工程化解读最前沿的液压技术
2022/11-12 月刊
上海液压气动密封行业协会 指定媒体
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电动推杆将在移动非道路机械设备应用中备受关注
数字化才是移动液压的未来
轴向柱塞泵与马达的低速特性
液压如何为行走机械智能化发展尽力
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静液压 版权所有，本刊内容未经授权不得转载
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声明
液界资讯
第三届液压气动"数智化"产业论坛于上海落幕
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前沿技术
电动推杆将在移动非道路机械设备应用中备受关注
《静液压》杂志编委会
iHydrostatics静液压是专注于静液压领域的新媒体，秉持工程化解读最前沿的液压技术创办理念，致力打造一个联通液界精英人才、优秀企业之间，构建开放、共享、共学、共创商业价值的液界协同平台。
静液压新媒体下设六大媒体平台：门户网站、微信公众号、电子杂志、抖音号、头条号和Newsletter。通过为有效信息服务，为高效工作赋能，共同构建液界信用价值体系，助力行业信息、技术、资源的整合与对接。共同实现 “协同赋能，价值互联” 的理念与追求。
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电液爱好者
新液压
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神奇的流体
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Amesim系统仿真
Contents
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数字化才是移动液压的未来
专题文章
柱塞泵技术确保功率和效率
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电缸的优势与应用
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轴向柱塞泵与马达的低速特性
一些液压教科书对“液压缸终端缓冲作用原理”的叙述太肤浅
04 液压如何为行走机械智能化发展尽力
10 HP4VG家族又添新成员HP4VG280
13 Carraro'THE'解决方案亮相宝马展
14 邦飞利推出建筑机械电力驱动装置
15 丹佛斯为H1B弯轴马达引入平衡阀
16 新品上线 | SH130伺服液压动力单元
18 首款内曲线径向柱塞马达CLM 8 S发布
20 丹佛斯低功耗大流量电磁插装阀
21 Sun 独有的 ENERGEN™ 创造和回收能量
22 SU超声波流量计
24 高流量换向插装阀WRC-4X闪亮登场
27 全新阀组，推动拖拉机向智能化迈进SBx4 + EHC40
74 外啮合齿轮泵基础
第1组
第2组
第3组
第4组
第5组
第6组
王长江
曾任中国液压气动密封工业协会特别顾问，中国工程机械工业协会配套件分会特别顾问，中国机械工程学会流体传动与控制分会常务委员，«机床与液压»编委会委员，中国液压气动密封件工业协会专家委员会副主任，中国中国机械工程学会流体传动与控制分会顾问。先后相继任：力士乐（北京）液压有限公司任总经理；力士乐（中国）有限公司任柱塞泵、马达产品经理；力士乐（中国）任首席技术执行官；力士乐（中国）电子控制部经理；力士乐（中国）首席培训官；山东常林集团研究院院长。
参与国家液压振兴工作，多次在各部门组织的高峰论坛上发表振兴方面的主旨演讲，推动振兴事业；同时着力研究挖掘机液压系统，提出了有中国自主知识产权的挖掘机新型电液控制方案“蓝天二代”为我国挖掘机技术进步做了一些工作。参与了国家发改委、财政部、工信部、科技部等国家机构组织的项目专家评审、项目促进工作。曾获得中国机械工程学会流体传动与控制分会颁发的“特殊贡献奖”。主要研究5G通讯技术在行走液压上的应用“端云协调控制合一”至今。
于2022年第三届液压气动“数智化”产业论坛演讲
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02 高空作业车液压系统介绍
力士乐旗下品牌乐卓液压，首秀#名企大讲堂主题研讨会，将为大家带来乐卓液压在移动液压领域的全新解决方案。4场乐卓液压资深应用专家带来的专题内容分享，更深度更全面的解析乐卓的卓尔不群。
专题一：工程机械电动化现状分享
专题二：高空作业车典型液压系统介绍
专题三：收获机械底盘驱动系统介绍
专题四：挖掘机液压系统解读
01 工程机械电动化现状分享
#名企大讲堂
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#名企大讲堂
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四大专题内容涵盖移动液压领域内的热门话题：#电动化，#农机，#高空作业车，#挖掘机。解读工程机械行业的电动化应用场景，未来电动化发展预测，电动化面临的挑战以及小挖电动化典型案例。展示乐卓在收获机械设备上的静液压驱动技术解决方案，如何实现可靠性、安全性和舒适性。在如火如荼的高空作业车应用中，乐卓有什么必杀技保证车辆行驶的稳定性和工作栏的水平度两项关键作业性能。负流量、正流量、负载敏感三大挖掘机典型液压控制系统，乐卓如何来运筹帷幄？
#Le-Hydraulix Season
第三届液压气动"数智化"产业论坛于2022年11月圆满落下帷幕。论坛首次线上线下同步互动直播 6场国内外主旨报告为与会嘉宾们解读行业前沿发展趋势，展示行业最佳实践范例，搭建企业发展需求对接互联平台，创造液界群英精准深度交流圈，吸引了3000+行业同仁线上线下共同参与！
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第三届液压气动"数智化"产业论坛于上海落幕
筑梦二十载 | 波克兰液压中国20周年庆典暨新品发布会盛装启幕
静液压+PTC联合采编——对话液界栏目
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HydraForce 与实时油质监测系统制造商 Tan Delta Systems 合作，提供有关油品质量的宝贵实时数据，并扩展其在远程信息处理市场中的能力。这将有助于防止液压元件的过度磨损和机器运行时可能发生的灾难性故障，从而提高生产率并减少机器停机时间和维护成本。
HydraForce和Tan Delta Systems合作提供实时油况数据
林德液压德国售后服务中心搬迁至施魏因海姆
按照《机械工业优秀科技工作者和优秀创新团队遴选工作方案》要求，对申报机械工业优秀科技工作者和优秀创新团队的材料进行形式审查，并组织专家进行评审，浙江大学徐兵教授团队获得机械工业优秀创新团队，谢海波教授和张军辉研究员获得机械工业科技创新领军人才。
2022年11月23日，波克兰液压20周年庆典暨新品发布会在上海浦东成功举行。波克兰液压以“向智电
爱荷华州丹佛斯庆祝非公路车辆底盘测功机实验室竣工
浙江大学获机械工业优秀创新团队和科技创新领军人才称号
11月17日丹佛斯动力系统和爱荷华州立大学宣布完成非公路车辆底盘功率测算实验室。它是美国公共机构中唯一的此类设施。它能提供
林德液压已将其售后中心（包括维修和备件仓库）从阿尔策瑙迁至施魏因海姆（阿沙芬堡）。除此之外，“AB-GUSStech”铸造厂（全资子公司）和林德液压的特殊部门已经搬到该地点。
林德液压售后中心翻新后的大厅
林德液压售后中心翻新前的大厅
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车辆性能和能效测试，以及车辆部件和控制系统相互作用的评估。
专访易福门电子（上海）
专访波克兰液压中国总经理 张笕檀
时代进军”为导向，正式发布了顺应电动化趋势而开发的e+h电动液驱方案和波克兰深耕内曲线马达技术的产物--40 升大功率直驱马达 MI330两款王炸新品，为波克兰液压的新征程打响了“发令枪”。
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一直以来，恒立都致力于新产品的开发与升级。在现有HP4VG系列斜盘式轴向柱塞闭式泵基础上，又推出了280规格产品。至此，该系列在45、60、75、100、135、175、280cc/rev七个排量规格上均有产品覆盖，充分满足了不同机型、各类苛刻工况的重载需求。
HP4VG280闭式泵沿承系列优势与品质，可轻松应对高压、高转速、频繁冲击等重载工况。而且280cc/rev的大排量，完全满足大型机械与设备的流量需求。特别设计的45°进出油口方向，更是便于管路布局安装。
