液压阀进入数字化时代

刀锋

液压阀进入数字化时代
液压阀是流体传动中不可或缺的功能单元。一方面，流体传动系统的优化升级需要液压阀相应提高性能；另一方面，液压阀本身的创新也给流体系统带来了新的活力。如今，液压阀在体积、性能、能耗、智能化、制造加工工艺等方面都有了极大的发展。随着液压系统与电子技术、IT技术以及网络技术的融合，液压阀进入了数字化时代。
技术与市场相互促进

液压阀的发展应从技术与市场相结合来看，它分成三个层次和三种发展方向。首先是以技术占领市场制高点，高端市场需要高层次、高水平的技术。目前，通用的是CAN总线，这种机电液总线一体化的技术将占领未来5年以上的技术制高点。各大跨国液压公司已经或正在发展基于这一技术基础上的液压阀系列产品，并用于液压泵的变量控制以及系统的各种阀控回路上。这方面的发展以工程机械液压产品领先，如已用于摊铺机的液压控制上， 这方面的跨国企业有Sauer-Danfoss的PLUS1系列产品；Rexroth也在致力于发展这方面的产品与技术。这些跨国企业在这方面已经走在前列。
第二个层面是技术与市场相结合。这是目前国际市场上一种流行的理念，即不仅仅是提供产品而是提供给用户所需的解决方案或整体销售理念。目前这种理念更发展为液压销售商提供给用户的是增值服务，而不只是传统的产品本身。
第三个层面是市场因素占主导，液压阀的发展在于集成度的提高，以及大批量、低成本的生产模式。在这方面值得注意的是螺纹插装阀，它作为液压元件五种连接方式之一，正以更快的速度增加市场占有量。
今后的趋势是螺纹插装阀在挤压板式阀的市场空间。尽管板式阀在今后几年中仍然是市场的主体，但已不占有绝对优势。今后插装阀会逐步取代板式阀成为阀类的主体。这是因为螺纹插装阀不只是一种结构形式的变化，而它还给液压阀的发展带来了原来意想不到的推动力。螺纹插装阀最初是由于工程机械需要液压阀减轻重量而产生，同时这种阀还具有重量轻、成本低、易开发、集成度高、易组合、知识专有性强、系统变化适应性强等优势。因此它不仅为液压阀的发展带来更大的可塑性，也给系统的形成带来更多的专有性。近年来有些国外液压系统专利正是应用螺纹插装阀而获得的。今后二通插装阀与螺纹插装阀可分割阀的整个流量范围，即二通插装阀用于300～500 l/min以上，螺纹插装阀用于300～500 l/min以下的系统领域。同时应该看到液压正向42～48MPa 领域发展，要能达到这一压力领域，阀的连接形式只有插装式。
液压数字阀是未来与比例阀、伺服阀相辅相争的一个全新的新阀种。它具有价格更低、更易与计算机相接、放大驱动装置更简单，而且体积更小的特点。典型的应用在Sauer-Danfoss的PVG比例多路阀上已经可见，EATON－VICHERS的二通插装流量阀专利产品也可见到。上海豪高机电科技有限公司在2006年开发出了用于31.5MPa下的高速开关数字阀，空载频响在0.2ms以下，31.5MPa下频响在2ms以下，达到了目前的最好水平，之所以达到这一水平主要原因是材料的突破。
我国的液压工业经过不到五十年发展，已跨入世界前列。液压工业应抓住改革开放大发展的机遇，企业家与技术人员要更新产品和理念，从为用户增值的理念体现出市场竞争意识，站在市场的高峰和前列。
多路阀得到广泛应用
阀在组合成液压系统时，有一个共同特点，就是必须给它们设计安装阀板。安装阀板的配合孔精度要求很高，在单件小批量非数控加工的条件下，很容易产生不合格品。那么有没有一种不需要加工阀板，又能任意组合的能形成特定控制功能的阀组呢？这就是多路阀。
多路阀有手柄凸轮、拉杆、遥控软轴、旋转手柄等控制方式。其中手柄控制使用最为广泛，即可以控制动作又可以作为应急备用。如在高空作业车中，当作业臂举升到一定高度而控制电器发生故障时，为了保证人身安全，必须把作业臂降下来，这时只需要扳动换向手柄即可。多路阀有纯电控、气控、电液控等多种换向方式。常规的板式安装阀几乎不能做到既带手柄又带电、气液联合控制方式。而移动液压设备住往又有这个要求，即在电器自动控制方式失效时必须做到能够手动控制，便于将作业功能恢复后对设备进行检修。多路阀进油联、控制联、出油联能够有机地组合在一起，只进行简单的拆分就可以凑成联数不同的换向阀组来分别控制多个执行机构，如油缸、液压、马达等。多路阀本身并不需要用户自己加工阀板，这样多路阀在使用过程中，对用户就没有过高的工艺要求，基本杜绝了常见液压系统泄漏的通病。再加上多路阀结构紧凑，所以在工程机械、专用车辆等各种移动设备上使用相当广泛。
由于多路阀是三位六通的，控制联可以做成串联功能的，几个阀组之间只需一根油管就可以组成一个过桥油路，使用起来非常方便，对防止设备联动，提高设备的使用安全性是相当必要的。另外多路阀也可以在工作油口上加装液压锁、过载阀、卸荷阀等。多路阀还可以做成比例阀型、负载敏感型、LS反馈型等多种特殊功能的类型。
节能是持续的挑战
