文章轉(zhuǎn)自《液壓氣動(dòng)與密封》雜志。非常有內(nèi)容值得每一個(gè)搞液壓的認(rèn)真讀一下。
5 g4 y3 Z4 K" I \1 @" C 編者按：2017年10月31日～11月2日，“PTC ASIA 2017 高新技術(shù)展區(qū)國(guó)際技術(shù)交流報(bào)告會(huì)”成功在上海新國(guó)際展覽中心舉辦。此次報(bào)告得到國(guó)際同業(yè)組織VDMA、國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)、業(yè)內(nèi)專家和世界同仁的大力支持，我們深表榮幸并衷心感謝。
/ J% G. t F/ k8 B報(bào)告會(huì)現(xiàn)場(chǎng)觀眾踴躍參加、積極互動(dòng)，讓我們倍感欣慰，這一切都激勵(lì)著我們繼續(xù)努力，為流體傳動(dòng)與控制技術(shù)進(jìn)步添磚加瓦，為世界流體動(dòng)力產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)新的力量！0 o y9 H/ _! |& M0 e( i, I# \' s
為了讓更多的同仁了解本屆技術(shù)報(bào)告會(huì)實(shí)況，我們應(yīng)大家訴求對(duì)專家的精彩報(bào)告進(jìn)行編輯整理，陸續(xù)發(fā)表在2018年《液壓氣動(dòng)與密封》雜志和微信平臺(tái)上，供學(xué)習(xí)分享。 敬請(qǐng)關(guān)注！
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PTC ASIA 2017高新技術(shù)展區(qū)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)報(bào)告 之四
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行走機(jī)械液壓電子化時(shí)代-美國(guó)拉斯 維加斯國(guó)際流體動(dòng)力(IFPE 2017) 展看中國(guó)液壓發(fā)展 ) N9 {0 V4 a# y: o1 E
! a# `. [, f: w" A& W+ [& y——據(jù)中國(guó)液壓氣動(dòng)密封件工業(yè)協(xié)會(huì)專家委員會(huì)副主任王長(zhǎng)江報(bào)告整理
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我這題目的英文名字叫Electronification，這是什么含義呢？比如我們以前都說(shuō)Electronic，叫電子，電子就是3.0，現(xiàn)在提法叫Electronification，這就叫電子化了，這就是工業(yè)4.0的概念。協(xié)會(huì)領(lǐng)導(dǎo)讓我到拉斯維加斯去看看，我確實(shí)看到了一些東西，給大家匯報(bào)一下，分四個(gè)問題。 N. O8 a" ]" C/ z1 @0 |: w
, z5 u- `9 ^3 H我國(guó)已成為液壓大國(guó) $ n4 f+ b5 I+ w4 t
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中國(guó)已經(jīng)是液壓大國(guó)了。大家看圖1最底下那個(gè)紅線，我們中國(guó)液壓氣動(dòng)密封工業(yè)的發(fā)展和我們國(guó)家的GDP是相符的，和第二產(chǎn)業(yè)比呢，第二產(chǎn)業(yè)幾乎是平的，但是我們卻是上升的，所以在機(jī)械行業(yè)當(dāng)中看出它的重要性了。我國(guó)目前液壓規(guī)模大約是513億。全世界的流體動(dòng)力市場(chǎng)是按照歐元匯率計(jì)算的，歐洲大約占31%，美國(guó)占34%，中國(guó)的占了27%。但是，目前我們的行走機(jī)械關(guān)鍵液壓零部件依賴國(guó)外的狀況沒有根本的改變，幾乎70%～80%的利潤(rùn)基本都給了國(guó)外的制造商。工信部產(chǎn)業(yè)政策司副司長(zhǎng)辛仁周也說(shuō)了：“有些行業(yè)看來(lái)很熱鬧，其實(shí)大部分的利潤(rùn)都給了外國(guó)的廠家。”我國(guó)液壓行業(yè)在行走機(jī)械市場(chǎng)上除油缸外，絕大部分產(chǎn)品為仿制，僅用于備品備件市場(chǎng)。我們是世界最大的后市場(chǎng)供應(yīng)商！
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# O) ~: ]& {/ k# p' a& L6 h+ g* h圖1 中國(guó)流體動(dòng)力行業(yè)的發(fā)展
