
3)2010年,在青岛海洋所海底钻探设备中获得成功使用。
4)2010年,在中海油6000m深井测量装置上获得成功使用。
5)2013年,在溪洛渡77万kW巨型水轮机上获得批量使用,代替了世界知名液压公司的产品,并于2017年完成了验收,达到国际先进水平。
6)2017年,在冶金领域中的20辊轧机上获得成功应用,轧制出了0.049mm的超薄矽钢片。
数字液压技术的一些应用实例如图2-6~图2-9所示。
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图2-6 东电77万kW的数控筒形阀
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图2-7 20辊轧机的全数字AGC控制系统
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图2-8 东风XX装弹机构的数控系统
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图2-9 海军X潜艇训练模拟器
(4)数字液压技术的发展前景 数字液压技术在我国的发展过程十分艰辛,它从30年前在航天和冶金领域获得成功应用直到今天,已被证明具有极高的可靠性和极大的优势。它具有几乎免调试和免维护的特质,精确的速度控制和位置控制精度,以及极为便宜的价格和极高的性价比,可以广泛应用到上至航空航天,下至深海机器人,以及冶金、机械、石油、采矿、建筑、工程机械、农业机械和军事装备等各领域,促进这些领域的技术进步。数字液压技术也是这些重大装备自动化、智能化、网络化升级的基础之一。在某种意义上说,数字液压技术实现了我国液压技术的换道超车,意义十分重大而深远。
4.三峡升船机中的液压控制技术
三峡升船机为国内首次采用齿轮齿条爬升平衡重式的垂直升船机,过船规模为3000吨级,最大提升总质量达1.55万t,最大提升高度为113m。三峡升船机具有提升高度大、提升质量大、上游通航水位变幅大和下游水位变化速率快的特点,是当今世界上技术难度和规模最大的升船机。在没有先例和参考标准的情况下,太重集团榆次液压工业有限公司和升船机的总体设计单位长江设计院、承船厢主体的制造单位武汉船舶公司等单位紧密合作,大胆创新,攻坚克难,实现液压控制技术与升船机运转程序的完美结合,保证了升船机运行高效、满足恶劣工作环境的要求,即使受到外界极端情况的影响,也能安全可靠地使设备保持锁定或正常运行状态。设备制造完成后,经三峡现场联合调试验证,完全满足工况要求。2016年9月,三峡升船机进入试通航阶段。2017年7月,三峡升船机液压控制系统获中国液压气动密封件工业协会2017年液压液力气动密封行业技术进步奖二等奖。
下面就三峡升船机中应用的液压控制技术介绍如下:
(1)驱动机构液气弹簧 液气弹簧机构是船厢驱动系统中小齿轮支承系统的组成部分,位于每套驱动设备的横向中心线上,具有传递小齿轮载荷、适应塔柱和船厢变形从而保持小齿轮与齿条精确啮合及限制小齿轮载荷等功能。
液气弹簧液压缸作为液气弹簧机构的组成部分被设计为双活塞液压缸,液压缸的两个有杆腔与高位补油油箱连接,无杆腔通过液压管路同蓄能器相连。通过调节液压缸无杆腔和蓄能器中的压力可以给驱动机构的小齿轮调定一个预张力,以限制小齿轮过载。在事故状态下,船厢的全平衡状态被破坏,当小齿轮承受的载荷增大到一定值时,监测和控制系统发出停机信号使驱动机构停止运行;当载荷继续增大使液气弹簧承受的载荷超过了预张力时,缸体与活塞杆之间产生竖直方向的相对位移,使船厢与小齿轮之间的相对位置改变,安全机构通过机械轴系统与相邻的驱动机构耦合,二者同步升降,这时安全机构螺纹副间隙将变小,直至间隙完全消失,船厢的不平衡载荷经螺杆传递到螺母柱上,再由螺母柱通过一、二期埋件传递给混凝土结构。
(2)横向导向系统 横向导向装置的作用是对船厢进行横向引导并使船厢中心线始终位于两侧齿条的对称中心线上,同时将船厢上的横向荷载传递到塔柱上。