液压控制阀的工作总是伴随着压力损失，即能量损失。在一定意义上，液压阀的功能是以能量损失为代价而获得的。从节能的角度看，采用泵控的液压系统应比阀控的系统好。但从总体的工况、性能、多重负载以及成本等各个方面综合考虑，阀控的液压系统还是处于主导的位置。因此，一方面在设计系统的时候，应尽可能地考虑节能措施，如采用变量泵、负载传感控制或三通型调速等。另一方面采用高性能、高质量、高可靠及低成本的液压阀就是一种节能措施。如阀体的铸造流道经优化设计，精密铸造，表面光洁、流畅，这样的阀体必定外形紧凑、重量轻，且通流能力强，故可减少液流流经阀体内部通道时产生的不必要的流阻损失。
如果同样功能的控制阀，其中某种阀的抗污染能力强，工作可靠性好，则其可避免高额的过滤成本，更可降低因故障而造成停产损失等风险，这也可以说是具有很好的节能效应。
一种液压阀只能实现一种功能，这样容易使系统阀块体积过大。产品和产品之间的兼容性不好也很容易造成液压系统不稳定，由此引发一系列的发热、泄漏等非节能问题。所以液压阀的集成化发展方向应该在节能方面是可行的，这样可以减少泄漏，提高产品间的兼容性，一种阀可以实现3种甚至4种功能，这样对节能是有帮助的，也提高了应用的便捷性。此外各个公司的加工手段、加工工艺的好坏，先进与否也很大程度上影响到阀的性能和节能问题。
数字化控制渐成趋势
在更小的空间实现更多功能组件的设置,以满足应用中的特殊要求，是目前液压产品设计中突出的问题。比例技术与电子技术的结合可以解决这类问题，是未来液压应用领域的发展方向。由于有永久存储功能，数字管理保证了系统设置的可重复性，数字组件测试保证了所有功能参数设置的可重复性，新的控制技术提高了比例阀的静态和动态特性。
经过长期不懈的研究开发，Atos公司在新型数字化电液技术上取得了长足的发展，并不断在不同的领域成功应用。相关的产品信息包括形成具有高动态响应的比例插装阀；形成具有P/Q组合比例控制功能的阀、插件、变量泵及伺服执行器；形成具有便捷的参数设置和强大诊断功能可实现远程操作的阀件；形成具有比例控制的防爆阀及不锈钢阀；可在高强度振动和冲击等苛刻工况下，“粗犷”地操作运行；数字技术的应用简化了控制系统的接线，同时提高了系统的使用效率。
  Atos新型数字电液技术可为任何电液轴提供位移、速度或力的闭环控制方案。通过一个带有内置位移传感器的伺服缸，一个带有闭环功能数字控制器的比例阀，连接到电源和阀体本身的电子传感器反馈，并连接到机器设备的现场总线网络中，是实现高精度可控制轴运动的最佳解决方案。
目前，Atos数字电液技术主要应用于注塑机行业的压力/流量控制，吹塑机的壁厚控制。液压轴向同步控制主要应用在CNC折弯机的折弯阶段，陶瓷压机取料功能，大型工业提升器的平台控制，还可应用于航天工业的高精度仿真模拟试验设备、娱乐及训练系统。
与常规的伺服阀相比，派克汉尼汾公司开发的采用VCD（音圈驱动）技术的DFplus系列比例阀的动、静态特性完全能满足液压伺服系统的要求，而其结构上避免了“喷嘴”等对污染极其敏感的因素。因此，该系列阀对油液清洁度的要求都大大低于传统的伺服阀，仅与一般的比例阀相当，故其工作可靠性好，使用成本大大降低。
顺便提及的DFplus是派克汉尼汾公司为更好地适应现代控制技术而开发的新型液压元件。此外，派克公司同时开发了一系列配套的数字式电子控制器，能直接与计算机或程序控制器连接，用以作为主机控制系统与液压系统之间信息传递和处理的桥梁，为主机的总体控制提供了极为方便、准确和有效的工具。
目前液压阀的发展程度可归结为产品功能与规格基本齐全，可满足工程的总体需求。但随着材料技术的发展，电子计算机技术的发展，以及先进加工技术的发展，呈现出液压阀发展的多元性及深入性。由材料技术与电控技术的发展，加上计算机技术的需要，催生出液压高速开关阀即液压数字阀。它目前已崭露头角，但应用仍不为注目，然而它将是伺服阀与比例阀的更新换代产品。随着计算机网络技术的发展，催生出以微处理器与软件技术结合的具体总线传输控制的液压阀系列化产品。目前这种阀的名称还停留在各跨国公司的命名上。建议称为总线控制型液压阀（或简称线控或网控液压阀）。这种系列产品目前在液压阀的技术发展中是最高端技术的产品。另外，由于先进加工技术如数控机床的推广，催生出液压螺纹插装阀的发展与应用，它使液压阀的制造与应用都产生深刻的影响和变化。
在今后几年，螺纹插装阀的市场占有量将由现在的5%～10%增至25%～30%，二通插装阀的市场占有量将由现在的15%～20%增至20%～25%，而叠加式、板式、管式等阀种的市场占有量将有可能下降。
目前，国内的企业正从设备等硬件设施与管理等软件设施各方面追赶世界先进水平，并取得了明显的成绩，他们的产品在2006年的PTC ASIA展览会上大家有目共睹。总的来说，国产阀优势在价格，差距在质量。但这只是从表面上看，我国液压工业与国外相比在液压阀方面的差距，在中低端市场上既不在于技术也不在于质量，而在于管理。说到底，真正的差距是理念上的及资金体制与机制方面的，实质上并不是技术上的，包括高端市场。