/ p* `* y K$ l4 \ i- D! C, e應(yīng)該說(shuō)中國(guó)的液壓發(fā)展的是很快的，從這個(gè)展覽會(huì)看中國(guó)的液壓企業(yè)，已經(jīng)跟國(guó)外的液壓企業(yè)沒有什么差別了，他們?cè)谡故舅睦砟疃粌H僅是展示產(chǎn)品了。但當(dāng)我們談到中國(guó)液壓工業(yè)發(fā)展的時(shí)候，我希望大家思考一個(gè)問題：共享單車大家都知道，那么在共享單車的情況下，中國(guó)的自行車行業(yè)發(fā)生了什么問題？有多少企業(yè)發(fā)了財(cái)，有多少企業(yè)倒閉了？共享單車絕非簡(jiǎn)單的自行車+互聯(lián)網(wǎng)，能用于共享的自行車在傳統(tǒng)的自行車基礎(chǔ)上做了許多的創(chuàng)新。那么看到他們，我們中國(guó)液壓工業(yè)該不該到思考的時(shí)候了。習(xí)主席說(shuō)中國(guó)進(jìn)入新時(shí)代，那么中國(guó)液壓的新時(shí)代是什么？怎么進(jìn)入這個(gè)新時(shí)代？在新時(shí)代能干些什么？
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國(guó)際行走機(jī)械已邁進(jìn)工業(yè)4.0 & T9 v" E1 c; z. W' t F1 H
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我們所說(shuō)的行走機(jī)械包括這樣幾大類：工程機(jī)械、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)機(jī)械、大型運(yùn)輸車輛、軍事機(jī)械、高鐵機(jī)械，這樣的車輛的產(chǎn)量在中國(guó)大概是每年200萬(wàn)臺(tái)，這200萬(wàn)臺(tái)怎么能夠進(jìn)入到工業(yè)4.0，這是需要我們來(lái)考慮的問題。應(yīng)該說(shuō)世界行走機(jī)械液壓已經(jīng)全面進(jìn)入電子化時(shí)代，而我國(guó)行走機(jī)械液壓剛起步液壓電子控制（目前80%以上液壓元件還沒用電控）也就在剛從2.0進(jìn)3.0狀態(tài)，我們這個(gè)彎道怎么超車？怎么從2.0蹦到4.0？這是大家都要思考的問題。
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( U: s' K" P6 O, Y; W W當(dāng)我們談到機(jī)械智能、談到工業(yè)4.0的時(shí)候，在行走機(jī)械當(dāng)中主要指兩個(gè)智能化，一個(gè)叫做運(yùn)動(dòng)控制智能化，一個(gè)叫機(jī)器信息智能化。即工信部要求的兩化融合。
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. h/ n- K4 u) L; p d) W0 O( \0 D◆運(yùn)動(dòng)控制智能化$ d8 F, h8 T! ~
運(yùn)動(dòng)控制的智能化主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：動(dòng)力流技術(shù)和運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制。* I& Z* j* W+ B9 u0 K& o/ p5 W; B2 L
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動(dòng)力流的控制，即怎樣把柴油機(jī)功率有效地分配在各個(gè)驅(qū)動(dòng)軸上，以及如何進(jìn)行功率回收再利用，也就是大家說(shuō)的混合動(dòng)力。對(duì)此，我們需要思考的問題包括：①如何以最高的效率來(lái)傳遞和轉(zhuǎn)換動(dòng)力？②如何以最優(yōu)的匹配來(lái)管理和分配動(dòng)力？③如何以最佳的協(xié)調(diào)來(lái)控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力？④如何回收制動(dòng)能量？各大企業(yè)都在做這方面的工作，比如力士樂VBOII虛擬放油系統(tǒng)，它的核心是叫壓力耦合，這是一個(gè)很大的改變。動(dòng)力回收需要全面的考慮，你把挖掘機(jī)“掘”的力量拿走了，去節(jié)能是沒有意義的。而卡特在我們目前水平上又實(shí)現(xiàn)了節(jié)能33%，這個(gè)比例是非常大的。