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HP4VG 家族又添新成员
——HP4VG280闭式泵
https://www.henglihydraulics.com
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“大排量、超高压”是HP4VG280闭式泵的一大亮点，额定压力达450bar，最高压力可以达到500bar。同时采用高速旋转组件和加强的重载轴承，提高传动效率，提升输入转速，使其更适用于重载高速的场合。
该泵采用低噪音设计，并同时优化旋转部件结构。双管齐下，满足机械、设备对液压元件的低噪声要求。
拥有电比例排量、液压比例、手动等控制方式的HP4VG280泵，可为客户提供更多选择。该泵可集成DA阀，实现无级调节液压泵排量，并利用DA阀的自动调节作用，始终保持泵功率与发动机输出扭矩的最佳匹配，防止发动机因负载过大而熄火，也提高了系统使用效率。
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凭借稳定的性能以及优越的品质，HP4VG280适用于盾构机、履带吊、单轨吊、大型推土机、煤机、大型平板车等领域。
盾构机作业需要同时确保强劲的动力、高速度以及耐冲击，HP4VG280的大排量、高压力及快速响应的特征使其在盾构机上得到广泛应用。在履带吊的行走、卷扬、变幅等系统中，它可控制各动作的完成，实现高效作业。
优化了轴向长度的HP4VG280具有紧凑的外型，节省了安装空间。同时，因更高的压力等级和转速加持，使其具备更高的功率密度比。
HP4VG280采用壳体后盖一体化设计及特殊密封设计，泵体法兰接口远离高压点，减少密封圈的使用，降低泄漏风险，大幅度提高其在高压工况下的安全系数。
行业应用
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https://www.carraro.com/en
卡拉罗开发的新型模块化变速器名为THE（变速器静液压电动），旨在更好地满足轻型建筑设备客户的需求，如伸缩臂叉装机、反铲装载机、紧凑型和小型轮式装载机以及轮式挖掘机。
变速器具有特殊功能，允许切换静液压和电动应用。
这一概念背后的目的是为汽车制造商提供一种解决方案，使他们能够为车辆配备静液压或电动版本，而无需更改底盘或传动系统布局。
THE 变速器是高度可配置的，将提供两个版本，同步双速和动力换档。THE 变速器的可选配置包括紧急制动器和 4WD 断开系统。
Carraro'THE'解决方案亮相2022宝马展
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邦飞利推出建筑机械电力驱动装置
https://www.bonfiglioli.com/international/en
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邦飞利基于一系列永磁电机的新开发，开发了模块化电驱动系统，该系统采用邦飞利典型的外壳设计，并结合了行星齿轮的成熟设计原理。
新的电驱动系列可扩展为三种直径，每种直径都有几种长度的电动机。因此，该概念允许 4 至 150 kW 的功率范围。电机直径为 230 mm（在 bauma 2022 上展出，采用 A3.337 格式），可提供 4、7.5 和 15 kW 三种长度。更多直径/长度组合正在准备中。
https://www.moog.com/
邦飞利表示，新型电驱动系统保留了邦飞利传统产品的基本技术特性和坚固性，并具有广泛的功率和扭矩范围，尤其受到机器制造商的赞赏。
邦飞利的 IIoT 经验也对特定的硬件和软件产品起到了重要作用。连接、模型和分析、边缘计算和网关技术直至云，为用户提供相应的仪表板。
可用作行程和回转驱动器的电驱动器原则上的设计方式是，与其液压模型一样，它们具有所有技术必需品和特性。电机采用坚固的外壳，采用风冷式设计，防护等级为 IP67。
驱动器的核心，永磁电机本身，配备了温度和速度传感器，并且免维护。单级或多级行星齿轮直接法兰连接到其上，根据机器制造商的要求进行定义。它的维护间隔很长，并且由于智能设计，维护本身非常容易。
据邦飞利称，到 2030 年，50% 的新型自行式工程机械将采用电动或混合动力驱动。
丹佛斯为H1B弯轴马达引入平衡阀
移动和工业液压系统以及电动动力总成系统供应商丹佛斯动力系统为其 H1B 弯轴马达引入了平衡阀，将马达的应用扩展到开式系统。平衡阀专为马达设计，使原始设备制造商能够在大功率传动系统和绞车应用中利用变速 H1B 马达的优势，包括紧凑的设计和效率，同时防止超速和气蚀。
用于 H1B 的平衡阀可减少压降以提高系统效率，并具有集成的泄压阀，可简化系统集成并缩短上市时间。该阀还提供广泛的选项，通过阻尼和主阀芯的整体行为来优化性能，以及用于外部补油或系统加热的可选补油端口。
“我们的客户了解并喜爱我们的 H1 系列弯轴马达，”丹佛斯动力系统静液压大功率产品组合经理 Süenje Marsch 说。“这种新型平衡阀使他们能够将他们在闭式行走系统中使用的多年马达带到开式系统中，具有此类应用所需的高功率密度和精确控制。”
带平衡阀的丹佛斯 H1B 马达是轮式和履带式挖掘机、履带式和汽车起重机以及钻井和管道搬运应用的理想选择。DN32 平衡阀有两种型号，适用于排量范围为 160 至 250 cc 的 H1B 马达.将于 2023 年推出的 DN25 平衡阀将适用于排量范围为 80 至 110 cc 的 H1B马达。
04 本地化服务
国内工程团队自主设计，镇江产线本地化装配，满足国内客户对产品稳定交付、定制开发、快速迭代的需求。
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新品上线 | SH130伺服液压动力单元
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丹佛斯伺服液压动力单元是您在高空作业车及非公路应用领域的最佳搭档，实时为整车液压系统提供精确流量。
通过结构性优化设计，SH130最大程度保证了结构的紧凑性。一体化设计包含高性能内置式永磁同步电机，电机驱动器，以及排量可选的高效齿轮泵。
产品优势
01 定制化开发
SH130面向剪叉车市场定制化开发，技术参数覆盖6-14m剪叉平台，方便不同机型配件统型。电气接头、液压件油口与市场常见配置匹配，方便客户快速试装样机。
02 一体化设计
集成MCU, 大幅节约底盘安装空间，缩短装配时间，规避UVW产线接线故障。
03 高效节能
SH130 IPM永磁方案因转子为高磁性材料，无需励磁耗电，较AC交流方案效率提升20%以上。
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首款内曲线径向柱塞马达CLM 8 S发布
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内曲线径向柱塞马达CLM 8 S由丹佛斯动力系统全球研发团队打造，并实现了本地化生产，将逐渐成长为全球性产品。
产品优势
01 突出的性能
CLM 8 S马达具有更高的低速性能并提高了高速时的机械效率。将使客户减少能耗并实现更快的行驶速度。
02 双速软切换
CLM 8 S马达采用全新开发的双速切换系统，优化控制信号,使双速切换冲击降低70%。采用温度相关的控制信号保证了马达在不同的温度下具备相同的响应时间和切换冲击。
03 集成多片式驻车制动器
CLM 8 S马达提供同类型产品中最可靠的驻车制动器，弹簧加载液压释放摩擦片式驻车制动器,在产品生命周期内安全可靠，允许100次紧急制动。
04 更紧凑的产品尺寸及更高的功率密度
CLM 8 S马达采用集成式刹车设计，使马达尺寸缩短33%。得益于更紧凑的安装尺寸，客户安装时更加方便，并使得在有限安装空间内集成更坚固的链轮成为可能。
05 多接口选项
CLM 8 S马达具有多种安装法兰和输出轴选项，可完美匹配您的机器。
目前CLM 8 S有7种排量选项：
470cc/520cc/565cc/620cc/680cc/750cc/820cc。该系列产品最高工作压力高达450bar，同时集成驻车制动、双速切换、速度传感器及冲洗功能。
CLM 8 S作为Danfoss THORX™马达家族一员，专为链轮驱动定制化开发，适用于轮式滑移装载机。2022年10月，在德国BAUMA展正式发布！
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丹佛斯低功耗大流量电磁插装阀
