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液壓閥進(jìn)入數(shù)字化時代 ( d7 l2 i# Z- p: p* K/ F
液壓閥是流體傳動中不可或缺的功能單元。一方面，流體傳動系統(tǒng)的優(yōu)化升級需要液壓閥相應(yīng)提高性能；另一方面，液壓閥本身的創(chuàng)新也給流體系統(tǒng)帶來了新的活力。如今，液壓閥在體積、性能、能耗、智能化、制造加工工藝等方面都有了極大的發(fā)展。隨著液壓系統(tǒng)與電子技術(shù)、IT技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，液壓閥進(jìn)入了數(shù)字化時代。
. D0 f7 ~/ }! J* Z6 U5 j技術(shù)與市場相互促進(jìn) - A+ c0 W* h# M: q [
液壓閥的發(fā)展應(yīng)從技術(shù)與市場相結(jié)合來看，它分成三個層次和三種發(fā)展方向。首先是以技術(shù)占領(lǐng)市場制高點，高端市場需要高層次、高水平的技術(shù)。目前，通用的是CAN總線，這種機(jī)電液總線一體化的技術(shù)將占領(lǐng)未來5年以上的技術(shù)制高點。各大跨國液壓公司已經(jīng)或正在發(fā)展基于這一技術(shù)基礎(chǔ)上的液壓閥系列產(chǎn)品，并用于液壓泵的變量控制以及系統(tǒng)的各種閥控回路上。這方面的發(fā)展以工程機(jī)械液壓產(chǎn)品領(lǐng)先，如已用于攤鋪機(jī)的液壓控制上， 這方面的跨國企業(yè)有Sauer-Danfoss的PLUS1系列產(chǎn)品；Rexroth也在致力于發(fā)展這方面的產(chǎn)品與技術(shù)。這些跨國企業(yè)在這方面已經(jīng)走在前列。
第二個層面是技術(shù)與市場相結(jié)合。這是目前國際市場上一種流行的理念，即不僅僅是提供產(chǎn)品而是提供給用戶所需的解決方案或整體銷售理念。目前這種理念更發(fā)展為液壓銷售商提供給用戶的是增值服務(wù)，而不只是傳統(tǒng)的產(chǎn)品本身。
第三個層面是市場因素占主導(dǎo)，液壓閥的發(fā)展在于集成度的提高，以及大批量、低成本的生產(chǎn)模式。在這方面值得注意的是螺紋插裝閥，它作為液壓元件五種連接方式之一，正以更快的速度增加市場占有量。
今后的趨勢是螺紋插裝閥在擠壓板式閥的市場空間。盡管板式閥在今后幾年中仍然是市場的主體，但已不占有絕對優(yōu)勢。今后插裝閥會逐步取代板式閥成為閥類的主體。這是因為螺紋插裝閥不只是一種結(jié)構(gòu)形式的變化，而它還給液壓閥的發(fā)展帶來了原來意想不到的推動力。螺紋插裝閥最初是由于工程機(jī)械需要液壓閥減輕重量而產(chǎn)生，同時這種閥還具有重量輕、成本低、易開發(fā)、集成度高、易組合、知識專有性強(qiáng)、系統(tǒng)變化適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢。因此它不僅為液壓閥的發(fā)展帶來更大的可塑性，也給系統(tǒng)的形成帶來更多的專有性。近年來有些國外液壓系統(tǒng)專利正是應(yīng)用螺紋插裝閥而獲得的。今后二通插裝閥與螺紋插裝閥可分割閥的整個流量范圍，即二通插裝閥用于300～500 l/min以上，螺紋插裝閥用于300～500 l/min以下的系統(tǒng)領(lǐng)域。同時應(yīng)該看到液壓正向42～48MPa 領(lǐng)域發(fā)展，要能達(dá)到這一壓力領(lǐng)域，閥的連接形式只有插裝式。