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運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制。行走機(jī)械未來(lái)會(huì)越來(lái)越多地從開環(huán)控制進(jìn)入到閉環(huán)控制、進(jìn)入到伺服控制。今年北京展覽會(huì)上，卡特展覽了一個(gè)2D，提出了一個(gè)電子圍欄。2D技術(shù)在美國(guó)已經(jīng)用了十年了，3D技術(shù)也在美國(guó)用十年了，卡特為什么只介紹2D，不介紹3D，這是值得我們思考的。挖掘機(jī)只要有了互聯(lián)網(wǎng)+以后，完全可以在電子圍欄下自動(dòng)挖掘，該挖的地方保證挖好，不該挖的地方一定不挖。國(guó)際上已經(jīng)將挖掘機(jī)鏟斗的軌跡控制和推土機(jī)推土鏟的姿態(tài)控制，按六個(gè)自由度（6DOF）的控制模式實(shí)現(xiàn)，并已成功地進(jìn)入了工業(yè)化和商品化的階段。所以不管是挖掘機(jī)還是推土機(jī)，未來(lái)就會(huì)有多種機(jī)構(gòu)解耦控制，而各機(jī)構(gòu)都將有三環(huán)控制：速度環(huán)、位置環(huán)和加速度環(huán)。; S' m ~" f) Z# Z; ^: w. V
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國(guó)外的挖掘機(jī)早已不只是2D了，而是可以3D，那么3D和2D的挖掘機(jī)有什么差別呢？其實(shí)挖掘機(jī)制造廠并不需要做什麼工作，大家看這個(gè)挖掘機(jī)上的鏟斗，上面劃了一個(gè)白框（見圖2），卡特挖機(jī)都做了這么一個(gè)槽，你只要把一個(gè)塊擱在上面以后，它就可以智能化了。所以對(duì)挖掘機(jī)廠來(lái)講，他并不需要做額外的工作，但是如果拿這樣一個(gè)東西擱在我們的挖掘機(jī)上就不行，因?yàn)榭ㄌ赝诰驒C(jī)的液壓系統(tǒng)，是可以支持3D運(yùn)行，可以支持伺服解耦控制的。挖掘機(jī)用衛(wèi)星定位，鏟斗可以進(jìn)行無(wú)線信號(hào)的定位，這樣操作以后，作業(yè)誤差小了，作業(yè)效率提高了。另外一個(gè)大家都知道挖掘機(jī)經(jīng)常出事故，有了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以后，一旦出現(xiàn)危險(xiǎn)就會(huì)鎖死機(jī)器，減少損失。/ ?3 |7 y# n9 a% D7 i8 P: u
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% {3 O I* K1 L9 z( k7 E圖2 精準(zhǔn)挖掘-即插即用的定位裝置 4 W1 Q8 V: w& `: y Z3 ^0 u
有時(shí)行走機(jī)械需要進(jìn)行精確操作，推土機(jī)有六個(gè)自由度，一鏟推過(guò)去就完事了，不用人工再修補(bǔ)了，這樣可以節(jié)省大量的人力、時(shí)間。要想讓農(nóng)業(yè)機(jī)械精確化，提高效率，很大程度在于行走機(jī)械要解決巡航速度的問題，如果機(jī)器不能做恒速運(yùn)行的話，精準(zhǔn)就談不上了，所以精準(zhǔn)的前提一定是機(jī)器的行走是恒速的。因此現(xiàn)在國(guó)外IVT的變速箱發(fā)展非常快，在展會(huì)上我們看到了大量的公司都生產(chǎn)IVT變速箱，IVT變速箱對(duì)于中國(guó)的液壓行業(yè)來(lái)講目前是個(gè)空白，現(xiàn)在還沒有做。
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新時(shí)代行走機(jī)械運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制要考慮：第一，每個(gè)液壓軸將從開環(huán)控制進(jìn)入伺服閉環(huán)控制；第二，各軸從獨(dú)立控制進(jìn)入多軸統(tǒng)籌解耦控制。所以行走機(jī)械的多路閥將發(fā)生很大的變化，很多閥芯都帶一個(gè)LVDT位移傳感器，就是為了提高精度，為了解決閉環(huán)控制。新的多路閥小于125ms全開啟時(shí)間是它響應(yīng)時(shí)間的最低要求。而現(xiàn)在大多數(shù)多路閥的開啟時(shí)間1s，1s去做解耦控制、閉環(huán)控制是很困難的，所以如何提高液壓閥的水平是當(dāng)前需要解決的問題。當(dāng)有了這樣一個(gè)伺服控制以后，它既可以做功率匹配，也可以做壓力控制，又可以做流量分配，還可以做解耦控制和精度控制。有了這個(gè)系統(tǒng)以后，將來(lái)的挖掘機(jī)不分正流量、負(fù)流量、流量共享，其實(shí)都是一回事兒了。所以下一階段行走機(jī)械要有很多的變化，比如流量共享系統(tǒng)，我告訴大家其實(shí)流量共享系統(tǒng)不節(jié)能，這是世界上正在想辦法解決的問題。因?yàn)榱髁抗蚕硐到y(tǒng)有一個(gè)最低壓差，力士樂最低的壓差14bar，A11V是18bar，林德22bar，大家想想22bar乘以200L流量，在閥孔里面功率損失有多大，所以未來(lái)肯定不是僅靠液壓來(lái)節(jié)能的，而是電子-液壓聯(lián)合實(shí)現(xiàn)。