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丹佛斯动力系统宣布推出 SLP13 两位两通锥阀式电磁阀，这是一种适用于紧凑型设备的低功率、低压降解决方案。SLP13插装阀采用正在申请专利的技术，可显著降低功耗，同时提高额定流量，可帮助原始设备制造商实现效率目标并减小阀块尺寸和成本。
“机械趋势，如车载电子控制的使用增加以及紧凑型和电气化设备的增长，需要高效、低功率的阀门和液压集成电路解决方案。我们的新型 SLP13 阀门代表了额定流量和功耗方面的重大进步，能够帮助 OEM 利用这些趋势，“丹佛斯动力系统ICS全球产品经理 Abby Bauer 说。
SLP13 阀门尺寸为 10，标称流量为 79 lpm ，额定压力高达 350 bar （5000 psi），是各种物料搬运、建筑和农业机械应用的理想选择。
丹佛斯的 SLP13 阀将功耗从 29 W 降低到 10 W 以下，有助于延长电池供电车辆的运行时间。通过降低功耗，阀门新线圈的稳定温度降低了近50%，这有助于防止线圈烧毁并延长使用寿命。
SLP13阀的压降比上一代电磁阀更低，从而提高了燃油效率并减少了排放。与传统产品相比，该阀的独特结构允许在同一腔体中的流量增加约1.8倍。它还提供了用较小的阀门替换较大阀门的机会，从而使系统更紧凑、更轻便、成本更低。
Sun 独有的 ENERGEN™ 创造和回收能量
ENERGEN™ 是 Sun 最新的创新解决方案。在节能 ecoline™ 计划中，ENERGEN™ 是一种高效单向阀，允许从入口到出口的自由流动，并阻止反向流动。
Energen™ 由一个集成发电功能组成，可将功率损耗转化为有用的能量，提供了一种强大的能量收集和单向阀功能。
- 将液压能转化为回收的电能；
- 插装阀中产生的能量用于传感器、电磁阀和其他电子设备；
- 消除电线和线束以提高可靠性和安全性。
ENERGEN™ 为线束可能损坏的附件或工具提供电能。它还可以从油箱管路或旁路系统中回收浪费的液压能。
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产品优势
透明过程
除了当前流量外，还可通过IO-Link提供有关累计流量、温度、设备状态和两个开关阈值的更多信息。
状态监测
信号强度（非周期性）可指示可能出现的污染或过程变化，因此有助于尽早采取维护措施，尽可能避免机器停机。
无损耗数据传输
IO-Link可实现无损耗数据传输：数字化通信可避免信号转换损耗，且磁场等外部因素不会对数据传输造成任何影响。除了无损耗数据传输外，数字量信号还有高精度和高分辨率的特点。
SU超声波流量计
SU Puresonic可高精度地检测最高达1000 l/min的流量。由于采用超声波技术，它也能精确检测反渗透设备中生产的低电导率超纯水。另外，它还可持续检测信号强度，并将其用作质量和维护指标。
SU Puresonic的测量管由不锈钢制成，且管内没有任何测量元件、密封件和运动部件，这意味着从一开始就将损坏、泄漏或堵塞等引起的故障以及设计相关的压降排除在外。
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状态检测
通过持续检测信号强度，可以更简单地在早期确定维护需求，从而尽可能减少停机。信号强度的状态可通过诊断输出、IO-Link或SU上的工作状态LED来读取。
产品特点
IO-Link带来的附加值
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博世力士乐通过新一代WRC-4X换向插装阀提高了液压执行器的性能和通信能力。该系列阀响应更快，并能够实现之前只能通过加大一号尺寸才能实现的流量。集成电子设备（OBE）允许新款阀系列经由开放接口与更高级别的控制单元和工业4.0环境联网，即使在模拟控制下也是如此。这意味着现已可以将阀集成到前瞻性自动化概念中。
高流量换向插装阀WRC-4X闪亮登场
WRC-4X阀带多以太网接口的集成电子设备和用于驱动器的OPC UA，即使采用模拟量控制，也能集成到网络环境中。新型插装阀块主要针对具有高流量和高动态性能要求的应用场景，如压力机、压铸机和注塑机。我们利用联合仿真以及流量分析和强度计算，优化了通道的几何特性，使不同尺寸的阀能够提供比以前更高的流量。这些阀可以连贯地实现以前只有加大一号尺寸才能实现的价值。因此，厂家可以用更小的尺寸满足相同的要求。
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产品特点
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同时，我们还提高了插装阀的动态性能。根据流量，阶跃响应时间从10毫秒以下开始。例如，制造厂家可以通过同时提升流量和动态来促进注塑轴的性能，从而提高其注塑机的生产力。
WRC-4X插装阀可通过数字和模拟控制来操作。这两种情况下，集成电子设备（OBE）都能使阀无缝集成到数字网络自动化环境和工业4.0应用中。多以太网接口支持所有传统的实时协议，如SERCOS、EtherCAT和Varan。
WRC-4X阀还具有用于驱动器的开放核心接口（OCI），一个可以与一系列程序进行通信的开放式接口。力士乐液压执行器与IT和基于云的应用之间的差距因此而缩小。这意味着机器制造厂家和操作人员可以将阀合并到当前的状态监测系统中，并通过预测性维护进一步提高可用性。
在启动期间，通过向导程序可以便捷地对已完成厂内测试和校准的阀进行配置。工程环境IndraWorks Ds以逻辑化方式指导工程师完成所有必要步骤。目前可供选择的阀尺寸为32、40、50、63、80和100，可覆盖流量高达12500 l/min。
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用开放标准为工业4.0铺平道路
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在实现农业智能化的进程中，拖拉机是至关重要的动力输出装置。因此其后提升系统与辅助输出功能的电控方案也成为了业内关注的焦点。
全新阀组，推动拖拉机向智能化迈进SBx4 + EHC40
为了助力打造更智能、更大马力、具备更强复合作业能力的拖拉机，博世力士乐推出了全新一代SBx4系列电控提升阀组以及配套的EHC40软件系统。
为了配适更广泛的使用场景，SBx4系列阀组提供机械控制与CAN总线控制两种配置。均可实现恒流量调节与压力补偿功能，实现了在负载波动情况下的稳定流量输出。覆盖了播种机，旋耕机，复合翻转犁等农机具的使用要求。
最新产品
辅助输出阀片
机械&电控操作方式
最新产品
电控提升阀片
电流&CAN总线控制模式
为了更进一步实现智能农机具的元件交互，降低线束布局的复杂程度，EHRx4电控提升阀片提供电流控制与CAN总线控制两种控制模式。CAN总线进一步支持整车信息交互，将电控提升系统融入整车控制策略。
阀片灵活布局
独立阀片&整体阀组
随着复合农机具的大范围应用，市场也对阀组的布局配置提出了更灵活的要求。为了更快提供解决方案，我们将SBx4系列阀片进行了模块化设计，无论是大流量、多动作的阀组需求，还是紧凑型独立布局的单片需求，SBx4都能提供对应的解决方案。
为了更好的配适主机厂的软件开发需求，更快的实现系统开发和交付，博世力士乐提供配套SBx4阀组的控制程序模块。我们可根据客户的定制化需求重组功能模块，无论是整体解决方案还是独立功能的使用，都可以提取模块，实现快速开发。
软件模块化
EHC40&TVC40
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数字化才是移动液压的未来
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事实上，软件和数字技术的进步正在为移动液压系统开辟一个充满可能性的新世界。数字化液压解决方案通过将液压和机械控制功能和接口转移到软件中来解决非此即彼的困境。因此，机器制造商和最终用户都正在实现一系列新的运营和业务优势，这些优势将塑造移动液压系统的未来。
在当今的标准配置的液压系统中，泵具有特定的控制设备配置以提供所需的功能，以及连接到主控制阀的软管，该主控制阀提供负载感应压力以控制泵排量。这些液压系统的数字化使制造商能够简化机器并消除复杂的机械设备、软管、配件甚至外部阀组。
数字化移动液压系统结合了液压硬件、电子元件和网络解决方案，帮助机器制造商创造下一代移动机械。
在制造移动机械时，原始设备制造商 （OEM） 面临着影响液压系统设计的相互冲突的压力和需求。通常，他们必须在简化的体系结构或更多功能、控件类型或是否在平稳运行中提供最大性能之间做出艰难的选择。
01 数字技术降低了机械复杂性
对于传统的液压系统，摆脱这种困境的唯一方法是做出非此即彼的决定——为了另一个利益而牺牲一个利益。一旦硬件选定后，这些功能就会在移动机器的整个使用寿命期间保持不变。