两套补偿系统布置在船厢底部,位于上、下游端两套导向机构的连线上,由补油液压缸和补油箱等组成,通过管路与导向机构的液压缸连接,用于补偿系统油液的泄漏和油液因温度变化而产生的体积变化。
导向液压缸为双活塞杆式,补油液压缸为单活塞杆式,补油液压缸与两只双活塞杆式导向液压缸的活塞杆直接相连。
(3)对接锁定装置 船厢对接锁定机构的主要作用是在船厢与闸首对接期间承担船厢竖直方向的附加荷载。锁定机构布置在安全机构的正上方,与安全机构共用螺母柱。锁定机构沿船厢纵、横中心线对称布置。
锁定机构主要由旋转锁定螺杆、铰接柱及上、下导向架等组成。旋转锁定螺杆由液压缸缸体且带外螺纹的上、下锁定块和作为液压缸活塞杆的中心轴等部件组成。上、下锁定块之间由8根螺杆连接,螺杆两端与锁定块之间装有压缩弹簧,在液压缸的油压卸载后,张开的上、下锁定块在弹簧的作用下自动闭合复位。锁定块外螺纹的螺距与安全机构的相同,上、下锁定块闭合后,其上、下表面成为连续的螺纹面。上、下锁定块分别通过滑键与中心轴连接,中心轴通过滑键带动上、下锁定块转动。中心轴两端分别与上、下锁定块形成两个相互隔离的油腔,通过输入压力油将上下锁定块张开,螺纹副间隙消失后将油路闭锁,封闭的油腔即可承担外载产生的压力,从而达到将船厢锁定在螺母柱上的目的。
(4)承船厢厢门启闭机构 承船厢厢门布置在船厢两端,在两个限制位置上,厢门下部与船厢地板平齐,以使船舶能驶进承船厢内。在承船厢移动期间,厢门用于将承船厢水密性关闭在其关闭位置。驱动液压缸为万向型,位于承船厢两侧的纵向箱子的横截面中。在正常运行期间,两个液压缸都运行。如果一个液压缸失效,则可由一个液压缸来运行(打开和关闭)。仅要求两个液压缸将厢门驱动到检修位置,不要求在从检修位置到关闭位置的移动期间停止。
在承船厢的厢门启闭过程中,液压缸行程检测装置对两个液压缸的位置进行检测,通过比例调速阀进行纠偏。在每支液压缸的有杆腔和无杆腔设置了平衡阀,可使承船厢厢门在启闭过程中能够停在任何位置,同时也可进行防破裂保护,保证油管破裂时液压缸不会失速。
(5)间隙密封机构 间隙密封机构用于建立船舶进、出期间承船厢与上闸首或下闸首之间的临时水密连接。当船舶将进入承船厢时,液压缸将间隙密封机构挤压到闸首门中,间隙被充溢,闸门打开,船舶可进、出承船厢。在船舶通过之后,闸门关闭,间隙密封机构被液压缸后移,承船厢将自由移动到其他闸首。间隙密封机构位于承船厢两端。
驱动液压缸的液压控制回路设有缸旁阀组,缸旁阀组中的平衡阀用来实现间隙密封机构对接期间液压缸的保压闭锁,缸旁阀组中的溢流阀用来防止液压缸过载。在发生地震的情况下承船厢产生纵向位移时,液压缸保压压力达到25MPa,以确保密封通道不受破坏。
U形密封框在伸出对接时,利用液压缸上的位置传感器来判断闸首间隙是否被密封,确定机构是否推出到位,是否被异物阻挡。在间隙泄水后,间隙密封机构将退回,由位置编码器对密封框位置进行监控。
(6)防撞装置 防撞装置的任务是防止船舶碰撞承船厢厢门。防撞装置设计成钢丝绳碰撞装置。碰撞装置由配备走道的钢索桁架(梁)、钢丝绳、偏转装置和缓冲液压缸组成。如果船舶行驶进入承船厢过快,或不能在承船厢厢门前适当距离处停住,必须用钢丝绳沿船厢方向上水平拉紧,以吸收船舶的能量,停住船舶,以防止损坏承船厢厢门。
三峡3000吨级升船机液压系统的成功设计制造,为大型升船机液压控制技术的应用积累了宝贵经验。在此基础上,太重集团榆次液压工业有限公司又承制了三峡集团向家坝垂直升船机液压控制系统,各项性能满足使用要求,2018年5月向家坝垂直升船机进入试通航阶段。三峡升船机和向家坝升船机液压控制系统的成功制造,标志着太重集团榆次液压工业有限公司水工行业液压系统的设计制造水平达到于国内领先地位。
5.新型液压元件
(1)开路式柱塞泵 双端面配油轴向柱塞泵又称为端面配流全开路式轴向柱塞泵。该泵的柱塞是一条管道,即空心柱塞。其工作原理为:柱塞泵通过管状柱塞将吸入的凉油引入泵壳与缸体之间的容腔,给三对摩擦副降温和润滑,实现了自冷却、自润滑及可串联多级进行增压等功能,同时去掉了泄漏回油管路。