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智能化要用很多新的技術(shù)，比說(shuō)模糊控制，這個(gè)概念大家有。比如說(shuō)怎樣解決功率分配的優(yōu)先權(quán)，是用等比的、還是等值的、還是其他優(yōu)先權(quán)的？這些顯然要通過(guò)模糊控制來(lái)完成。比如棉花收割機(jī)里面大量地使用了伺服系統(tǒng)，怎樣保證收割機(jī)不落掉棉團(tuán)？怎么保證吸進(jìn)的是棉團(tuán)而不是梗，如果有了梗，一等棉花就變成三等了，所以有諸多的系統(tǒng)都需要用液壓伺服控制，要用解耦控制來(lái)完成。
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◆機(jī)器信息智能化
9 Y0 A* a% q8 H1 p1 v$ K+ F% ~機(jī)器的信息智能化，有很多企業(yè)像卡特、小松、三一、徐工都有自己的平臺(tái)，但這樣的平臺(tái)只能是信息智能化、機(jī)器什么狀況你能知道了，但對(duì)操作者來(lái)講意義不大，為什么？因?yàn)椴僮髡咴谝粋�(gè)工地上絕對(duì)不會(huì)只使用一家的機(jī)器，可能有卡特的挖掘機(jī)、徐工的推土機(jī)，他們兩個(gè)之間怎樣協(xié)調(diào)？每一家的控制器、每一家的平臺(tái)不可能展現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的狀況。信息智能化需要給出更多的信息，信息智能化就要加上一個(gè)智能電控，這是新的概念。時(shí)間關(guān)系不跟大家講信息智能化的具體內(nèi)容，但我給大家舉一個(gè)健康控制的例子。液壓系統(tǒng)健康主要跟油有關(guān)，像我們?nèi)艘粯樱?yàn)血就知道是否健康，液壓系統(tǒng)也要檢驗(yàn)液壓油的主要參數(shù)。現(xiàn)在已經(jīng)有在線的微型傳感器，國(guó)內(nèi)的廠家也做了軟件。未來(lái)的健康將不只是紅燈和綠燈，一定加一個(gè)黃燈，假如油的污染度超了，是不是就不能工作了？不一定，專家給你算出來(lái)還可以工作多少個(gè)小時(shí)，你可以把這個(gè)機(jī)器開回去修理。所以未來(lái)都是三燈控制的。上海一家電控公司已經(jīng)把這樣的軟件做出來(lái)了，手機(jī)APP可以監(jiān)控，對(duì)于一個(gè)企業(yè)來(lái)講非常重要，因?yàn)樗滥呐_(tái)設(shè)備什么狀況，哪些油該換了。
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5 f f( b+ f0 ~+ E7 x另一個(gè)信息智能化是針對(duì)于電子控制，未來(lái)的的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)很重要，為什么呢？因?yàn)橥ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以幫助你來(lái)編程、做初始化、做調(diào)試，這都是云可以幫著你干的。現(xiàn)在的信息控制是各自搞各自的，未來(lái)我們要把這所有的信息都連在一起，形成一個(gè)新的平臺(tái)。
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0 i9 b+ y# I8 Y$ P( l) r電子化液壓產(chǎn)品將有極大的需求 2 P9 A9 i8 _4 t5 h9 x
8 K8 n0 w5 ]( G" y我們液壓協(xié)會(huì)曾經(jīng)在2015年的時(shí)候就提出了要發(fā)展十六項(xiàng)產(chǎn)品，此次在美國(guó)拉斯維加斯的展覽會(huì)中我們看到別人給實(shí)現(xiàn)了，這對(duì)我們來(lái)講是一個(gè)很大的壓力。那么這是些什么產(chǎn)品呢？其實(shí)主要是七大類產(chǎn)品。1 |: }( t- X' I. s7 Y4 B$ a$ n3 u
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◆電子泵 f8 l$ a- k6 h+ F5 D, t
第一類產(chǎn)品是電子泵，油泵做成電子控制的時(shí)候，首先要保證泵能控制壓力，這就必須要有很高的頻響，現(xiàn)在一般行走機(jī)械的變量泵，其變量時(shí)間是500ms，開環(huán)的開式系統(tǒng)大約1s，很多主機(jī)廠嫌它太快，因?yàn)榭赡軙?huì)有壓力沖擊，泵容易壞。但是未來(lái)做成電子控制的話，變量時(shí)間大概在120ms以內(nèi)，這樣就帶來(lái)了很多問題。電子控制變量泵不僅僅是液控改為電比例閥控，本身就是個(gè)復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)，電子泵有若干的技術(shù)問題要解決，怎樣調(diào)節(jié)流量、壓力，圖3的曲線是泵實(shí)現(xiàn)壓力、排量控制的過(guò)渡過(guò)程的特性要求，這個(gè)曲線完成靠什么呢？要靠軟件，要靠模糊控制的計(jì)算。