zdwgm

粗读了刀锋先生的文章，尽管不一定完全同意他的全部观点，但感到观点很鲜明、很前卫，值得认真一读！
应该讲，尽管我不认识刀锋先生，但我是比较欣赏此文的主要观点，特别是关于技术与市场的相互促进、多路阀的强势、节能是持续的挑战，以及对于数字化的基本论述。对于最后的技术质量与管理，我是门外汉，只能听听。
我将粗读后的几点补充与想法写出来，参加讨论。
1）多路阀的很多强势是一般工业用阀难于得到的，例如负载敏感信号LS的利用等。这里要修正一下上文的一点说法：就是不能笼统地说多路阀是三位六通型，为了适应系统新要求的负载压力补偿、负载敏感控制、LS反馈等，都是在4通型多路阀上实现的。
2）液压技术要完成“人家干不了、人家干不好”的重任，其中一大优势就是与电“联姻”。液压阀数字化是无可阻挡的重要发展趋势之一（只能讲到“重要。。。之一”吧！），也是液压技术发展的强势。现在讲“液压高速开关阀即液压数字阀。它目前已崭露头角，但应用仍不为注目，然而它将是伺服阀与比例阀的更新换代产品”，可能对现今液压技术的发展不是很有利，我建议不要一下子调子过高。我当然不同意说这样讲就是重复“射流技术可以替代所有的控制”的历史笑话，但为了促进液压技术的发展，还是策略一点更主动，有些话让后人去讲比较好。社会需要的多层面的，技术也要是多层面的。
3）刀锋网友关于“随着计算机网络技术的发展，催生出以微处理器与软件技术结合的具体总线传输控制的液压阀系列化产品。目前这种阀的名称还停留在各跨国公司的命名上。建议称为总线控制型液压阀（或简称线控或网控液压阀）”的建议很好！回想起来，有不少新名词都是等外国公司去了名，我们翻译一下就来用了，有些还真不合适，但往往无奈于习惯，例如“开中心”“闭中心”，想改也改不过来。建议就在“网控阀”“网用阀”“总线阀”等，这个比较明显、比较合适的名称中选择。
4）文章对有关公司产品的论述，当然只是作为一种例子来介绍的，至于选用那是青菜萝目各人各爱。

lynx91

楼主的文章很详细，读了！洋人搞这东西有几年了，我们在学术上有人搞，在工程上又要引进了。不知说点什么，

骆驼草

楼主的文章和2楼的点评都很精彩，让我们这些一直和传统阀打交道的人也看到了未来一段时间液压技术发展的趋势，长了不少见识。

hljzwt1

刚看了一个Atos的资料，不错

ysuyeyazj

看国内液压让我想起了中国男足

ysuyeyazj

看国内液压让我想起了中国男足