移动机械市场中数字化的出现——用电子系统和控制来补充液压的运动——可能有助于克服某些应用中的一些挑战，因为液压系统将继续在移动机械中发挥关键作用。液压系统提供许多操作员在现场所需的功率密度、可靠性和可控性。随着液压技术与其他技术一起发展，原始设备制造商正在寻找新的方法，以更少的缺点最大限度地发挥优势。
02 先进的软件简化了液压硬件
这种液压架构使机器制造商能够通过软件实现机器功能的数字化，以减少硬件组件，提高灵活性并动态控制驱动器和应用程序。博世力士乐公司这些部件被标准化组件、电子设备和先进的基于物理的软件所取代，使工程师能够以数字方式调整物理参数。这也允许原始设备制造商对控制装置进行根本性的改变，彻底改变机器驾驶室中的人机界面。
通过简化机械结构，制造商不仅可以在组件方面节省大量成本，还可以节省物流、生产、装配和服务方面的成本。这些调整还可以帮助最终用户降低成本。机械部件更少，维护成本更低。这也提高了性能，并导致滞后减
原文作者：Enrique Busquets，Bosch Rexroth Corporation
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少和动态行为的改善。先进的软件还提供了性能优势，例如更精确的控制和操纵系统行为的能力，最终导致更高的机器性能和更高的能源效率。
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03 更灵活、功能更强大的移动液压系统
数字化液压系统的多功能性也增加了功能。无论机器是用于建筑、农业还是物料搬运，OEM 都可以对整辆车实施数字控制。这使 OEM 能够标准化和整合组件，以简化方式实现不同功能。
该数字应用解决方案为非公路市场的数字化转型提供了一个软硬件生态系统。以一家 OEM 为例，其设备应用需要功率控制、电子比例控制或其他压力限制控制。对于标准液压系统，每个控制都需要具有唯一零件号和配置的不同泵。更有趣的是，即使在具有相同控制设备的泵中，应用也可能需要不同的配置设置，从而导致额外的零件号。相比之下，数字化电液解决方案使用数字控制，通过具有单个标准化控制设备和高级参数化软件的单个泵实现相同的功能。
用软件替换机械硬件的能力不仅为OEM创造了更大的灵活性。它还为最终用户提供了改进的多功能性。标准液压系统将最终用户锁定在有限的特性中，并且通常不提供为不同应用切换模式的能力。通过数字控制，一切都可以通过软件进行更改。这使最终用户能够在切换时在不同的操作模式之间切换。
附加机器功能的新算法甚至可以通过云启用或下载到机器上。这为新应用和新商业模式开辟了广泛的机会。启用或下载的功能可以作为单个作业的一次性购买提供，也可以通过订阅作为高级服务提供，类似于当今消费车辆中使用的商业模式。
04 新的移动机器将更容易被扩展
凭借简化的液压元件和更广泛的功能，机器制造商具有更大的能力来开发新机器并将其扩展到市场。从设计和开发到组装和部署，OEM 可以降低复杂性和成本，从而更快地进入市场。
OEM 可以轻松配置数字化行程驱动泵，以通过专用配置器在同一台机器中同时提供速度控制和扭矩控制。
下一代数字化液压系统使机器功能依赖于软件，而不是硬件。这使得使用单个程序在整个车辆和参数化值范围内应用函数变得更加容易，从而允许将相同的功能用于不同的机器重量等级。
反过来，制造商可以采用更加模块化的方法来制造新机器，使用更少的零件，这些零件在其产品组合中更加标准化。它还简化了物流，减少了采购和库存中的硬件差异。
这种可扩展的机器制造方法可能会在移动机械市场掀起新一轮的创新浪潮。借助数字驱动的功能，实现新的车辆功能或创建全新的机器所需的工程和设计工作更少。
05 移动液压的下一步发展方向
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随着越来越多的原始设备制造商采用软件驱动的移动机器设计方法，他们将找到使用数字技术来降低机械复杂性和改进功能的新方法。他们还将发现利用这些系统产生的大量数据的新方法。
这种数字化电液解决方案使用数字控制，通过具有单个标准化控制装置和高级参数化软件的单个泵实现相同的功能。博世力士乐公司液压元件的数字化需要内置传感器来收集负载感应压力、设备速度和温度等重要数据，这些数据可用于通过连接的设备解锁新功能。该数据可用于：
- 设备的预测性维护
- 优化机器性能和精度
- 提高能源效率
这些功能也将为OEM带来新的商机。机器可以随时通过新软件升级为高级功能，也可以与订阅服务打包在一起。
移动液压系统的下一步将取决于利用这些数字解决方案的原始设备制造商。凭借更易于扩展的更大灵活性和功能，机器制造商有能力决定移动机器的未来。
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许仰曾 | 斯蒂芬·哈克联合主编
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电动推杆将在移动非道路机械设备应用中备受关注
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电动推杆在移动非公路（MOH）机器设计应用中占有一席之地。过去，电动推杆可以在简单的端到端运动应用中有效地取代单个液压或气动缸，使用高达100瓦的功率。如今，它们可以执行复杂的运动曲线，功率高达 400 瓦。这种新功能的一部分源于将微处理器嵌入到设计中，从而创建智能执行器。
这项技术可以提供安全性和效率的同时，降低成本。
使用智能执行器进行设计
合并外部组件的功能和数据。在智能执行器开始移动之前，它会检查环境以确保对用户和设备是安全的。一旦它开始，它就会测量它沿行程方向上的位置。在不添加外部传感器和其他设备的情况下收集这些数据还可以减少所需的组件数量并简化安装。
汤姆森工业公司智能驱动使设备能够提供先进的控制、更复杂的运动和简化的安装。如果原始设备制造商（OEM）正在设计必须同时移动多个执行器的应用，则设计团队可以通过简单的布线，独立完成运动和运动配置文件来实现此目的，如下图所示。
自动驾驶农业设备是智能执行器应用的一个很好的例子。例如，一些谷物收割机、葡萄收割机和农用拖拉机已经自主运行。因此，执行器必须自行控制行程和力。如果没有操作员可以根据视觉线索控制操作，自主系统必须依靠电子反馈。大多数智能执行器具有内置的现场总线功能来提供这种反馈。例如，有些具有CANopen母版，因此您可以直接连接到车辆控制器，而无需驾驶员或其他组件来访问操作数据。车辆的内置逻辑从主控制单元操纵速度、力和位置，并提供对执行器的精确控制以及其在行程每个点的位置知识。
智能执行器应用可以像低电平电源开关一样简单，也可以像在CAN总线网络上实现控制平台一样复杂。在执行器中安装微处理器可以访问可能需要
嵌入式电子设备同步多个智能执行器，以控制谷物收割机上储物箱门的打开和关闭
原文作者：Håkan Persson，Thomson Industries Inc.
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与液压和气动系统相比，电动推杆控制行程、速度、位置和力的便利性是一个优势，但还有其他优势。能源效率是另一个重要优势。在传统的 MOH 应用中，液压或气动系统必须始终运行。相比之下，电动推杆是按需供电的，仅在发生运动时才消耗电力，并且没有寄生功率损失。
汤姆森工业公司电动推杆也更容易安装。OEM 或最终用户只需安装它们并连接电源线和信号电缆即可。然后安装它们。电动推杆几乎免维护。它们在泄漏时没有油需要更换或需要清理。这使得电动推杆在食品相关应用中更安全，例如前面提到的农业收割机，如下图所示。
电动推杆优势
下一个前沿科技
随着电动推杆的发展，可用的选项也在增加。最大的挑战可能是确定在现有和新领域中智能驱动能够带来的价值的，并将其映射到广泛的可用选项中。一旦OEM团队习惯了使用电动推杆进行设计，他们就会发现无处不在的可能性。它们可能提供安全益处。他们可以降低成本。电子执行器可能是提高机器效率的一种方式。它们还可以提供符合人体工程学的好处，例如自动化繁琐的任务或增加更高的精度或可重复性。
随着新的运动控制应用需求的发展，电动推杆的智能性、紧凑性和灵活性将使其在克服障碍和利用新机遇方面具有优势。
由于不使用油，因此电动推杆通常是与食品相关的MOH应用的首选，例如这种种子播种机。
因此，电动推杆正在不断发展，以执行曾经是流体技术唯一领域的任务。电动推杆可以管理高达 16，000 牛顿的负载。电动推杆的另一个传统限制是承受冲击载荷，但即使是这样，混合电液推杆也在一定程度上解决了这个问题。混合电液线性执行器可以执行一些曾经是流体技术唯一领域的任务。它们能够承受冲击载荷，例如这种多功能车，使其成为环卫行业的理想解决方案，如下图所示。