3 C* g P5 r8 ]5 T- F 圖3 電子泵的特性曲線 ) S# a0 w( u l: q+ J$ g) H7 ^6 ?
+ S2 b Y; Y* s' H圖4是卡特挖掘機(jī)用的電子泵，卡特20噸挖掘機(jī)已經(jīng)全部用自己的系統(tǒng)，不再用外面供應(yīng)的油泵了。讓我們驚訝的是：一般電比例泵是有一個(gè)先導(dǎo)壓力控制的，而卡特是用自己的壓力來(lái)當(dāng)先導(dǎo)壓力。油源的壓力是不斷變化的，可是要進(jìn)行精確的控制，做出的特性曲線必須達(dá)到圖4的水平才行，沒有復(fù)雜的軟件、沒有復(fù)雜的模糊控制概念是實(shí)現(xiàn)不了的。% H7 ?" }3 S$ c9 L; p( r
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圖4 卡特挖掘機(jī)用電子油泵 9 F1 R( X2 ~2 N l0 U7 Q
上面說(shuō)到流量共享不節(jié)能，那么怎樣讓流量共享節(jié)能呢？為什么流量共享要18bar，是因?yàn)橐ＷC液壓壓力有足夠的分辨率，A11V最少18bar，但如果我們?cè)诒蒙涎b上傳感器以后，1.8bar都分辨的出來(lái)，所以未來(lái)的流量共享系統(tǒng)一定是可變壓差的流量共享系統(tǒng)。主泵需要實(shí)現(xiàn)電子壓差控制，目前有兩種辦法實(shí)現(xiàn)：一是使用壓差傳感器，目前價(jià)格已進(jìn)入普通壓力傳感器范圍；二是LS口加裝壓力傳感器，使用高性能控制器，用壓力數(shù)值計(jì)算實(shí)現(xiàn)。所以未來(lái)流量共享恐怕是行走機(jī)器的主要油泵方式，或者主要的系統(tǒng)工作模式，但是必須是加電子控制的。4 K2 @( u+ x3 v, U: H
( y% {1 v! ?$ z9 Q5 y J3 V◆電子馬達(dá)、IVT變速箱
6 y* D5 a" q0 x0 s我們的液壓馬達(dá)最大的問題是斜軸馬達(dá)很少，幾年前幾乎是空白，這次展覽會(huì)很多公司告訴我們：可以做斜軸馬達(dá)了。為什么一定要用斜軸馬達(dá)呢？因?yàn)樾陛S馬達(dá)具有遠(yuǎn)高于斜盤馬達(dá)的啟動(dòng)效率，剛度大，頻響高。在行走機(jī)械進(jìn)入智能化時(shí)代是不可或缺的。在美國(guó)拉斯維加斯液壓展上看到大部分生產(chǎn)柱塞元件的廠家都生產(chǎn)斜軸馬達(dá)。國(guó)內(nèi)只有少數(shù)的廠家小批量地生產(chǎn)斜軸馬達(dá)，而且多數(shù)為定量馬達(dá)、只有少數(shù)液控變量馬達(dá)。1 H+ K7 }- ^- x" w5 \0 {
4 O; J: \4 _5 z: |; O( X再一個(gè)車輪馬達(dá)。車輪馬達(dá)世界上就兩家生產(chǎn)，近年來(lái)由于靜液壓系統(tǒng)電子化發(fā)展，在農(nóng)業(yè)機(jī)械上得到了較多的應(yīng)用。靜壓傳動(dòng)系統(tǒng)里的馬達(dá)有若干個(gè)事情要解決：怎么跟柴油機(jī)匹配，怎么做差速差力，怎樣做制動(dòng)，怎樣做轉(zhuǎn)向，怎樣做巡航速度，怎樣做自由輪。所以有些低速大扭矩馬達(dá)也是需要變量的，特別農(nóng)業(yè)機(jī)械，在我們國(guó)家，這種輪式馬達(dá)現(xiàn)在是空白。我國(guó)生產(chǎn)的自行式噴灑車要撒化肥、撒農(nóng)藥，車輛必須恒速。這個(gè)系統(tǒng)采用了車輪馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，具有良好的作物通過(guò)能力，并可設(shè)定巡航控制實(shí)現(xiàn)恒速運(yùn)行，噴灑均勻。) t+ J: @ ?& c8 U$ ?
( w$ c+ [4 x4 ]" o5 ?7 jIVT變速箱系統(tǒng)。100馬力的拖拉機(jī)都有IVT了，IVT叫無(wú)極變速。對(duì)行走機(jī)械來(lái)講，我們希望從零就開始就能做調(diào)速。而現(xiàn)在小汽車不是，小汽車用的是CVT，它是從低怠速以后才能做無(wú)級(jí)調(diào)速，做巡航速度控制。除了IVT變速箱以外，還出現(xiàn)了簡(jiǎn)易IVT變速箱（見圖5）。它通過(guò)一個(gè)泵和馬達(dá)帶一級(jí)行星減速齒輪就可以解決速比不是很大的控制需求。我國(guó)IVT變速箱還處于前期研制階段。
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9 n) g2 y/ }% _圖5 簡(jiǎn)易IVT 5 X1 y5 @: M$ f% |( e' M
◆智能油缸8 u: S2 I- S) |1 m3 K2 H
中國(guó)是油缸產(chǎn)能大國(guó)，行走機(jī)械的油缸主要由中國(guó)制造，恒立應(yīng)該說(shuō)是全世界最大的油缸供應(yīng)商。油缸面臨哪些問題呢？有兩個(gè)問題必須要攻破：①電鍍不能用了，我們用什么來(lái)解決表面防腐的問題？美國(guó)PARKER公司在拉斯維加斯展會(huì)上就推出一種叫亞微米結(jié)構(gòu)整體鍍層油缸，這個(gè)鍍層價(jià)格便宜，而且防腐能力非常好，已經(jīng)通過(guò)了相關(guān)的一些考核。圖6是把鍍層放大以后的比較，說(shuō)明他的質(zhì)量有極大的提高。②怎樣在油缸上加傳感器？油缸加傳感器有兩個(gè)辦法：一個(gè)是在活塞桿車削刀紋上面鍍一層陶瓷材料，現(xiàn)在這個(gè)辦法以力士樂為主，精度只能達(dá)到0.1mm；第二個(gè)是傳感器的方法來(lái)解決，PARKER公司做了個(gè)0.05毫米的系統(tǒng)，是光學(xué)傳感器，這個(gè)傳感器完全可以用在工程機(jī)械，價(jià)格和可靠性都已經(jīng)可以市場(chǎng)化了。