由于壳体内部与吸油腔相通,所以泵的吸油口可开在泵壳上的任意部位,而且也可以根据各摩擦副的发热量来分配自冷却油的流量,以便形成最佳的自冷却油流量。还可将泵壳制成笼型,将泵装入油箱内使用。根据该泵的工作原理可以设计出各种新结构的柱塞泵,也可改造斜盘泵和部分斜轴泵。
例如,可将25CY14-1A型泵改造为25KZB型手动变量泵。改造后的25KZB型手动变量泵与传统CY型泵的区别为:①吸油空间开放,打破了吸、压油空间相同的传统概念;②采用管状柱塞,打破了柱塞不能做吸油流道的传统概念;③柱塞两端进油,打破了柱塞只能一端进油的传统概念;④去掉了泄漏回油管路,打破了柱塞泵须有3条管路的传统概念;⑤具备可串联性,打破了柱塞泵不能串联增压的传统概念。
由于该开路式泵没有泄漏回油管路,故可以实现开路式柱塞泵的串联,并可以增压。如端面配流全开路式轴向双级串联柱塞泵也可以实现多级串联,且串联中的每一级泵也可以实现单独变量。
(2)等宽曲线双定子泵(马达)等宽曲线双定子泵(马达)是在国内外首次提出并实现的在一个壳体内由两个定子与一个转子组成的泵(马达),形成了多个相互独立、互不相干的多个泵(或多马达)结构,并研发了单滚柱型、双滚柱型、双滚柱连杆型、滑块型等多种结构型式的双定子泵(马达)。根据曲线形状不同又研究发明了单作用、双作用、三作用、多作用等不同形式的双定子泵(马达)。等宽曲线双作用双定子泵(马达)装配图如图2-10所示,等宽曲线双作用双定子泵(马达)实验装置管路连接图如图2-11所示,不同形状滑块泵实际结构如图2-12所示。
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图2-10 等宽曲线双作用双定子泵(马达)装配图
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图2-11 等宽曲线双作用双定子泵(马达)实验装置管路连接图
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图2-12 不同形状滑块泵实际结构照片
(3)双定子摆动液压马达 摆动型双定子多输入马达首次在摆动马达上实现了双定子、多输入、差动连接等特殊功能。该马达是将双定子理论应用于摆动马达而形成的一种新型马达结构,在国内外首次研制成功了在一个壳体内可以形成相互独立的多个内、外摆动马达,可以实现多级定转矩、多级定摆速以及差动连接的多速输出,大大扩展了摆动马达的使用范围。双定子摆动液压马达的主要零部件如图2-13所示。
(4)双定子异形滑块轴向柱塞泵(马达)双定子异形滑块轴向柱塞泵(马达)打破了圆形柱塞的传统习惯,设计了扇形、部分扇形、三角形、梯形、半圆形、半椭圆形等多种形状的柱塞。该柱塞泵(马达)工作时每个柱塞的两端皆能进、出油,对于同一个柱塞,当一端进油时,另一端则出油,相当于在一个壳体内形成了多个相互独立的泵(马达),增加了排量,提高了比功率。双定子三角形滑块轴向柱塞泵(马达)如图2-14所示。
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图2-13 双定子摆动液压马达主要零部件
1—外定子 2—转子 3—内定子 4—输出轴5—左端盖6—右端盖
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图2-14 双定子三角形滑块轴向柱塞泵(马达)
(5)双定子凸轮液压泵(马达)双定子凸轮液压泵(马达)是首次研发的靠凸轮运动而形成的双定子泵,其内部可形成相互独立的多个内泵(马达)与外泵(马达),通过改变内、外泵(马达)的工作方式可实现多级定流量与多级定转矩、定转速的输出,当内、外马达联合工作时,解决了传统凸轮马达工作死点的问题。做马达使用时还研发出了轴转动与壳转动等不同类型,扩大了凸轮型泵和马达的使用范围。双定子凸轮转子叶片泵如图2-15所示。双定子三凸起凸轮转子壳转多速马达如图2-16所示。