液壓數(shù)字閥是未來與比例閥、伺服閥相輔相爭的一個全新的新閥種。它具有價格更低、更易與計算機(jī)相接、放大驅(qū)動裝置更簡單，而且體積更小的特點。典型的應(yīng)用在Sauer-Danfoss的PVG比例多路閥上已經(jīng)可見，EATON－VICHERS的二通插裝流量閥專利產(chǎn)品也可見到。上海豪高機(jī)電科技有限公司在2006年開發(fā)出了用于31.5MPa下的高速開關(guān)數(shù)字閥，空載頻響在0.2ms以下，31.5MPa下頻響在2ms以下，達(dá)到了目前的最好水平，之所以達(dá)到這一水平主要原因是材料的突破。
我國的液壓工業(yè)經(jīng)過不到五十年發(fā)展，已跨入世界前列。液壓工業(yè)應(yīng)抓住改革開放大發(fā)展的機(jī)遇，企業(yè)家與技術(shù)人員要更新產(chǎn)品和理念，從為用戶增值的理念體現(xiàn)出市場競爭意識，站在市場的高峰和前列。 9 R( J* ~7 o' v1 L
! z0 ?% x# f, l7 s+ F, N# k: r 多路閥得到廣泛應(yīng)用 " L% U) g% C+ E) S m/ @" u
閥在組合成液壓系統(tǒng)時，有一個共同特點，就是必須給它們設(shè)計安裝閥板。安裝閥板的配合孔精度要求很高，在單件小批量非數(shù)控加工的條件下，很容易產(chǎn)生不合格品。那么有沒有一種不需要加工閥板，又能任意組合的能形成特定控制功能的閥組呢？這就是多路閥。
多路閥有手柄凸輪、拉桿、遙控軟軸、旋轉(zhuǎn)手柄等控制方式。其中手柄控制使用最為廣泛，即可以控制動作又可以作為應(yīng)急備用。如在高空作業(yè)車中，當(dāng)作業(yè)臂舉升到一定高度而控制電器發(fā)生故障時，為了保證人身安全，必須把作業(yè)臂降下來，這時只需要扳動換向手柄即可。多路閥有純電控、氣控、電液控等多種換向方式。常規(guī)的板式安裝閥幾乎不能做到既帶手柄又帶電、氣液聯(lián)合控制方式。而移動液壓設(shè)備住往又有這個要求，即在電器自動控制方式失效時必須做到能夠手動控制，便于將作業(yè)功能恢復(fù)后對設(shè)備進(jìn)行檢修。多路閥進(jìn)油聯(lián)、控制聯(lián)、出油聯(lián)能夠有機(jī)地組合在一起，只進(jìn)行簡單的拆分就可以湊成聯(lián)數(shù)不同的換向閥組來分別控制多個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如油缸、液壓、馬達(dá)等。多路閥本身并不需要用戶自己加工閥板，這樣多路閥在使用過程中，對用戶就沒有過高的工藝要求，基本杜絕了常見液壓系統(tǒng)泄漏的通病。再加上多路閥結(jié)構(gòu)緊湊，所以在工程機(jī)械、專用車輛等各種移動設(shè)備上使用相當(dāng)廣泛。
由于多路閥是三位六通的，控制聯(lián)可以做成串聯(lián)功能的，幾個閥組之間只需一根油管就可以組成一個過橋油路，使用起來非常方便，對防止設(shè)備聯(lián)動，提高設(shè)備的使用安全性是相當(dāng)必要的。另外多路閥也可以在工作油口上加裝液壓鎖、過載閥、卸荷閥等。多路閥還可以做成比例閥型、負(fù)載敏感型、LS反饋型等多種特殊功能的類型。 2 S1 J; J) ~# _* h* X
節(jié)能是持續(xù)的挑戰(zhàn) 9 S/ E' }: ]6 _. N2 X
液壓控制閥的工作總是伴隨著壓力損失，即能量損失。在一定意義上，液壓閥的功能是以能量損失為代價而獲得的。從節(jié)能的角度看，采用泵控的液壓系統(tǒng)應(yīng)比閥控的系統(tǒng)好。但從總體的工況、性能、多重負(fù)載以及成本等各個方面綜合考慮，閥控的液壓系統(tǒng)還是處于主導(dǎo)的位置。因此，一方面在設(shè)計系統(tǒng)的時候，應(yīng)盡可能地考慮節(jié)能措施，如采用變量泵、負(fù)載傳感控制或三通型調(diào)速等。另一方面采用高性能、高質(zhì)量、高可靠及低成本的液壓閥就是一種節(jié)能措施。如閥體的鑄造流道經(jīng)優(yōu)化設(shè)計，精密鑄造，表面光潔、流暢，這樣的閥體必定外形緊湊、重量輕，且通流能力強(qiáng)，故可減少液流流經(jīng)閥體內(nèi)部通道時產(chǎn)生的不必要的流阻損失。