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; o" w- N# r/ H& ?: ~% I& ? [圖6 電鍍和整體鍍層放大比較
l/ L1 c: T9 U7 x" ~' @◆挖掘機(jī)多路閥; N1 T- x) T0 B8 `6 o% j8 z, x1 M
多路閥將會(huì)發(fā)生巨大的變化，我們現(xiàn)在還在圍繞負(fù)流量、正流量來(lái)討論，其實(shí)全世界先進(jìn)的挖掘機(jī)早已經(jīng)不存在這個(gè)問題了。對(duì)于產(chǎn)量最大的中挖，多路閥采用閉芯結(jié)構(gòu)，配合電子可變恒壓電子泵，采用進(jìn)油側(cè)單獨(dú)的高精度、高頻響插裝式比例流量閥是發(fā)展趨勢(shì)，力士樂稱為VBOII型多路閥。卡特公司早在2013年德國(guó)寶馬工程機(jī)械展推出了新一代的多路閥PPPC，在2017年美國(guó)拉斯維加斯工程機(jī)械展推出更新一代的多路閥ACS。新的閥采用電-液結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，按動(dòng)作需求，確定閥的開啟速度：小流量時(shí)閥開啟的速度慢，大流量時(shí)閥可以迅速開啟以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的要求。美國(guó)EATON開發(fā)的容腔控制原理的多路閥也已經(jīng)商品化了。
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' T( O4 L/ d ^( d7 C( _* A- [◆伺服控制流量共享多路閥4 O( H& u Y0 v( O& `! Z4 z2 F1 i
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中拖拉機(jī)的犁深系統(tǒng)非常重要，目前中國(guó)在拖拉機(jī)犁深系統(tǒng)方面基本上是空白，要用犁深系統(tǒng)就要解決三個(gè)問題：第一位置控制精度，因?yàn)槔缟钌疃鹊恼`差決定產(chǎn)量，如果犁深深度不能控制的話，產(chǎn)量就會(huì)下降5%~13%；第二個(gè)要保持拖拉機(jī)的恒速運(yùn)行，克服特殊地面阻力以保護(hù)裝置安全；第三要解決減震問題，轉(zhuǎn)場(chǎng)高速行駛時(shí)所需的主動(dòng)減震控制。而這就要用到伺服控制流量共享多路閥。
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0 B( G" w, Q. F伺服控制流量共享多路閥是行走機(jī)械、包括小型挖掘機(jī)未來(lái)發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)品！該閥主要有兩種，一種閥芯開度控制是開環(huán)的，現(xiàn)在哈威、力士樂、parker都在做。另一種是閥芯位置閉環(huán)帶反饋，閥芯帶位移傳感器克服閥芯滯環(huán)帶來(lái)的誤差，提高油缸大閉環(huán)的控制精度。丹佛斯大部分閥是閉環(huán)的，這是我們未來(lái)的發(fā)展方向。因?yàn)殚y不能閉環(huán)的話，就有很大的誤差，這個(gè)誤差怎樣去消除是有很頭疼的事情。所以丹佛斯說(shuō)：用了我的流量共享多路閥可以提高生產(chǎn)率22%。
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◆電子轉(zhuǎn)向控制8 Q3 d& Y6 m3 h0 [. @/ G
電子轉(zhuǎn)向是非常重要。轉(zhuǎn)向控制是精準(zhǔn)軌跡控制的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向不能勝任、存在諸多的問題，最重要的問題是：轉(zhuǎn)向器是擺線馬達(dá)結(jié)構(gòu)的，容積效率非常低，造成系統(tǒng)剛度差，沒有辦法完成精準(zhǔn)轉(zhuǎn)向，所以未來(lái)的轉(zhuǎn)向一定要改變。圖7是丹佛斯做的試驗(yàn)，當(dāng)緊急踩剎車時(shí)，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向和電子轉(zhuǎn)向的比較。4 W b" ~; ^6 A* _
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圖7 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向和電子轉(zhuǎn)向控制的比較
" S+ o% @* ]' ?未來(lái)的轉(zhuǎn)向器將使用類似于4WRE型閉環(huán)控制的電比例閥做主控閥，控制液壓放大器實(shí)現(xiàn)大閉環(huán)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)向。
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2 f, D: G0 I# _/ Z% h/ g◆電子制動(dòng)控制- I6 Y! I0 k8 J* b: i+ M$ Z