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图2-15 双作用双定子凸轮转子叶片泵
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图2-16 双定子三凸起凸轮转子壳转多速马达
(6)双定子柱塞液压泵(马达)双定子柱塞液压泵(马达)相当于在原有泵(马达)的基础上增加了一个泵(马达),这两个泵(马达)分别有各自的配流机构,从而有各自独立的进、出油口。当泵(马达)工作时,通过外部阀块来控制泵(马达)的供油,既可以给单个泵(马达)供油,也可以给两个泵(马达)同时供油。这样,增加的这个泵(马达)不仅增大了排量,而且还可输出多种流量和压力(转速和转矩),有很广的应用前景。
轴向力平衡型双定子轴向柱塞泵(马达)的两个相对应的斜盘被称为双定子,通轴被称为转子。该泵(马达)的轴向力平衡,组成它的两个同排量的泵(马达)可分别或联合工作,同理可制成多联柱塞泵。轴向力平衡型双定子轴向柱塞(马达)主要零件如图2-17所示。
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图2-17 轴向力平衡型双定子轴向柱塞泵(马达)主要零件
(7)多输出联合配油径向柱塞泵(马达)多输出联合配油径向柱塞泵(马达)是根据传统柱塞泵(马达)原理设计的新型径向柱塞泵(马达)。该泵(马达)的主要特点有:①该泵(马达)既能实现多个相互独立的输出,也能联合输出;②该泵(马达)的配流轴是有多段偏心部分的偏心轴,且每段的径向均分步偶数个柱塞组,使得每段偏心轴受到的径向力大大降低,从而提高了配流轴的使用寿命和工作性能;③该泵(马达)采用轴配流和阀配流的联合配流方式;④柱塞均为开路式。
(8)齿轮型多输出液压泵(马达)齿轮型双定子液压泵(马达)是将双定子泵的多输出特点应用于齿轮泵(马达)而形成的一种新型结构。如图2-18所示为内外啮合多输出齿轮泵(马达),以做马达使用为例,工作时,高压油由两进油口b和c进入内、外马达的高压腔,推动齿轮转动,产生转矩、转速,最后,通过共齿轮连接的输出轴输出转速、转矩。该多速马达的内啮合齿轮马达为内马达,外啮合齿轮马达为外马达。内、外马达既可以独立工作又可以联合工作。
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图2-18 内外啮合齿轮泵(马达)
1—壳体 2—大齿轮 3—共齿轮 4—小齿轮 5—月牙板 6—定位销
〔a—外泵(马达)出油口 b—外泵(马达)进油口 c—内泵(马达)进油口 d—内泵(马达)出油口〕
(9)力偶液压马达 基于双作用叶片马达转子径向液压力平衡、轴承负荷小的良好受力特性,提出一种力偶液压马达。力偶液压马达在结构上为双作用或多作用形式,其中,多作用形式又分为偶数作用与奇数作用的力偶液压马达,四作用的力偶液压马达如图2-19所示。该马达在驱动功率不变的情况下,通过改变输入方式可实现多种转矩和转速的输出。
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图2-19 四作用叶片式力偶原理液压马达示意图
三作用叶片式力偶液压马达如图2-20所示。叶片数量对于奇数作用力偶液压马达是否能保持以力偶原理进行工作至关重要。
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图2-20 三作用叶片式力偶原理液压马达示意图
(10)多泵多马达传动 多泵多马达传动是以双定子液压泵为动力元件或以双定子液压马达为执行机构而组合形成的一种新型的液压传动方式。这种新型传动方式丰富了液压系统的理论体系,实现了很多过去液压传动不能做到的新功能,为研究多泵多马达传动用控制阀、典型回路等开辟了途径。如图2-21所示为多泵多马达液压传动示意图与传动平台。
