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【IFPEX 2024】液壓領(lǐng)域技術(shù)動向

時間:2025-05-14


液壓領(lǐng)域


“第27屆油壓·氣壓·水壓國際展覽會 IFPEX 2024”于9月18~20日在東京Big Sight國際展覽中心舉行,本文通過IFPEX 2024介紹液壓領(lǐng)域技術(shù)動向并總結(jié)見聞。



圖片


1. 液壓動力源的高功能化·省動力化趨勢

通過巧妙組合液壓泵及其驅(qū)動源的電動機,液壓泵的高性能化和省動力化正在實現(xiàn)。這種趨勢是從1990年代開始出現(xiàn),過去在 IFPEX 上也曾作為具體產(chǎn)品介紹過,根據(jù)各公司的特點,其變化正在不斷擴大。電動液壓源的基本形式是用感應電機固定,以恒定轉(zhuǎn)速連續(xù)驅(qū)動定容量泵或可變?nèi)萘勘?,通過溢流閥將液壓回路的剩余流量排出,保持供給壓力的方式,省動力化方面取得了進展:


(1)根據(jù)負載情況,將逆變器控制的感應電機和可變?nèi)萘勘玫?*****轉(zhuǎn)速,以適當?shù)娜萘窟M行變速運轉(zhuǎn),減少剩余流量的方式;

(2)通過采用永磁鐵式同步電機,提高可變速性能和全效率的方式;

(3)將伺服電機和泵作為油壓源,消除控制閥中的動力損失,直接驅(qū)動液壓缸等執(zhí)行器的1泵-1執(zhí)行器方式等,作為節(jié)能液壓源產(chǎn)品進行了介紹。


圖1為逆變器控制感應馬達驅(qū)動的泵,將永磁鐵式同步馬達驅(qū)動的泵應用于同一負載,進行了永磁式同步電動機驅(qū)動泵在消耗動力方面具有優(yōu)勢的演示。


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圖1 逆變器控制感應電動機驅(qū)動的泵和永磁式同步電動機驅(qū)動的泵的消耗功率比較演示


圖2是迷你挖掘機用電動機一體泵展品,旁邊還展示了不經(jīng)由液壓驅(qū)動的小型挖掘機旋轉(zhuǎn)用電動馬達驅(qū)動的展品??梢哉J為,電動液壓驅(qū)動和電動的分離應用將會越來越廣泛。


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圖2 迷你挖掘機用電動機一體泵(右)和迷你挖掘機旋轉(zhuǎn)用電動機(左)


驅(qū)動電機的高速化概念也被提起,電機的扭矩大致與電流成正比,外徑與轉(zhuǎn)矩成正比。相同的輸出使得電機旋轉(zhuǎn)高速化時,輸出扭矩降低,驅(qū)動電流也降低,在高效運轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi),也和電機外徑的小型化相關(guān)。此外,由高速電機驅(qū)動的泵,如果排出流量相同,可以減小排出容積,導致泵的小型化。在保持輸出功率的同時,電動液壓驅(qū)動單元變得小型化。實際應用中,通過泵的高速化確保吸入性能,抑制泵效率降低,確?;瑒硬?、接觸部的強度,振動、噪音的解決等技術(shù)性問題依然存在。目前,這些問題正在逐步解決,或者已經(jīng)在解決的階段。圖3是高速電動液壓泵單元產(chǎn)品的展出照片,相對于現(xiàn)有產(chǎn)品體積縮小50%。


