摘要 本文梳理了數字液壓技術、智能液壓技術、新材料應用、環保液壓技術、液壓仿真技術等現代液壓理論與技術在軍事工程機械與農林機械上的應用，并進行了特征分析。結果表明，多技術集成化、綠色環保、智能化、新材料應用等將成為現代液壓技術在農林機械及工程機械上的應用趨勢。

　　關鍵詞 現代液壓技術;農林機械;工程機械;數字液壓技術;智能液壓技術

　　液壓技術是我國機械傳動領域中應用較廣泛的技術，其發展與更新的速度在不斷加快。為適應快速發展的現代機械化水平，液壓機械傳動技術不斷地與新型智能化技術融合，不斷地在工程發展中改進[1]。現階段，應用液壓技術的程度已成為衡量一個國家工業水平的重要標志[2]。隨著科學技術的發展，液壓技術逐漸融合了機電一體化技術、信息技術、網絡技術、數字化技術、人工智能技術、電子技術等，在技術水平和工作效率上有了質的飛躍，逐漸形成了現代液壓技術。隨著我國農業機械化的快速發展以及各項重大工程的開工建設，對農業機械與工程機械的性能要求越來越高。現代液壓技術集成應用到農林機械、軍事工程機械，可使其破除發展瓶頸，實現更高程度的飛躍。本文對現代液壓技術在農林、軍事工程領域的應用現狀進行探究，以期為我國農林機械轉型升級、工程機械“高精尖”發展提供參考。

　　1 現代液壓技術發展現狀

　　目前，液壓技術已被廣泛應用于各行各業，遍及工業領域[2]。現代液壓技術主要的代表技術有數字液壓技術、智能液壓技術、新材料的應用、環保液壓技術、液壓仿真技術等。

　　1.1 數字液壓技術

　　數字液壓技術是液壓元件具有流體流動離散化或控制信號離散化特征的液壓系統，也被稱為數字液壓系統[3]。通過數字液壓技術可以實現農林機械、工程機械的智能化、高效率、數字化和網絡化。計算機的日益發展和普及，對發展液壓組件產生了前所未有的促進作用，各種功用的數字化液壓組件不斷出現，液壓系統的數字化和微機化已成為發展潮流。同樣，數字化液壓組件的良好使用性，一方面滿足了用戶的需要，另一方面也對液壓組件的研制提出了全新理念。數字液壓元件主要有數字液壓閥、數字液壓缸、數字液壓泵、數字液壓馬達等。在液壓馬達上裝載數字液壓閥，可以精確地控制轉速，吊車旋轉將更加均勻，速度平穩，內置油缸變成數字缸，可以精確地控制大臂的角度。數字液壓技術主要有直接數字液壓技術和間接數字液壓技術(圖1)。

　　1.2 智能液壓技術

　　液壓技術的高級形式已發展到把編程后的芯片和液壓控制元件、液壓執行元件、能源裝置、檢測反饋裝置、數模轉換裝置、集成電路等匯成一體，形成智能液壓技術體系。農林機械、工程機械液壓系統在使用過程中會出現問題或故障，需及時解決。液壓系統故障發生時較隱蔽，并且不能通過外部觀察發現液壓控制系統故障[4]。對智能液壓系統提出更好的解決方案，將有助于保障我國工業化發展。液壓智能元件具備3種基本功能：液壓元件主體功能、液壓元件性能的控制功能與對液壓元件性能服務的總線及其通訊功能[5]。液壓智能元件可替代人工干預來完成元件的性能調節、控制與故障處理功能。例如，在PVG比例多路閥中，可用二位二通先導電磁數字閥的橋式回路閥組實現傳統的三位四通電磁閥功能(圖2)。

　　1.3 新材料在液壓技術中的應用

　　工程塑料、工程陶瓷、聚合物或涂敷料等新型材料的使用，可提高液壓元件質量、降低成本，促進液壓技術發展。鑄造工藝的發展，有助于優化液壓元件內部流動、減少壓力損失、降低噪聲、促進元件小型化和模塊化。在液壓技術中應用的新材料有工程陶瓷、銅鋅鋁雙向記憶合金片、磁流體/磁流變流體材料、工程塑料、電鍍Cr/CrN復合涂層、壓電材料(PZT)等，具體如表1所示。

　　1.4 環保液壓技術

　　液壓系統具有工作壓力和流量可調性好、功率大、熱量可被帶回油箱等優點。但值得注意的是，液壓傳動存在多次能量轉換，而且液壓油箱會造成潛在環境污染和油的損耗。因此，液壓技術必須不斷改進這些存在的缺點，提高液壓傳動與控制的性能。環保液壓技術包括能量回收、能量損失降低、容積調速方式、直驅式液壓系統結構緊湊、去管路可降解液壓油等。