如果同樣功能的控制閥，其中某種閥的抗污染能力強(qiáng)，工作可靠性好，則其可避免高額的過濾成本，更可降低因故障而造成停產(chǎn)損失等風(fēng)險，這也可以說是具有很好的節(jié)能效應(yīng)。
一種液壓閥只能實現(xiàn)一種功能，這樣容易使系統(tǒng)閥塊體積過大。產(chǎn)品和產(chǎn)品之間的兼容性不好也很容易造成液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定，由此引發(fā)一系列的發(fā)熱、泄漏等非節(jié)能問題。所以液壓閥的集成化發(fā)展方向應(yīng)該在節(jié)能方面是可行的，這樣可以減少泄漏，提高產(chǎn)品間的兼容性，一種閥可以實現(xiàn)3種甚至4種功能，這樣對節(jié)能是有幫助的，也提高了應(yīng)用的便捷性。此外各個公司的加工手段、加工工藝的好壞，先進(jìn)與否也很大程度上影響到閥的性能和節(jié)能問題。 - k: G; I8 m. h
數(shù)字化控制漸成趨勢
8 z4 \; K3 d: u ]" | J 在更小的空間實現(xiàn)更多功能組件的設(shè)置,以滿足應(yīng)用中的特殊要求，是目前液壓產(chǎn)品設(shè)計中突出的問題。比例技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合可以解決這類問題，是未來液壓應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展方向。由于有永久存儲功能，數(shù)字管理保證了系統(tǒng)設(shè)置的可重復(fù)性，數(shù)字組件測試保證了所有功能參數(shù)設(shè)置的可重復(fù)性，新的控制技術(shù)提高了比例閥的靜態(tài)和動態(tài)特性。 0 R% K, \9 k8 y; e E+ t2 Q! Z2 F/ _" L
經(jīng)過長期不懈的研究開發(fā)，Atos公司在新型數(shù)字化電液技術(shù)上取得了長足的發(fā)展，并不斷在不同的領(lǐng)域成功應(yīng)用。相關(guān)的產(chǎn)品信息包括形成具有高動態(tài)響應(yīng)的比例插裝閥；形成具有P/Q組合比例控制功能的閥、插件、變量泵及伺服執(zhí)行器；形成具有便捷的參數(shù)設(shè)置和強(qiáng)大診斷功能可實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的閥件；形成具有比例控制的防爆閥及不銹鋼閥；可在高強(qiáng)度振動和沖擊等苛刻工況下，“粗獷”地操作運行；數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用簡化了控制系統(tǒng)的接線，同時提高了系統(tǒng)的使用效率。
Atos新型數(shù)字電液技術(shù)可為任何電液軸提供位移、速度或力的閉環(huán)控制方案。通過一個帶有內(nèi)置位移傳感器的伺服缸，一個帶有閉環(huán)功能數(shù)字控制器的比例閥，連接到電源和閥體本身的電子傳感器反饋，并連接到機(jī)器設(shè)備的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中，是實現(xiàn)高精度可控制軸運動的最佳解決方案。
目前，Atos數(shù)字電液技術(shù)主要應(yīng)用于注塑機(jī)行業(yè)的壓力/流量控制，吹塑機(jī)的壁厚控制。液壓軸向同步控制主要應(yīng)用在CNC折彎機(jī)的折彎階段，陶瓷壓機(jī)取料功能，大型工業(yè)提升器的平臺控制，還可應(yīng)用于航天工業(yè)的高精度仿真模擬試驗設(shè)備、娛樂及訓(xùn)練系統(tǒng)。