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图2-21 多泵多马达液压传动
(11)液压马达的差动 由于双定子马达的特殊结构,在一个马达的壳体内可以形成排量不相同的内、外马达,向内、外马达同时反向输入相同压力的高压油,由于内外马达的排量不同,所以合力矩不为零,从而可以实现马达的差动连接。
(12)新型液压阀 由于多泵和多速马达有多个输出和多个输入,若使用传统换向阀则需要多个阀组合使用,为了避免系统庞杂,设计了一款电液滑转多路换向阀,它既可用作多泵多马达液压传动系统的专用阀,也可与多泵、多马达在传统液压系统中配套使用。该阀依靠单个主阀芯的滑动与转动实现换向阀6个工作位置的切换,共有6个工作油口,通过主阀芯滑动完成对不同执行机构的供油,通过主阀芯转动完成正、反向供油;正中位与反中位可实现内、外马达正向或反向同时工作,正左位与反左位可实现外马达正、反向单独工作,正右位与反右位可实现内马达正、反向单独工作。同时,该换向阀亦可用于对双执行机构的方向控制,既可实现任意执行机构的单独工作,又可以实现对两个执行机构同时供油。
由于单作用双定子泵在不使用变量机构的情况下能实现3种流量的输出,因此,围绕这一典型特点设计了一款新型流量控制阀。该流量阀既能实现单作用双定子泵输出流量的阶梯式调节,又能实现其流量阶梯间的微调。
6.液压油的技术成果
液压传动作为现代传动与控制的关键技术,已被广泛应用于工程机械、矿山机械、机床、航空航天等众多领域。液压油作为液压系统的传动介质,对于液压系统的可靠运行起着至关重要的作用,液压油的技术发展在很大程度上影响着液压技术的发展,是液压技术发展的支撑要素之一。液压油的技术成果主要概括为以下几个方面:
(1)长寿命液压油技术 多年来,随着液压技术的不断发展,液压系统向高压力、大功率、重负荷发展的趋势越来越明显,液压装置也不断向着小型化(导致液压油箱体积越来越小)、高压力、高响应速度的方向发展,这就使得液压系统的传动介质——液压油在液压系统中工作时的循环频率越来越高,液压油在液压油箱中的停留时间变得越来越短,液压油的工作温度升高趋势越来越明显,这对液压油高温抗氧化性能及寿命提出了更高的要求。从用户的角度来看,近年来越来越多的客户出于对较高能源效率以及较低运营维护成本的需求,进一步推动了长寿命液压油的发展,用户希望液压油具有更长的换油周期。在世界范围内已有不同品牌的长寿命液压油产品推向市场。通过对液压油基础油和添加剂的不断改良,我国在长寿命液压油的研制和开发领域取得了一次又一次的突破,部分产品已推向市场并获得了良好的应用。
(2)超高压液压系统用液压油技术 在过去几十年中,随着液压技术和设备的制造技术的发展,液压设备的工作效率不断提升,液压设备中液压系统的工作压力也不断获得提高以满足现代液压设备的高性能需求。国际著名的液压元件制造商如博世力士乐、伊顿、派克丹尼逊等,在不断提升其液压元件性能的同时,就应用于其液压元件中的液压油的性能也不断提出新的要求,并制定了相应的油品规格。其中,博世力士乐,作为全球领先的液压设备制造商,在2013年宣布其当时执行的RDE 90220规格的液压油已不能为当今及未来的移动式和固定式液压设备提供足够的保护,随后,博世力士乐推出了其最新RDE 90235规格的液压油,该规格要求应用于其液压元件中的液压油必须通过压力高达50MPa的博世力士乐液压泵台架测试。该规范已超越派克丹尼逊现行HF-0规格对液压油的要求,是目前液压油性能的最高要求,这也是液压油品规格近数十年来最重要的变化。国内具有较强技术研发能力的润滑油品制造公司,通过技术攻关和配方升级,在超高压液压系统用液压油领域实现了技术突破,已经开发出能够满足博世力士乐50MPa液压泵使用要求的液压油产品,并获得了博世力士乐的认证。