行走機(jī)械向高速度、高精度發(fā)展，車輛的制動(dòng)就不僅僅是個(gè)安全問題，電子控制的智能制動(dòng)需要快速發(fā)展。制動(dòng)調(diào)節(jié)主要有幾方面的研究：①制動(dòng)力調(diào)節(jié)；②靜液壓制動(dòng)與剎車鼓制動(dòng)協(xié)調(diào)；③配合精準(zhǔn)軌跡控制；④配合行走驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)防抱死（ABS）；⑤電子圍墻控制。; O1 `( @0 L; H
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中國(guó)液壓如何創(chuàng)新發(fā)展電子化液壓產(chǎn)品
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8 c6 ?. G4 g n中國(guó)液壓怎么樣做電子化的產(chǎn)品呢？有四件事要解決（見圖8），都在強(qiáng)基工程項(xiàng)目范圍里：第一液壓；第二電子；第三定位；第四網(wǎng)絡(luò)。4 O' u# G5 W; o% j
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" c8 Q c" Q6 ?8 }圖8 液壓電子化要解決的四件事
5 e/ `9 A( l4 Q6 v! ]' L1 g9 }7 A: z◆液壓
2 S3 i1 V4 T7 y V& D傳統(tǒng)的液壓不帶電、不能夠做伺服控制，所以我們必須解決這個(gè)問題。那么液壓行業(yè)的液壓件將來(lái)要向圖8這幾個(gè)方向去發(fā)展。特別要APP化，今年P(guān)TC上北理工的展臺(tái)專門給大家講APP化的概念，我們也曾經(jīng)講過(guò)當(dāng)前主要要解決的問題是提高泵閥的動(dòng)態(tài)特性，現(xiàn)在泵閥的動(dòng)態(tài)特性根本沒有辦法電子化。另外開發(fā)油泵斜盤擺角傳感器、壓差傳感器也是當(dāng)務(wù)之急。
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◆電子" c+ R* T E; a& L1 U+ \
液壓電子化的發(fā)展將終止液壓元件仿制的路！你只能做液壓元件而沒有電子化的軟件和硬件將會(huì)被市場(chǎng)淘汰！世界所有液壓公司全部都要用自己的電子控制產(chǎn)品。為什么呢？因?yàn)椋孩僖簤涸娮踊螅潆娮涌刂频年P(guān)鍵是元件里的運(yùn)動(dòng)智能控制，它與自身的物理結(jié)構(gòu)密切相關(guān)市場(chǎng)上的電子控制公司要想實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的控制，必須獲得元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，沒有誰(shuí)愿意提供這些帶有Know-how的資料。②液壓元件電子化后，將進(jìn)入云計(jì)算和大數(shù)據(jù)時(shí)代，而其數(shù)據(jù)的來(lái)源是電子控制器，如果是別人的電控系統(tǒng)，如何獲得？而不進(jìn)入大數(shù)據(jù)，你就不知道你的產(chǎn)品在實(shí)際使用中會(huì)出現(xiàn)什么問題。③你沒有辦法給主機(jī)廠提供一個(gè)完整的解決方案。
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/ v! `7 E6 Q1 }3 D行走機(jī)械液壓電子化比工業(yè)伺服控制難得多，其主要的難點(diǎn)有：①所控制的對(duì)象，絕大部分是差動(dòng)缸，即非對(duì)稱系統(tǒng)；②控制系統(tǒng)的最后一級(jí)，液壓閥固有頻率低響應(yīng)慢，特別是多路閥從零位到最大開口一般是秒級(jí)或更慢，不能滿足電子化閉環(huán)控制要求；③控制動(dòng)力（油源）同時(shí)用于機(jī)器的多個(gè)“軸”的控制，是個(gè)復(fù)雜的時(shí)變系統(tǒng)，可能出現(xiàn)動(dòng)力不足；④目前電子控制先導(dǎo)元件是不帶位移反饋的4通徑比例減壓閥，流量小，可能難于滿足閉環(huán)系統(tǒng)起碼的增益要求。5 p5 `2 C" i" f; O: s
( ~! q6 m0 m0 b- N所以未來(lái)我們要想辦法幫助大家開發(fā)出行走機(jī)械專用的軟件模塊，將來(lái)它會(huì)變成一種韌件，現(xiàn)在我們的機(jī)器基本上是一臺(tái)機(jī)器一個(gè)控制器，現(xiàn)在的軟件程序都是以IEC6113-1的標(biāo)準(zhǔn)寫的，未來(lái)我們將用以太網(wǎng)、用C語(yǔ)言作為標(biāo)準(zhǔn)，所以電子化時(shí)代再想仿制，仿制不了，現(xiàn)在必須要開始去發(fā)展自己的東西。
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未來(lái)行走機(jī)械電子化，不再使用IEC6113-1的PLC語(yǔ)言，要用C語(yǔ)言，可能就不是一個(gè)控制器為主，而要做成大型的DCS控制系統(tǒng)為主，不可能把所有的控制器都擱在機(jī)器上，怎么辦呢？擱在云里頭，所以行走機(jī)械要用云，這是不可缺少、不可逆轉(zhuǎn)的，必須要加緊時(shí)間來(lái)做。我們未來(lái)的控制器不再是僅僅用CAN總線了，一定要用ETHERNET，而且要增加三維定位，要增加死區(qū)PWM調(diào)節(jié)輸出，詳見圖9深藍(lán)色部分。