液压泵实际上是液压系统的心跳。如果您不熟悉液压系统，您会惊讶于在压力下推动流体的方式有多少种。齿轮、叶片或活塞的旋转和/或往复式为受任何性能或预算限制的设计人员提供了最适合任何应用的选择，特别是因为每种主要泵结构样式在每个系列中都提供了独特的选项。
柱塞泵技术专门采用相对于输入轴的轴向或径向往复式活塞。固定和可变排量泵提供所有三种主要结构变体 - 轴向斜盘、弯轴和径向。对于轴向和弯轴柱塞泵，您会注意到它们的活塞在旋转组绕轴运行时平行往复。径向柱塞泵看起来更像是飞机上的旧战时发动机，其活塞垂直于输入轴往复。尽管柱塞泵的设计最复杂，但它具有齿轮泵或叶片泵无法实现的功率和效率。
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01
柱塞泵技术确保功率和效率
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——作者：Josh Cosford
固定排量柱塞泵为设计人员提供了一个相对便宜的柱塞泵入口点。它们为开式液压系统提供可靠的高压固定流量，无需花哨的控制。然而，柱塞泵可用的控制选项提供了许多巧妙的策略来控制您的液压系统，从压力补偿到集成压力传感器的电液比例控制。
轴向活塞样式
压力补偿器是用于可变排量泵控制活塞的安全阀。补偿器是一种非常低流量的组件，它基本上控制斜盘角度以改变排量，以保持设定的压力。任何下游流量需求都会降低泵的压降，导致泵增加流量以保持压差。只要下游流量需求不超过泵的最大流量，泵就可以补偿并保持全压。但是，任何超过其最大额定值的流量都将受到下游执行器的负载压力的影响。
制造商提供各种形式的排量和压力控制。例如，负载传感控制允许泵读取下游负载压力信号，以在非需求期间以及在比最高负载高几百psi的减压压力下减少流量。更进一步，您会发现马力限制（有时称为扭矩或功率限制），只要总需求小于原动机的容量，它就会为机器提供最大的流量和压力。如果挖掘机等机器需要比发动机所能提供的更高的流量和压力，例如当多个高压执行器同时激活时，泵将自动限制流量以减少所需的总功率。
无论补偿器类型如何，每种变化都仅通过改变斜盘角度来实现其结果。对于轴向柱塞泵，斜盘按照控制活塞的指示，根据补偿器的要求增加或减少排量。因此，控制活塞在与旋转轴相同的轴向平面上移动，从而提供紧凑而强大的套件。
弯轴可变排量轴向柱塞马达
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弯轴活塞技术
虽然轴向柱塞泵很容易成为最受欢迎的，但其他柱塞泵设计也提供可变排量。您可能知道弯轴活塞马达（图 1），它以其高功率和高速而闻名。其轴和轴承组件相对于轴向柱塞马达以锥度旋转。尽管采用高压设计，但弯轴配置的转速比直轴马达高 25%，其轴承设计更适合皮带轮或齿轮驱动应用。来自齿轮或滑轮的力矢量必须与马达的弯曲方向相反（图 2），就像您的手臂从脚下拉动手术带进行二头肌卷曲一样。
弯轴活塞马达内的圆锥超大滚子轴承提供卓越的侧向负载保护，以抵抗陡峭角度的旋转组侧向载荷。例如，轴向柱塞马达上的斜盘最大允许 15-22° 角，而弯轴活塞马达以 40° 或更大角度运行。这种极端角度允许马达在小封装中实现高排量，从而在输入轴上产生高径向负载。为了抵抗这些侧向载荷，需要重型圆锥轴承，如图 3 所示，并解释了从相反方向拉动马达角度的必要性。
弯轴活塞马达的相同优点也适用于其泵亲属。卓越的功率密度、高速运行和高抗径向负载能力使其成为直接由柴油或燃气发动机驱动的移动液压设计的首选。此外，其固有的坚固设计使其成为齿轮或皮带轮驱动泵应用的首选（只要遵守安装建议）。尽管圆锥滚子轴承具有很高的侧向载荷阻力，但由于轴承被加载以消除过多的游隙，因此可能会发生过度磨损。因此，与其他设计相比，您更有可能更换弯轴柱塞泵上的轴承。
您可能会惊讶地发现，制造商提供可变排量弯轴活塞马达。不幸的是，它们的外观似乎没有提供任何安装任何有用的斜盘角度装置的地方。它们的结构与斜盘可变排量泵有很大不同，在斜盘可变排量泵中，整个滑板不是改变斜盘角度，而是在端口板内上下滑动。
由偏置弹簧和控制活塞相对的冲程活塞的工作原理与轴向柱塞泵大致相同。补偿器接收来自压力端口的引导信号，以平衡泵出口处的压降，根据需要改变旋转组件的角度以保持压力。
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施加在弯轴活塞马达上的径向力必须来自弯曲的相反方向。这种相反的方向平衡了活塞以一定角度推动旋转组所产生的力。
弯轴柱塞泵的横截面突出了用于抵抗侧向载荷的轴承。
领先的柱塞泵制造商为其弯轴柱塞泵提供大多数（如果不是全部）控制选项。没有其他功能的基本压力补偿通常通过产品资料中的压力切断进行。基本压力切断控制只需观察出口压力并调整斜盘角度以改变流量，从而保持设定的压降。只要系统需求小于最大流量，出口压力就保持在补偿器设定压力。但是，如果要求超过最大泵流量，您的回路将受到阻力最小路径的摆布。
老实说，为高速皮带或皮带轮驱动应用以外的任何应用选择压力补偿弯轴柱塞泵是一种昂贵的矫枉过正。可变排量弯轴柱塞泵的控制装置通常相当先进;您可以期待各种高级控制，例如马力限制，液压比例控制甚至电比例控制。我知道有一家特定的制造商为一台泵提供不少于七种马力限制控制器！
比例泵控制使用比例减压阀代替标准压力补偿器。例如，想象一个弯轴柱塞泵，其中弹簧偏置冲程活塞通过无级改变活塞控制侧内的压力来对抗弹簧压力。下游传感器观察到的精确压力为机器控制器提供了一个闭路反馈回路，以调整比例阀设置以匹配所需的出口压力。一些泵甚至可能更进一步，包括一个线性传感器来提供精确的位移反馈，保证您的回路精确的输出流量和压力，尽管负载、温度或粘度会波动。
市场上有这么多泵选项，我们真的需要这么多高级选项来提供单一泵类型吗？我的回答是肯定的，因为弯轴柱塞泵比其他设计具有独特的优势。各种可用的控制选项可确保您的系统无论多么复杂，都具有您所需的泵设计。
电缸的优势与应用
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这些年听到最多的词，就是节能环保！不管是企业产品，还是企业自身相关的，都在强调节能环保。而作为一名工程机械人，我常常在想我能为节能环保贡献一点什么呢？除了在设计插装阀组的时候多推荐比例阀，想办法降低点压损，好像也没有更多好的贡献。直到2015年我认识一个叫Daniel的先生，他给我一个新思路-能量回收。顺着这个思路，我一直在研究及寻找这个方向的产品，于是在2019年我找到电缸。这个产品不算是特别新的产品，可是在工程机械行业的这一年有了突破性的进展。所以借此来分享我对电缸优势的浅见。
说起电缸首先想到的就是电气化，而现在正是电气化大力发展的当下。可以预见，电气化还会继续向深度和广度方面发展：一是人工操作将广泛地实行电气机械化；二是更换所有低效率、不易控制的低速蒸汽驱动和压缩空气驱动的机械；三是农业中固定作业广泛实现电气化。可以预见，用电气技术代替燃料技术，能源效率可以提高，已有的用电技术的效率还可以进一步提高。所以结合电气化的方向，作为非科班出身的液压人士，就此对比了电缸的优势如下。
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而产品除了节能，其次就是环保。电缸系统即纯电系统，没有液压油的污染，可用于对环境环保要求高的场合，如食品设备，医疗设备，未来对于海洋设备也会是新的需求方向，因为越来越多的人在关注海洋环保，而相关的海洋设备也使用的越来越多。
既然是源于节能环保，所以最优先想到的优点应该就是能耗对比。电缸为电机直接驱动，与传统的液压系统相比效率更高。如果电机使用永磁同步电机，则效率可高达90%以上，减速箱机械传动效率一般在82%以上。
传统的液压系统的有效输出效率则低于50%，而电缸系统（全电系统）的有效输出效率能达到80%。以下的详细参数有Ewellix公司提供，供于参考。
而我则选择了一种我比较熟悉的工程设备，经过了2轮（单轮8000次左右）的测试，得到以下数据。就电缸的常用动作——伸出、缩回与液压缸做了一系列的数据对比（相对值）：
- 传统转向缸伸出缩回能耗总和：1kw，电缸转向：0.018kw，相当液压转向的1.8%的值。能耗的节省非常显著。
- 传统举升下降总和（无能量回收）：1kw，电缸起升下降（有能量回收）：0.68kw。相当于液压起升下降的68%，即节省了32%。
——张小琴
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前言
能耗
环保
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同时相对于发动机动力源的产品，电缸系统的整车噪音也大幅度降低，所以降低了噪音的污染。因为设备不同，噪音的数据暂时没有数据对比。电缸用在剪叉车上的整体噪音在70分贝左右。