(3)超高黏度指数的超低温液压油技术 部分液压设备,尤其是移动能力和机动性较强的工程机械,通常需要一年四季连续工作,并且工作地域非常广,有的甚至需要在北极圈内连续工作,这就需要应用于上述设备中的液压油具有极好的低温性能以保证这些设备在极寒地区的起动性,以及良好的黏温性能以保证设备在正常工作过程中油温较高时的黏度保持能力和油膜保持能力。因此,超高黏度指数的超低温液压油应运而生。我国目前已经成为工程机械的制造大国,并且部分国内大型润滑油产销集团也具备相对比较成熟的超高黏度指数的超低温液压油制造生产能力,使用国产超高黏度指数的超低温液压油的工程机械设备已经工作在极寒甚至北极圈地区。
(4)高清洁度液压油技术 液压系统中的液压阀、液压泵、液压马达等对所用的液压油均会提出相应的清洁度等级要求,以保证其可靠稳定运转。电液伺服阀是电液控制系统的核心和关键元件,它既是电液转换元件,又是功率放大元件,能够把微小的电气信号转换成大功率的液压能(流量和压力)进行输出,电液伺服阀性能的优劣对整个电液系统的影响巨大。电液伺服阀的工作间隙通常为几微米,应用于电液伺服阀中的液压油如果没有较高等级的清洁度,液压油中的颗粒物就会造成卡阀,进而造成液压系统反应迟缓,影响整个设备的可靠性和稳定性。因此,高清洁度液压油在现代液压系统中的需求量越来越多。国内大型润滑油产销集团均具有生产高清洁度等级液压油产品的能力,新出厂的高清洁度液压油产品的清洁度等级通常可以达到NAS7级,根据用户的具体需求还可以生产更高清洁度等级的液压油产品。
(5)环境可接受型液压油技术 环境可接受型液压油是指既能够满足相应液压系统的使用性能要求,同时其自身及其消耗产物又具有可生物降解性、无毒性和无生态毒性、可再生性的液压油。目前,在全球使用的润滑产品中,大部分是用矿物型基础油调配而成的传统润滑剂。这类润滑产品不容易被生物降解,除了一部分是由设备运转正常消耗掉或部分回收再利用以外,在设备装拆、润滑油品灌注、设备运转过程中,仍有4%~10%的润滑产品由于各种原因流失在环境中。传统润滑产品一旦进入到土壤或含水层等自然环境中,将会对环境造成污染甚至破坏自然环境。目前在使用的众多润滑产品中,液压油所占市场份额较大,同时液压油相对容易造成溢出或泄漏。随着人类环境保护意识的不断增强,环境可接受型液压油的开发受到极大的关注。在欧洲和北美地区,20世纪70年代就开始有力地推进环境可接受型液压油的研究和应用,后续又制定了相应的环保法规来限制部分矿物油型液压油的使用。近年来,我国也相继以动、植物基础油及部分具有可生物降解能力的合成型基础油为原料,研制成功了环境可接受型液压油产品。
(6)食品级液压油技术 随着人们对食品安全的重视和食品工业的发展,食品级润滑剂的使用已经成为一种趋势。目前,美国国家卫生基金会(National Sanitation Foundation,简称NSF)规定的H1类——偶尔与食品接触的润滑剂,是国际上公认的食品级润滑剂分类。食品级液压油广泛应用于包括饮料、乳制品、肉制品、医药、茶叶等诸多细分行业和领域。在欧美等地区和国家,对食品安全的法规和管理方面要求十分严格,食品级液压油的研制和使用已经有近二三十年的经验。在我国,到目前为止,一些领军型润滑油品研发制造企业已经完成食品级系列润滑产品的开发并获得NSF H1注册。这些产品涵盖食品级液压油、食品级工业齿轮油、食品级压缩机油、食品级白油、食品级润滑脂、食品级氟醚油等不同品种产品,基本能够满足各类食品包括饮料、乳制品、肉制品加工以及医药等领域的需求。
(7)国内外液压油发展趋势 纵观液压油技术的发展历程,整体来看,一方面,液压油的发展紧随液压元件、液压设备的技术发展而发展,液压元件的技术革新以及液压设备工况苛刻度的不断升级推动了液压油技术的不断发展;另一方面,人们环境保护意识的不断增强以及人们对健康的关注度提高,推进了环境可接受型液压油和食品级液压油的技术发展和产品革新。具体来看,长寿命液压油以及能够满足更高压力液压系统使用的高性能液压油将会得到进一步的发展;能够满足特殊工况需求以及综合性能更加优异的液压油如超低温、超高黏度指数的液压油也会获得更加具体和广泛的应用;环境可接受型液压油和食品级液压油等与环境保护和人类健康密切相关的产品将会持续发展和被人们关注。