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$ m2 S* |4 p- W' n' Z& l; ] a◆定位6 k. o3 q2 O& ?1 M( s; i7 i
厘米級(jí)定位我們國(guó)家已經(jīng)有了。千尋位置網(wǎng)絡(luò)有限公司由中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)和阿里巴巴集團(tuán)合資成立，以“互聯(lián)網(wǎng)+位置（北斗）”為理念，通過(guò)北斗地基增強(qiáng)全國(guó)一張網(wǎng)的整合與建設(shè)，基于衛(wèi)星定位、輔助定位技術(shù)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建位置服務(wù)開放平臺(tái)，提供實(shí)時(shí)米級(jí)至厘米級(jí)、后處理靜態(tài)毫米級(jí)的高精準(zhǔn)位置服務(wù)。. F' W# D+ g. u# J- ^6 D4 X0 f$ T" z
3 F+ p$ z3 v9 Q1 h, a ^6 G9 m◆互聯(lián)網(wǎng)
0 N4 z5 X. s, J: a/ L$ K: ?% I所以有了這么幾條以后，行走機(jī)械的互聯(lián)網(wǎng)+、行走機(jī)械的智能化就不成問題了，現(xiàn)在國(guó)外已經(jīng)開發(fā)出新的控制器了，而且有了網(wǎng)關(guān)裝置gataway，所以實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制是沒有問題的，并可以搜集大量的數(shù)據(jù)。因此下一步，我們要考慮云平臺(tái)的問題（見圖9），深藍(lán)色是需要液壓廠家開發(fā)的，淺藍(lán)色的就是個(gè)平臺(tái)，誰(shuí)來(lái)做這平臺(tái)，這是我們需要解決的。大家都知道行走機(jī)械要想智能化，關(guān)鍵是位置控制系統(tǒng)，3D定位，北斗已經(jīng)解決這個(gè)問題了，北斗的動(dòng)態(tài)精度可以做到7mm，北理工的教授已經(jīng)做過(guò)試驗(yàn)了是可以達(dá)到的。問題是怎樣把這些內(nèi)容擱在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里呢？需要建立新的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)可以控制各種機(jī)器，把各種需要的東西都擱在平臺(tái)上。這個(gè)平臺(tái)并不是現(xiàn)在的主機(jī)廠搞的平臺(tái)，為什么呢？因?yàn)橐粋�(gè)施工工地，不可能機(jī)器都是來(lái)自一家的，可能有三一的、有徐工的，因此這個(gè)平臺(tái)一定是第三方的。
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" f; }% ^2 a1 ]& Z圖9 云平臺(tái)圖
) d4 M. L& ]$ U( s' K. F國(guó)外已經(jīng)有這樣的平臺(tái)了，比如美國(guó)的AEF農(nóng)業(yè)機(jī)械平臺(tái)，拖拉機(jī)、收割機(jī)都在這個(gè)平臺(tái)上，數(shù)據(jù)都能進(jìn)行交換了，專門做農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，衛(wèi)星定位。歐洲農(nóng)業(yè)機(jī)械也有這樣的平臺(tái)了，據(jù)它的宣傳，作業(yè)效率從30%提高到80%，現(xiàn)在能做到100%了。' i' _2 l- a* ]) T% x
$ W6 ? x; l7 t' \4 _" O我們中國(guó)的企業(yè)一定要在意識(shí)上發(fā)生變化，要想把這幾個(gè)事情聯(lián)系在一起，就要有平臺(tái)，這是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程。好在我們已經(jīng)開始起步了，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司已經(jīng)愿意把我們的電子控制、動(dòng)力流、還有大數(shù)據(jù)都擱在他的平臺(tái)上，為行走機(jī)械建立起一個(gè)新的平臺(tái)。億陽(yáng)信通公司、北方股份、北京理工大學(xué)共同建設(shè)的“大礦車自動(dòng)駕駛及露天煤礦智能機(jī)群控制平臺(tái)”項(xiàng)目已全面啟動(dòng)。
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+ f) n3 a8 ~, R& M% k行走機(jī)械，特別是農(nóng)業(yè)機(jī)械和軍事機(jī)械智能化、網(wǎng)絡(luò)化是國(guó)家發(fā)展急需！中國(guó)高新技術(shù)發(fā)展已處世界領(lǐng)先行列，我們沒有理由搞不好這個(gè)項(xiàng)目！
7 y# ?6 F! `! m* K6 e; W1 V: j& M
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發(fā)表于 2018-3-9 20:33:14
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