作为21世纪的新青年，必须对设备操作的舒适度有比较高的要求，尤其是现在职场的大主力为90后00后。经过不完全的统计，他们对于工作最大的追求是爱好，次之就是舒适。而电缸则是用电机的速度进行全行程比例控制，用操作电控手柄就能轻松控制，且输出速度和反馈速度均可通过电机速度传感器进行监控调整。
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随着社会的发展，使用设备的普及率也不断提高，所以越来越来多的人关注到设备的安全性。电缸则可以内置位置传感器，速度传感器，温度传感器，承载力传感器等，在设备的工作状态中可以实现实时监控，通过各种数据实时调整控制状态，所以操作设备的主动安全性更加高。而液压系统只能通过压力和角度被动检测液压系统的压力、设备的角度，所以液压系统不如电缸系统的的安全性高。
液压系统虽然也能通过比例阀实现控制，但是比例阀都有一段死区即最小启动电流，且液压泵也有效率问题，所以在响应上电机直驱也比液压系统驱动更加快速及稳定。由于所有的设备都是通过钢性连接电缸，则消除了之前油缸带来的设备的起升下降停止期间设备的抖动性，操作体验感更加出众。而且因为电缸内置传感器，所以位置控制简单，且定位精确、重复精度高。所以不管是医疗行业还是物料搬运行业都能很好的体现这个优势，即使是行业新手也能轻松学会设备基本操作，同时操作更加简单舒适。
一个产品的好坏以及是否适合推广，还需要考虑其匹配设备的维护性，产品-设备是否能简单且容易维护。
舒适度
安全性
维护性
从我第一次接触电缸起，到现在相对使用量上来后发现，成本已经有巨大变化，至少降低了50%。现在电缸的应用主要集中在：行业有必要性的要求的，如医疗，食品行业等；成本相对不敏感的应用；油缸使用量不高，替换成本差异不大的场合。随着电缸的不断普及，我相信未来市场上会有越来越多的设备使用电缸系统，进而成本也会越来越底。
当然我还想表达的另外一个维度，即一个设备的寿命使用周期内的总成本。基于电缸系统的免维护成本（液压油，过滤器，密封件等易损件及维修的人工成本），以及由于能耗的降低对于电池寿命的提高，还有因为能量回收可以减少电池的容量大小。碳酸锂近些年的成本提升了近10倍，而碳酸锂的成本占电池成本的30%左右。
另外对设备延展性、安全性的考虑，液压系统则需要通过外部的控制器来实现这些功能的控制，而电缸内置的位置和承载力传感器可以实现设备的超载控制，不需要因为再增加外部传感器而增加成本。所以基于以上情况，综合设备的生命周期内的总成本，电缸系统不一定比液压系统高或者说差距不一定那么的高不可攀。
以上就是本人一年多来就电缸的优点的阐述。希望能有越来越的设备制造者能看见这个内容，使用电缸系统，给现有的设备升级更新换代，为中国电气化事业添砖加瓦。
此内容我需要特别感谢某不愿公开的大厂及其相关技术人员姚工，沈工，朱工为我提供单一设备的测试数据。感谢Ewellix公司提供素材。
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电缸采用无需维护的永磁同步电机和机械传动系统。与传统的液压系统相比在设备的使用过程中，不需要更换液压油，过滤器，密封件等。而在不同环境温度下液压系统还需要更换不同标号的液压油，电缸系统则不受温度影响，只需要定期增加少量的润滑脂，所以可以说是终身免维护的产品。
我产品也都需要考虑市场成本，一个不被市场价接受的产品，一定是不值得被大力推广的产品。所以作为专业的销售，必须结合成本的问题来谈产品。
现在的电缸系统在直接成本上比液压系统都是高的，尤其是当系统中油缸的数量越多，设备的总成本差距则越大。而电缸系统成本高的主要的原因是市场普及度不够，通俗的说，使用者（购买者）太少，导致生产制造成本太高。可是技术的变革不就是因为有第一个吃螃蟹的人，才会让被人看见，进而被人发掘出最优成本，慢慢的随之相关的配套等出现，整个行业成本就低了。
电缸如果用于带起升下降功能的设备，还能通过设备的自重下降，实现能量回收功能给电池进行充电。其中最典型的应用就是叉车，堆高车，高空作业车，AGV等以起升下降动作为主的设备。基于不同的设备，能量回收的比例也会有所差异。我在沈工的帮助下通过16,000次的测试，当负载为235kg，电缸行程约800mm的升降，得到结果为：一次下降能量回收比例能达到25%以上。当然因为负载，速度，行程等不一样，能量回收的比例也会不一样，所以还需要设备制造商根据自己的设备情况得出不一样的比例。
能量回收
成本
轴向柱塞泵与马达的低速特性
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臂架式高空作业车
本文不仅讨论低速特性，也会讨论轴向柱塞元件的高速特性。首先关于静压机器试验台的介绍。该试验台可做高低速测试。特殊设计的电机，带水冷，可在非常低的速度下运行。电机绕组特殊设计，实现扭矩平滑。
最近配置了速度传感器。电机工作转速可 在5和5000rpm之间运转。为实现低速运转，增加了一个线性执行器和链式驱动装置。
测试装备除了具备在极大的转速范围内进行工作之外，同时还需要测试具有可重复性和可比性。
马达和泵均可进行测试。
我们研发了这套新的测试台，就是为了更好的得到泵、马达以及系统产品。坦率讲，我们也好奇，泵和马达在这种极低工作转速下表现会如何？
现在就可以理解了，我们期望测试液压马达在极低转速的情况，因为他们常常启动时负载很大。
一个很好的例子就是电液执行器。
在这个系统中，执行器可以作为一个独立的液压源。 而且，在应用中，泵常常工作在0转速。 任何泄漏均可导致执行器的非线性动作。 而且在低速时的粘滑现象导致严重的摩擦行为，从而使得控制复杂化。
另外一个例子就是液压混合动力汽车或者其它的二次控制系统。在这里，蓄能器作为二次流量源。
而且这些系统常常工作在零转速。 这种在低速时的效率降低迫使设计者去提高元件尺寸，而其对效率又带来很大负作用。
但是，我们为什么在这种工况测试泵的低转速呢？毕竟，在低转速的时候，泄油损失常常很高，高于泵本身所产生的流量。在这种情况，泵不能建立任何压力，至少不能依靠它自己。然而，问题的答案很简单。在真实情况，泵永远不依靠自己工作，但它总是系统的一部分。
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液压传动与控制
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现在我们来看看新测试台的测试结果。
下面会展示两款泵和两款液压马达。它们的排量大约30ml/r。这些泵包括轴向柱塞泵和径向柱塞泵。
马达为柱塞式，来自不同的供应商。泵和马达拥有几乎接近的设计。
关于测试结果，首先，是扭矩损失，在200bar的时候测量。图表显示，轴向柱塞泵和径向柱塞泵有一些重要的差异，特别是在低速时。
比较而言，两款柱塞马达表现差不多。
如果采用对数法来展示，差异就变得非常清楚。
我们可以发现，径向柱塞泵具有极低的扭矩损失。然而，最大的惊喜来自力士乐产品的巨大差异。虽然两种产品都拥有一样的结构，但是作为泵的损失比作为马达的损失大。我们也测量了壳体流量损失。再次，径向柱塞泵与轴向柱塞泵具有很大的差异。这是可以预料的：径向柱塞产品并不具有压力补偿的间隙。
而且，在两种柱塞泵产品中，KYB马达比力士乐马达泄漏量更高。
测试也表明，对于力士乐的两款产品依然有巨大的差异：泵的泄漏比马达的泄漏高很多。
因此，我们可得知，不同的静压产品，损失是不一样的。甚或是类似的产品，作为泵或马达，他们也存在差异。为了找到这些差异的根源，我们进行了低速测试。
低速测试时有几个优点。一个优点就是离心力，脉冲力，粘性摩擦力，以及其它与速度相关的力都降为0。同时，轴承之间的摩擦力由于液动力润滑的消失而增加。
简单来说，低速测试基本上只显示摩擦损失。
这是测试试验台的照片，展示了线性执行器和链轮的位置。
所有设备在低速下测试，不管泵还是马达。
通过该试验台，我们可以精确的测量低转速工况下液压设备的损失。
图示的是其中一组测试数据。左图显示的是：力士乐柱塞式马达，作为泵来测试；测试速度分别为：1rpm， 1/4 rpm和1/16 rpm。 图示有9个脉冲，与
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两款柱塞泵和径向泵的比较
低速测试（<1rpm）
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9个柱塞对应。
下图显示的是同样的设备，但是作为马达来测试。泄漏量急剧增加。而且，在一个转速范围之类，也是变化的。
在低速下扭矩损失的减少是一种普遍的趋势，在我们测试的几乎所有的柱塞类产品具有类似表现。马达在低速测试的时候，具有较低的扭矩损失，但是更高的容积效率损失。
如果我们来看扭矩损失，可以发现在作为泵的运转时，其有极高的摩擦力矩。在400bar，理论扭矩是170Nm。但是，由于摩擦，设备需要两倍的驱动力矩，将近300Nm。
我们计划测试更多的泵和马达。包括斜轴泵和马达、内啮合和外啮合齿轮泵、齿轮马达、以及更多...