(8)国内外液压油技术差距 我国从20世纪60年代开始研制液压油以来,一方面,从制订和完善液压油标准着手,在结合我国液压系统的实际应用情况的同时,关注国际液压油的标准要求和相关液压元件及液压设备制造企业的规格要求,保证了我国液压油产品与国际的同步发展;另一方面,国内一些大型润滑油(脂)生产制造企业,从液压油产品开发的角度,不断完善液压油的产品线,并结合国内外先进液压技术的发展,不断从产品性能方面填补国内空白,在长寿命液压油、超高压液压系统液压油、超高黏度指数的超低温液压油、高清洁度液压油、环境可接受型液压油及食品级液压油等方面不断实现技术突破,其中,长寿命液压油试验模拟评定的理论使用寿命已突破10000h,在苛刻工况下的工程机械上的使用寿命已成功突破5000h的实车验证。我国液压油技术与国际液压油技术保持了同步的发展。
2.1.4 产业技术基础建设
1.标准化情况
根据国家标准化改革的总要求,企业要成为标准化工作的主体。液压行业企业高度重视标准化工作,积极参与行业标准化工作。目前,液压行业的几乎全部标准均由企业制(修)订,液压企业已经成为技术标准制(修)订的主体。
液压行业由全国液压气动标准化技术委员会负责组织标准的制(修)订工作。中国液压气动密封件工业协会与中国工程机械工业协会合作,开展了团体标准的制定工作。
中国液压气动密封件工业协会大力推进技术标准的制定工作,组织了21家液压元件企业兼生产液压铸铁件的企业和专业生产液压铸铁件的企业制定《液压铸铁件技术条件》标准。该标准对提高液压铸铁件的质量具有约束和规范作用。
中国液压气动密封件工业协会组织液压、液力、气动、密封行业专业分会,会同业内30余位专家,参加了《国家职业分类大典》的修订工作。根据液气密行业发展的实际情况,提出“液压液力气动密封件制造工”的新增职业,并对该职业定义进行描述。《国家职业分类大典》在“液压液力气动密封件制造工”的职业下,完成了“液压元件和系统制造工”“液力元件制造工”“气动元件制造工”和“机械密封件制造工”职业标准的制定工作。2014年经机械工业职业技能鉴定中心审查定稿,于2015年完成最后专家评审。
中国液压气动密封件工业协会与中国工程机械工业协会共同发布并实施团体标准4项,即《轴向柱塞泵实验室可靠性试验规范》《液压泵+多路换向阀联合台架可靠性试验方法研究》《挖掘机回转马达台架可靠性试验方法研究》和《液压挖掘机 液压系统可靠性试验方法研究》。
2.自主创新体系建设
液压行业创新能力建设情况。国家级和行业级检测中心、工程中心和重点实验室的建设是液压行业创新能力建设的重要体现。国家级检测中心、工程中心及重点实验室见表2-4,行业检测中心、工程中心及重点实验室见表2-5。
表2-4 国家级检测中心、工程中心、重点实验室
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(续)
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表2-5 行业检测中心、工程中心、重点实验室
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液压行业技术创新体系正在逐步形成。液压行业企业十分重视技术中心建设,努力创造条件将本企业的技术中心提升为省级技术中心,力争升格为国家级工程技术中心。
企业申报国家级高新技术企业的积极性很高,有多家企业被授予国家高新技术企业。北京华德液压工业集团有限责任公司、四川长江液压件有限责任公司、力源液压股份有限公司、合肥长源液压有限责任公司、宁波中意液压马达有限公司、苏强格液压有限公司、宁波大港意宁液压有限公司等多家企业为国家级高新技术企业。