與常規(guī)的伺服閥相比，派克漢尼汾公司開發(fā)的采用VCD（音圈驅(qū)動）技術(shù)的DFplus系列比例閥的動、靜態(tài)特性完全能滿足液壓伺服系統(tǒng)的要求，而其結(jié)構(gòu)上避免了“噴嘴”等對污染極其敏感的因素。因此，該系列閥對油液清潔度的要求都大大低于傳統(tǒng)的伺服閥，僅與一般的比例閥相當(dāng)，故其工作可靠性好，使用成本大大降低。
順便提及的DFplus是派克漢尼汾公司為更好地適應(yīng)現(xiàn)代控制技術(shù)而開發(fā)的新型液壓元件。此外，派克公司同時開發(fā)了一系列配套的數(shù)字式電子控制器，能直接與計算機(jī)或程序控制器連接，用以作為主機(jī)控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)之間信息傳遞和處理的橋梁，為主機(jī)的總體控制提供了極為方便、準(zhǔn)確和有效的工具。
目前液壓閥的發(fā)展程度可歸結(jié)為產(chǎn)品功能與規(guī)格基本齊全，可滿足工程的總體需求。但隨著材料技術(shù)的發(fā)展，電子計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及先進(jìn)加工技術(shù)的發(fā)展，呈現(xiàn)出液壓閥發(fā)展的多元性及深入性。由材料技術(shù)與電控技術(shù)的發(fā)展，加上計算機(jī)技術(shù)的需要，催生出液壓高速開關(guān)閥即液壓數(shù)字閥。它目前已嶄露頭角，但應(yīng)用仍不為注目，然而它將是伺服閥與比例閥的更新?lián)Q代產(chǎn)品。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，催生出以微處理器與軟件技術(shù)結(jié)合的具體總線傳輸控制的液壓閥系列化產(chǎn)品。目前這種閥的名稱還停留在各跨國公司的命名上。建議稱為總線控制型液壓閥（或簡稱線控或網(wǎng)控液壓閥）。這種系列產(chǎn)品目前在液壓閥的技術(shù)發(fā)展中是最高端技術(shù)的產(chǎn)品。另外，由于先進(jìn)加工技術(shù)如數(shù)控機(jī)床的推廣，催生出液壓螺紋插裝閥的發(fā)展與應(yīng)用，它使液壓閥的制造與應(yīng)用都產(chǎn)生深刻的影響和變化。 2 S. ?+ h3 t7 K7 C) _
在今后幾年，螺紋插裝閥的市場占有量將由現(xiàn)在的5%～10%增至25%～30%，二通插裝閥的市場占有量將由現(xiàn)在的15%～20%增至20%～25%，而疊加式、板式、管式等閥種的市場占有量將有可能下降。
目前，國內(nèi)的企業(yè)正從設(shè)備等硬件設(shè)施與管理等軟件設(shè)施各方面追趕世界先進(jìn)水平，并取得了明顯的成績，他們的產(chǎn)品在2006年的PTC ASIA展覽會上大家有目共睹。總的來說，國產(chǎn)閥優(yōu)勢在價格，差距在質(zhì)量。但這只是從表面上看，我國液壓工業(yè)與國外相比在液壓閥方面的差距，在中低端市場上既不在于技術(shù)也不在于質(zhì)量，而在于管理。說到底，真正的差距是理念上的及資金體制與機(jī)制方面的，實質(zhì)上并不是技術(shù)上的，包括高端市場。 4 m, V5 f2 c! | o9 f) u
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發(fā)表于 2006-12-20 14:26:19
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