那么，关于浮杯泵的工作原理是什么？
对此，我们也做了大量的泵和马达的测试工作。相关数据也可以在我们的专题讨论会的论文中找到。
这些数据和图表是用对数图展示的不同产品的扭矩损失。
现在，让我来介绍一下浮杯泵的测试数据。
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未来测试
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此外，浮杯泵和马达的容积损失也比大多市面上的产品第很多。总的来说，浮杯泵的总效率可达到98%，远远高于很多现有产品。
浮杯泵的工作原理具有极大的降低摩擦的效果。对于转速低于100rpm时，损失是非常小的。
液压系统计算软件V3.0全新发布
— 液压泵站和油缸设计利器 —
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《液压系统计算软件》是一款专为液压泵站和油缸设计计算而开发的软件，涵盖了大部分的液压泵站和油缸的参数计算，包括压力、流量、功率、扭矩、管道、散热冷却、压力损失、压力冲击以及油缸强度等计算。软件的界面十分简洁全面，界面都有公式说明，能引导您一步一步去设计。液压系统计算软件V3.0版本也于近期全新发布！
液压系统计算软件V3.0版本的主要功能包括：液压系统计算；油缸零部件强度计算；常用结构计算（网络收集的软件菜单项）；液压系统故障分析系统等。
一些液压教科书对“液压缸终端缓冲作用原理”的叙述太肤浅
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各种影响因素，总是抱着大而化之，不求甚解，差不多的心态，那原理古老的终端缓冲也是做不完美的。笔者在德国工作期间所做的一个改进，超越了世界大牌产品，获得同事领导一致赞许，沿用 20 余年，就是基于对缓冲本质的领悟。
深入追寻本质的过程，也是一条重要的通向创新之路，为此，撰此文。
为了深入分析影响缓冲效果的因素，本文用“刚性”、“柔性”来描述液压元件所控制的流量对压力变化的敏感性。
液压缸，既可以是缸筒固定，活塞杆运动，也可以是活塞杆固定，缸筒运动。所以， 以下，泛称液压缸运动。
终端缓冲是很多液压缸的重要组成部分，被广泛应用，历史久远，也是几乎所有液压教科书必讲的。可是，至今，中国很多液压教科书，包括一些近年已出第 3、第 4 版的教科书，以及一些关于液压缸的所谓专著，对其作用原理还在叙述，终端缓冲装置“产生很大的阻力，使工作部件受到制动而逐渐降低运动速度”。笔者认为，这一叙述太肤浅了！
1）这一叙述缺乏液压专业素养。阻力算得了什么，液压（传动）技术就是为克服阻力而生的，几亿 N，甚至几十亿 N 的阻力也是液压技术可以克服的。液压缸的运动速度不会因为阻力而自动降低。
2）对液压缸而言，是流量决定速度。要改变液压缸的运动速度，就必须改变进出液压缸的流量。缓冲过程也不例外。
3）缓冲产生的阻力，必须也只能通过压力来影响流量。
4）进出液压缸的流量是由其它液压元件（泵、阀）控制的，所以，所控流量对压力变化的敏感性就是一个关键的因素。
5）液压缸所处的回路、相关元件工作参数的设定都会影响流量的压力敏感性。因此，相同的缓冲装置在不同的回路中得到的缓冲效果就可能不同。
6）对小学生可以说，有了轮子，汽车就可以动了。但对机械专业的大学生，这样说，就太肤浅了。至少应该介绍说，发动机点火后曲轴发生的旋转，通过变速箱、离合器，传递到轮子，汽车才会运动。所以，同样，“阻力导致缓冲”的叙述对液压专业的学生也太肤浅了。
如所周知，很多国产液压元件与世界先进水平相比，主要的差距不是在理论、原理和结构，而是在细节，做不到完美。如果没有搞清楚缓冲的本质，
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引言
a）柱形缓冲腔 b）环形缓冲腔 图 1 不同结构形式的终端缓冲装置
1—液压缸体 2—活塞 3—出口腔 4—端盖 5—缓冲腔 6—缓冲头
液压缸高速运动至终端时，如不减速，活塞撞击端盖，就会有噪声，也可能会损坏端盖连接等。为减缓撞击，常设置缓冲装置。
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——张海平
问题描述
（1）缓冲装置的结构形式
缓冲装置的结构形式很多：节流口固定、可变、可调等等。缓冲腔形状大致可分两类（见图 1）。其工艺特点不同，但作用原理相似。
以下解释以图 1a 为例。
缓冲头 6 的外径比缓冲腔 5 的内径只略小一点。当缓冲头进入缓冲腔之后，
缓冲腔中的液压油必须通过两者间极小的缝隙（缓冲间隙）排出。因此，会对活塞的运动产生阻力。
问题是：产生了阻力，工作部件是否一定会降低速度？缓冲过程是怎样的？受哪些因素影响？
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基础知识
零。另外，端盖连接也是能够承受一定程度的撞击的，所以，只要缓冲最终速度，也即实际撞击速度，低于某个允许撞击速度Cmax 即可。
3）在满足以上要求的前提下，
– 缓冲行程 XC 越短越好，因为这意味着缓冲腔较短，端盖较薄，重量较轻；
– 缓冲时间 tC 越短越好，因为这意味着工作周期较短，生产效率较高。
液压缸在稳态运动时有两个基本因果关系。
（2）比较理想的缓冲过程
比较理想的缓冲过程应大致如图 2 所示。
1）活塞位移实测曲线在进入缓冲时和整个缓冲过程中无明显折点。
因为位移曲线的折点意味着速度有突变，即减（加）速度极大，缓冲腔压力极高， 会感觉到有撞击和噪声，可能大大超过许用压力，甚至损坏端盖连接等。
2）实际撞击速度低于允许撞击速度。
运动速度不可能通过缓冲降到零。因为，速度为零，意味着从缓冲腔流出的流量为零，则节流口造成的压降为零，能形成的阻力也就为零。所以，只要驱动腔压力和负载力为正，无论缓冲行程多长，都不可能使速度降到
图 2 理想缓冲过程
X—活塞位移实测曲线 XC—缓冲行程 v—速度实测曲线 vCmax—允许撞击速度 tC—缓冲时间
1—缓冲开始点 2—缓冲结束点
（1）负载（力）决定压力
这里的负载，指的是通过活塞杆作用于活塞上的所有负载力的合力，加上活塞密封件运动时伴有的摩擦力，以下以 F 表示。
负载是因，压力是果。
以下以 A 腔是驱动腔，有正负载力为例进行分析。
1）如果背压可以忽略的话（见图 3），则驱动腔压力
pA = F/AA
式中 AA——驱动腔有效作用面积。
图 3 背压可忽略
2）如果背压要考虑的话（见图 4），则驱动腔压力
pA =（F + pBAB）/AA
式中 AB——腔 B 作用面积；
pB——腔 B 压力。
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无论是 F 增大还是 pB 增大，首先导致的直接后果也都只是 pA 增大。
图 5 单作用缸
进出液压缸的流量是因，速度是果。只要流量不变，速度就不会变；要改变速度就必须改变流量！
3）如果速度v在瞬间与流量 q 不对应，则相应腔的压力 p 会变化，变化速率
dp/dt =（q-vA）E/V
式中 A——该腔作用面积；
V——该腔容积；
E——液压油弹性模量。
压力变化，导致作用在活塞上的力不平衡，带来加速度，引起速度改变。
在速度v改变期间，还要考虑包括工作部件在内的所有运动部件的质量 m 的惯性。
以上这些因果关系，在缓冲过程中同样存在。因此，缓冲效果与进出液压缸的流量的特性息息相关。
图 4 有背压
（2）流量决定速度
1）单作用缸（见图 5）在稳态运动时的速度
v=q/A
2）双作用缸运动时，有两个流量：进口流量与出口流量（见图 6），在稳态时的速度
v=qA/AA = qB/AB
图 6 双作用缸
流量控制的压力敏感性
——刚性与柔性
进出液压缸的流量，是由其它液压元件（泵、阀）控制的，对压力变化的敏感性不同，姑且将之分为刚性和柔性。
所控流量，如果基本不随压力变化而变化，可算作刚性的；如果会随压力变化而明显变化，则可算作柔性的。
有以下一些情况。
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如果泵出口压力很高，超过泵出口侧安全阀的设定压力，安全阀开启，泵输出的流量从安全阀旁路，那么这个流量源输出的流量就从刚性转变为柔性的了。
a） 图形符号 b） 特性示意
图 7 恒压变量泵
1—最大排量工况 2—恒压工况
进入最大排量工况后，正常情况下，除内泄漏会随压力增高而增大以外，输出的流量基本恒定，是刚性的。
2）恒流量源输出的流量是刚性的
定排量泵在恒转速时，如果忽略原动机转速随转矩变化的波动，忽略内泄漏随压力变化的波动，泵出口没有其它旁路，安全阀也没有开启，这时，输出的流量基本不随泵口压力变化，可以算作是刚性的。
在恒压差变量泵（见图 8）的出口接一个固定节流口 J，变量机构可以调节排量， 保持节流口两端压差 pP-pLS 恒定（ΔpP）时，也就可以保持输出流量 q 恒定，基本不受出口压力影响，也可以算作是刚性的，也因此常被称为恒流量泵。被用于负载敏感回路时，被称作负载敏感泵。
如果泵出口压力很高，超过泵出口侧安全阀的设定压力，安全阀开启，泵输出的流量从安全阀旁路，那么这个流量源输出的流量就从刚性转变为柔性的了。