　　1.5 液壓仿真技術

　　虛擬仿真技術在液壓系統中的應用可以為液壓系統的設計、操作、優化以及控制等，特別是為不可控的動態工作性能提供了一種檢驗的技術手段，已經成為比較成熟的理論且具有較高的實用價值[10]。仿真計算流程主要有以下幾個方面。一是建立數學模型。根據被模擬或被仿真的研究對象的工作機理、動力學特性以及工作條件等，給出被研究對象的數學描述;二是模型解算方法的選擇;三是解算程序的編制和運行;四是仿真過程的后處理部分。液壓仿真方法有計算流體力學(離散化和代數化)，可以進一步細分為有限差分法、有限元法、邊界元法等3種;鍵合圖法;多物理場耦合法;三維實時仿真技術;并行仿真計算;多媒體仿真技術;半物理仿真技術;物理仿真技術。通過液壓仿真技術的應用可達到優化設計、縮短設計周期的目的。可視化建模環境的體系結構如圖3所示。

　　2 現代液壓技術在農林機械、工程機械中的應用現狀

　　2.1 數字液壓技術的實際應用

　　挖掘機工作臂液壓系統原理如圖4(a)所示，通過操縱控制閥實現鏟斗缸、斗桿缸和動臂缸的配合動作，使挖掘機獲得各種掘入路線和角度，形成不同的工作面。但是，這種操作難度較大。為此，把上述3個普通液壓缸換成數字液壓缸，通過計算機對數字液壓缸實施控制。經過數控化改造后的計算機控制挖掘機液壓工作臂如圖4(b)所示[11]。

　　挖掘機的研發進展十分迅速。取代挖掘機多路閥的數字液壓閥及缸已研發試制成功，數字變量液壓泵及數字變量液壓馬達設計也全部完成，正進行試制。全程數字液壓挖掘機樣機即將試制成功，并且投入作業試驗[12]。

　　2.2 智能液壓技術的實際應用

　　目前，智能液壓元件的發展主要存在2個方向。一是針對傳統液壓元件做一定的智能化改造;二是采用新結構(雙閥芯)的智能液壓元件[13]。智能化挖掘機是利用人工智能技術、數字化技術、機器人技術和信息物理網絡技術對傳統挖掘機的升級改造，集智能自主作業、智能感知、遠程遙控、智能診斷功能為一體[14-15](圖5)。該方法利用安裝在駕駛室上的攝像頭采集機械臂圖像，通過神經網絡將姿態信息反饋至控制系統，從而控制機械手。結果表明，該方法具有穩定的分級性能，但該系統的實時性較難解決。神經網絡處理圖像時間較長或圖像采集速度較低會給控制系統帶來明顯的時滯，因而圖像處理速度是影響視覺伺服控制系統實時性的主要因素之一。

　　近年來，液壓驅動技術被應用到精密播種機中[16]。作業模式的提高對耕作機械的精度要求越來越高。播種作業是整個作業過程中最關鍵的環節。受季節性等因素的影響，適期播種非常重要，因而對種子和肥料的播施深度要求也高。通過旋轉壓力旋鈕來調節風機輸出風速，進而有效控制種子和肥料的播施深度。全液壓底盤驅動方案已在植保機械、收獲機械上得到應用，易于實現自動化、智能化控制和遠程操縱，滿足人們的要求[17]。

　　2.3 環保液壓技術的實際應用

　　此技術可提升機械能量變換的速率，提高體系作業速率。農業機械體系動力學特點、動態特點逐漸彰顯，隨著此技術信息搜集處理、故障問題監控技術等技術的逐漸優化，非常有利于農業環保工作的正常進行[1]。液壓挖掘機科學避免現代化液壓挖掘機施工產生的噪聲、粉塵等污染已成必然，因而環保化、節能化與智能化是液壓挖掘機的發展趨勢[18]。搭載能量可回收液壓系統的吊機臂如圖6所示。

　　該系統在液壓缸下落工況時，液壓油流經交流電機形成電流，從而產生電能，電能儲存到蓄電池中，可以回收再利用。EMB液壓混合傳動單元使用一個先進的蓄能器儲存制動過程中的能量，然后，儲存在蓄能器中的能量被用于車輛下一次啟動時的加速。一旦能量耗盡，將會重新啟動發動機。不同于在電池中儲存能量的電力混合動力系統，液壓混合動力系統可以回收和重復使用70%的制動能量[19]。

　　2.4 新材料液壓技術的實際應用

　　農林、工程車輛在行駛過程中其載荷、路況、車速等行駛狀態會有很大的變化。阻尼可調減振器的應用，克服了被動減振器的單一外特性不能滿足車輛在多種工況下的阻尼力需求的缺點。在現有的阻尼可調減振器中，磁流變減振器的性能最好，但成本高。有研究提出了一種基于磁流變液擠壓模式的磁流變壓力控制閥，通過控制電流調節磁流變壓力控制閥的流量—壓力特性，實現減振器的阻尼可調，改善車輛的平順性[9]。磁流變閥控減振器的意義在于：一是磁流變閥控減振器能夠有效地衰減車身振動，改善車輛的平順性;二是磁流變壓力控制閥利用了磁流變液擠壓模式的原理，在小的閥芯運動范圍能夠實現大的壓力調節范圍;三是磁流變閥控減振器具有大的阻尼力調節范圍，能適應車輛在不同行駛工況對阻尼力的需求。宋佳星[7]設計了壓電陶瓷驅動伺服閥并研究了其特性，得到質量輕、結構簡單、經濟效益好、動態性能優的新型壓電陶瓷驅動型伺服閥，為智能液壓驅動技術打下了基礎。

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