液压行业企业积极建立企业计量中心、国家知识产权示范单位、院士工作站及博士后工作站,优势企业已经成为行业人才培养的基地。这不仅有利于本企业的发展,也有利于行业的发展。
液压行业加快两化融合步伐,采用了ERP、CAD、CAM、CAE、CAAP、PDM、BI、OA、HRM等信息化技术手段,采用了三维、协同和仿真分析设计软件,构建了以技术平台为支撑的元件模块化和技术集成系统开发。产品生命周期管理(PLM)得到广泛推广,从产品设计、加工、试验、销售和服务各环节中,实行了网络化协同管理。
液压行业质量管理体系建设进一步加强,QC小组活动持续开展。北京华德液压集团有限责任公司的“降低供徐重A6V80HD1D产品的早期故障率”六西格玛项目组荣获2013年度全国机械工业优秀质量管理小组活动成果一等奖。
液压行业企业在实施创新驱动战略时始终坚持产学研用结合,把产学研用提升到新的层次,技术改造成果突出,使承担国家的各项任务得以顺利完成。北京华德液压集团有限责任公司与北京机械工业液压传动与控制工程研究中心及哈尔滨工业大学合作组建了液压技术联合产学研中心,为公司培养机械工程领域的硕士研究生;与燕山大学展开科技合作;与北京理工大学及派克汉尼汾公司共建了“流体传动与控制实验室”。
3.自主创新平台建设
为切实落实《机械基础件、基础制造工艺和基础材料产业“十二五”发展规划》(简称《三基规划》),加快解决工程机械用高端液压元件长期依赖进口的要害问题,工业和信息化部装备司会同中国工程机械工业协会、中国液压气动密封件工业协会组织工程机械生产厂、液压件生产厂、科研院所和高校建立了“工程机械高压液压元件与系统产业化及应用协同工作平台”(以下称平台)。
该平台是依据《三基规划》,按照“市场需求驱动,政府引导,行业协会组织协调,工程机械企业、液压元件企业、相关配套件及材料生产企业、科研院所与高等院校自愿参加”的原则,建设的政、产、学、研、用相结合的开放的产业化协同工作平台,是更为完善、更有实效、更有持续性的新型自主创新体系。其功能是以市场为导向,破除主机企业和液压件企业“两张皮”的现状,实现多学科、跨行业、跨部门、全方位的耦合,按照“市场驱动、政府引导、产需对接、项目牵引、产业链联动、重点突破、滚动发展”的原则,以产业化项目和知识产权为纽带,实现行业和企业间的无缝对接,充分利用行业资源,调整产品结构,加快高端液压元件的自主创新和产业化进程。
(1)平台任务及发展目标 平台任务及发展目标见表2-6。
表2-6 平台任务及发展目标
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(续)
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(2)突破一批行业关键共性技术
1)突破整体式多路阀阀体等液压铸件铸造工艺技术。
2)突破液压摩擦副表面减摩处理工艺。
3)提升元件加工工艺、加工装备及检测水平。
4)液压元件在模拟工况载荷谱下台架和装机试验技术。
5)建立液压元件和系统可靠性试验及评价体系。
6)液压系统智能化和节能技术。
2.1.5 产业集群建设
科技部以国科高发〔2009〕695号文发出通知,认定2009年度国家高新技术产业化基地77个,其中液压行业有阜新国家液压装备高新技术产业化基地和泸州国家高性能液压件高新技术产业化基地。
2010年,中国液压气动密封件工业协会第六届一次常务理事会决定,认定阜新液压产业园为阜新国家液压产业集群示范基地、泸州液压产业基地为泸州国家液压产业集群示范基地。2013年12月,中国液压气动密封件工业协会第六届十次常务理事会议决定,认定榆次液压产业基地为第二批国家液压液力气动密封产业集群示范基地。中国液压气动密封件工业协会先后多次就示范基地的发展和建设问题与地方政府沟通协商,希望地方政府加强对产业集群示范基地的指导和支持,促进知识、技术、人才、资金、政策等要素的集聚,为示范基地营造良好的发展环境和政策体系,促进产业基地的产品结构调整和区域经济优化升级。