图 8 恒压差变量泵
（1）流量源（泵源）
1）恒压源输出的流量是柔性的
例如，泵出口的溢流阀已开启，或泵口有旁路节流口，旁路的流量会随压力变化， 那作为泵源提供的流量也会随压力变化，所以是柔性的。
恒压变量泵（见图 7），处于恒压工况时，为保持出口压力恒定，排量会随出口压力变，那输出流量也是柔性的。
（2）流量限制阀（口）
1）节流阀（口）限制的流量 q 随两端压差▲p 而变（见图 9），所以，是柔性的。
2）由二通流量阀限制的流量 q，在进出口压差Δp 高于最低恒流压差Δpmin 时（见图10），基本不随Δp 而改变，是刚性的。
图 9 节流阀（口）的压差流量特性
图 10 二通流量阀的压差流量特性示意
而在Δp 低于Δpmin 时，可变节流口全开，二通流量阀成为两个串联的固定节流口， 流量 q 随进出口压差Δp 而变，就是柔性的了。
3）多路阀
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图 11 普通多路阀
而带有定压差元件（压力补偿阀）的多路阀（又称负载敏感阀）（见图 12），其工作原理类似二通流量阀，可以控制流量保持一定程度不随压力变化，所以是刚性的。
普通多路阀，即不含定压差元件的，一般是阀芯上开有节流口，可同时作进口和出口节流（见图 11），所控制的流量随压力变化，是柔性的。
a）系统示意 b）工况示意
图 13 单作用缸，用流量阀 V 限制下降速度
1—未缓冲工况 2—缓冲工况 pmin—最低恒流压差 A—节流阀 B—二通流量阀
（1）单作用缸
例 1 用流量阀限制单作用缸下降速度（见图 13）。
在缓冲头进入缓冲腔之后，因为缓冲腔压力增加，承担了较多的负载力，所以， 出口腔压力 pA 会降低，工况点从 1 移到 2。
如果使用的阀 V 是一个节流阀，其控制的流量是柔性的（曲线 A），那流量就会下降（1→2A），运动速度就会相应降低。
而如果使用的是二通流量阀，在 pA-p0 >Δpmin 时，所控制的流量是刚性的，流量基本不会变化（1→2B），运动速度也就不会变化，在直到 pA-p0 <Δpmin 后，流量转化为柔性。
图 12 负载敏感阀
D—定压差元件
常称的负载敏感回路，实际上就是在多执行器回路中应用恒压差变量泵和定压差元件（负载敏感阀）：利用梭阀从各个定压差元件后的负载压力中，选出最高值，作为泵变量机构的控制压力，在一般工况下可以保持通过定压差元件的流量刚性，大致不受负载压力影响，详见参考文献[1]第 10 章。
流量控制的压力敏感性对缓冲效果的影响
（2）双作用缸
进出双作用缸的两个流量有不同的组合可能。
1）两个流量都柔性的
压力变化会引起流量变化，导致速度变化。
例 2 节流回路
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a）进口节流 b）出口节流
图 14 节流调速回路
但是，如果在缓冲期间，驱动腔始终与泵连接，保持着压力，那就需要缓冲腔中有较高的压力去对抗驱动腔中的压力，缓冲间隙（口）就必须做得很小。
如果能在进入缓冲前，提前切换换向阀，使驱动腔卸荷，缓冲腔中需要的压力就可以小得多，缓冲间隙（口）就可以做得略大些。对加工而言，可以方便很多。为此常采用位置开关监测工件或活塞杆的位置，伺机发出信号。只是，缓冲时间一般本身就很短，常常仅几百 ms。而位置开关给出信号后，控制电脑需要一定的响应时间才能对换向阀给出切换信号，而换向阀切换也需要几十，乃至上百 ms。在这段时间内，压力又怎样变化，活塞又运动了多少？因此如何配合好，也是需要通过测试优化的。
2）一个是刚性的，另一个是柔性的
刚性流量决定了液压缸运动速度。要改变运动速度就必须改变刚性流量，或使刚性的变为柔性的。
用节流阀（进口或出口节流）限制进出液压缸的流量（见图 14），一般都工作在溢流阀已开启的状况。因此，所控制的流量是柔性的。缓冲造成的驱动腔压力升高， 会使流量降低，导致液压缸运动速度降低。
因此，实际缓冲过程如下：
a)在缓冲头进入缓冲腔前，驱动腔中的压力 pA 由外负载决定（图 15b 和 c 中阶段1）；
b)在缓冲头进入缓冲腔后，缓冲腔中的压力升高；
c）此压力作用在活塞上，导致 pA 升高；
d)在 pA 未超过溢流阀的设定开启压力 pS 前，溢流阀一直是关闭的。而控制两组缸 的换向阀采用了串联回路，相互自锁，流量无其它路可逃，因此，一直是刚性的；这 就导致压力骤升，出现图 15c 中两个 23MPa 的尖峰，（pS 设定为 20MPa，开启有滞后）， 同时伴有撞击声。
e)直至 pA 升高到超过溢流阀的设定开启压力 pS，溢流阀开启（工况点 2）后，流量才会转化成柔性的；这时进入液压缸的流量才会减少，液压缸运动速度才会降低。
所以，即使液压缸中设置了终端缓冲，也不一定就能避免冲击。
液压缸容积回路由于节能，近年来颇受青睐。在 2018 汉诺威工业博览会上各大液压公司展出的电液作动器都采用了容积回路和变频调速。
例 3 液压缸容积回路
图 15 所示意的回路，是一个世界大牌公司推荐的。为了节能，主回路中不设液阻——流量阀来限制流量—速度。溢流阀是为限制最大负载而设置的，仅起安全作用。在一般负载时，驱动腔压力 pA 低于溢流阀的开启压力 ps，溢流阀关闭，定量泵输出的流量全部进入液压缸，因此，是刚性的。
a）回路示意 b）驱动压力变化过程 c）一个实测
图 15 液压缸容积回路
1—缓冲头到达缓冲装置前 2—溢流阀开启 pA—驱动腔压力 ps—溢流阀设定压力
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外啮合齿轮泵基础
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齿轮泵的分类
齿轮泵又可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。
如下面两幅图所示：
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外啮合齿轮泵的结构
如图所示是外啮合齿轮泵的详细结构，分别是泵的吸油口，泵的排油口，驱动轮，从动轮，齿轮的齿根，齿轮的齿顶。
左侧的是外啮合齿轮泵的实物图，这是驱动轮，这是从动轮；
右侧的是内啮合齿轮泵的实物图，这是外齿轮，这是内齿轮。
对于齿轮泵而言，除了改变原动机的转速外，目前并没有什么切实可行的方法来改变泵排量。
驱动轮通过联轴器与原动机相连，驱动轮的旋转可以带动从动轮一起旋转。
3
外啮合齿轮泵的工作原理
对于外啮合齿轮泵的工作原理，最常见的误解可能就是流体是被吸入两个外齿轮之间，并以某种方式被强迫从出口排出。但实际上，如下图所示，两个齿轮中间是没有多少间隙允许油液通过的。
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我们仔细观察下面这幅图，就会发现，吸入泵内的流体实际上是绕着齿轮与壳体之间的密闭容腔向出口排出的。
实际上，外啮合齿轮泵的工作原理是这样的：
- 在驱动轮驱动从动轮一起旋转的过程中，在泵的进口，轮齿相互分离，两轮齿之间的容积增大，压力会降低，使油液可以进入。
- 经过旋转，油液被输送到泵的出口，在泵的出口处，两轮齿又相互嵌入，硬把油液挤了出去。
为什么油液能够顺利被吸入齿轮泵？在流体力学中，我们已经学过了，只有在存在压差的前提下，流体才会发生运动。
如下面的动图所示，油箱中的油液之所以能被齿轮泵吸入，正是因为油箱通过呼吸阀与大气相通，而此时的大气压力相较于泵进口处产生的低压，属于高压。随即产生了压力差，油液就可以顺利的流入齿轮泵了。
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外啮合齿轮泵的磨损
外啮合齿轮泵属于非平衡泵，如图所示，泵的进口是低压状态，泵的出口是高压状态。
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这就会造成齿轮两侧受力不平衡的现象，久而久之，就会导致低压侧壳体内壁磨损严重，间隙增大。
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外啮合齿轮泵的容积效率
泵实际排出的流体量与泵理论上可以排出的流体量的比值即为泵的容积效率。
改进：正因为外啮合齿轮泵的非平衡设计，因此大多数外啮合齿轮泵的工作压力范围不能超过3000psi。
齿轮泵在诸多泵的类型中，抗污染能力是最好的。但是当泵磨损后，其容积效率也非常低。如下图所示，都从缝隙处返回进油口了，并没有对负载做功。
由于进出口压差引起的磨损会产生下列两个后果：
金属壳体内壁磨损后产生的颗粒物会严重污染油液。
两轮之间的间隙增大，容积效率降低。
换而言之，如果泵工作在最大额定压力下时，高压出口的油液更容易从两个齿轮中间的间隙处流回进口，因此并不能保证最大额定流量。
甚至有些泵在报废之前，其实际流量只剩下额定流量的60%~65%之间。
关于内啮合齿轮泵的知识，我们将会在下一期继续介绍。
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