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圖3 高速電動液壓泵單元


通過液壓控制閥進行液壓控制,可以高響應地控制多個液壓執(zhí)行器,由于通過閥節(jié)流、切斷工作油流動,因此在向液壓執(zhí)行器的液壓動力傳遞過程中會伴隨動力損失。另一方面,必要的流量、壓力,用驅(qū)動泵的電機進行控制,不使用液壓控制閥直接控制液壓致動器的1泵-1執(zhí)行器方式,電機、液壓泵、儲能器、液壓執(zhí)行器可將液壓單元封裝,構(gòu)成緊湊高效的單元系統(tǒng)。當需要高響應時,伺服閥控制。當需要控制多個執(zhí)行器時,根據(jù)應用,閥控制式和1泵-執(zhí)行器方式的優(yōu)缺點變得明顯,可以認為兩種技術(shù)發(fā)展將繼續(xù)進行。


圖4為雙臂液壓機器人,不僅是液壓缸,在關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)部分(液壓馬達)和行駛系統(tǒng)的所有液壓致動器中應用1泵-1致動器方式。


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圖4 雙臂液壓機器人(所有直動部、旋轉(zhuǎn)部、行駛系統(tǒng)均采用1泵-1致動器方式)


圖5也是1泵-1致動器的例子,與其中大部分是將直動系統(tǒng)的油缸作為執(zhí)行器相比,在這里以低速高扭矩液壓馬達作為驅(qū)動器驅(qū)動泵、配管,將液壓馬達集成到一起,是一種緊湊的結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)矩臂是受液壓馬達反轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu),能夠小空間與旋轉(zhuǎn)負載連接。


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圖5 低速高扭矩液壓馬達驅(qū)動系統(tǒng)(內(nèi)有液壓泵、配管、液壓馬達)




2. 傳感技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)

液壓設備和液壓系統(tǒng)的狀態(tài)檢測、維護時期判斷、工作油狀態(tài)檢測等,各種傳感技術(shù)和面向loT的綜合管理技術(shù)也在穩(wěn)步推進。通過從安裝在液壓缸上的漏油檢測傳感器信息的數(shù)據(jù)通信,可以實現(xiàn)密封狀態(tài)的監(jiān)控和故障預測,相對于傳統(tǒng)定期更換部件的處理方式,可以推斷出適當?shù)牟考鼡Q時期。


另外,不以與設備外的信息通信為目的,作為設備內(nèi)閉環(huán)控制系統(tǒng)反饋功能的傳感器技術(shù)也得到了發(fā)展。IFPEX 2024 上的眾多傳感器從IoT技術(shù)中,對非接觸旋轉(zhuǎn)角度傳感器和閥的位置傳感技術(shù)進行了論述。


圖6是使用霍爾IC檢測旋轉(zhuǎn)磁鐵的磁場變化原理,一種緊湊且耐環(huán)境性高的非接觸式磁角度傳感器,用于檢測挖掘機旋轉(zhuǎn)部旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)角度,與挖掘機的旋轉(zhuǎn)中心接頭組合使用。


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圖6 非接觸式旋轉(zhuǎn)角度傳感器(照片右和中央)


圖7是利用放大器搭載型比例電磁式方向流量控制閥控制液壓馬達轉(zhuǎn)速的例子,在閥上不搭載位移傳感器。根據(jù)線圈電流而無位置傳感器地推定比例電磁鐵可動鐵心位置,能夠?qū)σ驂翰钭兓鸬牧黧w力干擾進行電磁鐵電流的修正,對壓差變化不產(chǎn)生與指定流量偏移的流量控制。


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圖7 搭載放大器的比例電磁式方向流量控制閥的無傳感器閥位置檢測和流量校正



3. SDGs(聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標),碳中和

在液壓領(lǐng)域,SDGs和碳中和的各種舉措正在推進,電動化、省動力驅(qū)動、1oT的動向也可以說是代表性的舉措。在IFPEX2024上,介紹了在作動油方面所做的努力。


圖8為用于拉力賽車的減震器可變阻尼,用于此的液壓油采用天然來源的基礎油,在基礎油原料的植物栽培過程中可吸收大氣中的CO2,料加工和運輸時的CO2排放考慮了材料選擇,對碳中和做出了貢獻,另外具有生物降解性。


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圖8 具有生物降解性的天然來源基礎油