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【IFPEX 2024】液压领域技术动向

时间:2025-05-14


液压领域


“第27届油压·气压·水压国际展览会 IFPEX 2024”于9月18~20日在东京Big Sight国际展览中心举行,本文通过IFPEX 2024介绍液压领域技术动向并总结见闻。



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1. 液压动力源的高功能化·省动力化趋势

通过巧妙组合液压泵及其驱动源的电动机,液压泵的高性能化和省动力化正在实现。这种趋势是从1990年代开始出现,过去在 IFPEX 上也曾作为具体产品介绍过,根据各公司的特点,其变化正在不断扩大。电动液压源的基本形式是用感应电机固定,以恒定转速连续驱动定容量泵或可变容量泵,通过溢流阀将液压回路的剩余流量排出,保持供给压力的方式,省动力化方面取得了进展:


(1)根据负载情况,将逆变器控制的感应电机和可变容量泵的最佳转速,以适当的容量进行变速运转,减少剩余流量的方式;

(2)通过采用永磁铁式同步电机,提高可变速性能和全效率的方式;

(3)将伺服电机和泵作为油压源,消除控制阀中的动力损失,直接驱动液压缸等执行器的1泵-1执行器方式等,作为节能液压源产品进行了介绍。


图1为逆变器控制感应马达驱动的泵,将永磁铁式同步马达驱动的泵应用于同一负载,进行了永磁式同步电动机驱动泵在消耗动力方面具有优势的演示。


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图1 逆变器控制感应电动机驱动的泵和永磁式同步电动机驱动的泵的消耗功率比较演示


图2是迷你挖掘机用电动机一体泵展品,旁边还展示了不经由液压驱动的小型挖掘机旋转用电动马达驱动的展品。可以认为,电动液压驱动和电动的分离应用将会越来越广泛。


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图2 迷你挖掘机用电动机一体泵(右)和迷你挖掘机旋转用电动机(左)


驱动电机的高速化概念也被提起,电机的扭矩大致与电流成正比,外径与转矩成正比。相同的输出使得电机旋转高速化时,输出扭矩降低,驱动电流也降低,在高效运转区域内,也和电机外径的小型化相关。此外,由高速电机驱动的泵,如果排出流量相同,可以减小排出容积,导致泵的小型化。在保持输出功率的同时,电动液压驱动单元变得小型化。实际应用中,通过泵的高速化确保吸入性能,抑制泵效率降低,确保滑动部、接触部的强度,振动、噪音的解决等技术性问题依然存在。目前,这些问题正在逐步解决,或者已经在解决的阶段。图3是高速电动液压泵单元产品的展出照片,相对于现有产品体积缩小50%。


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图3 高速电动液压泵单元


通过液压控制阀进行液压控制,可以高响应地控制多个液压执行器,由于通过阀节流、切断工作油流动,因此在向液压执行器的液压动力传递过程中会伴随动力损失。另一方面,必要的流量、压力,用驱动泵的电机进行控制,不使用液压控制阀直接控制液压致动器的1泵-1执行器方式,电机、液压泵、储能器、液压执行器可将液压单元封装,构成紧凑高效的单元系统。当需要高响应时,伺服阀控制。当需要控制多个执行器时,根据应用,阀控制式和1泵-执行器方式的优缺点变得明显,可以认为两种技术发展将继续进行。


图4为双臂液压机器人,不仅是液压缸,在关节旋转部分(液压马达)和行驶系统的所有液压致动器中应用1泵-1致动器方式。


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图4 双臂液压机器人(所有直动部、旋转部、行驶系统均采用1泵-1致动器方式)


图5也是1泵-1致动器的例子,与其中大部分是将直动系统的油缸作为执行器相比,在这里以低速高扭矩液压马达作为驱动器驱动泵、配管,将液压马达集成到一起,是一种紧凑的结构,转矩臂是受液压马达反转矩的结构,能够小空间与旋转负载连接。


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图5 低速高扭矩液压马达驱动系统(内有液压泵、配管、液压马达)




2. 传感技术与物联网

液压设备和液压系统的状态检测、维护时期判断、工作油状态检测等,各种传感技术和面向loT的综合管理技术也在稳步推进。通过从安装在液压缸上的漏油检测传感器信息的数据通信,可以实现密封状态的监控和故障预测,相对于传统定期更换部件的处理方式,可以推断出适当的部件更换时期。


另外,不以与设备外的信息通信为目的,作为设备内闭环控制系统反馈功能的传感器技术也得到了发展。IFPEX 2024 上的众多传感器从IoT技术中,对非接触旋转角度传感器和阀的位置传感技术进行了论述。


图6是使用霍尔IC检测旋转磁铁的磁场变化原理,一种紧凑且耐环境性高的非接触式磁角度传感器,用于检测挖掘机旋转部旋转、旋转角度,与挖掘机的旋转中心接头组合使用。


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图6 非接触式旋转角度传感器(照片右和中央)


图7是利用放大器搭载型比例电磁式方向流量控制阀控制液压马达转速的例子,在阀上不搭载位移传感器。根据线圈电流而无位置传感器地推定比例电磁铁可动铁心位置,能够对因压差变化引起的流体力干扰进行电磁铁电流的修正,对压差变化不产生与指定流量偏移的流量控制。


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图7 搭载放大器的比例电磁式方向流量控制阀的无传感器阀位置检测和流量校正



3. SDGs(联合国可持续发展目标),碳中和

在液压领域,SDGs和碳中和的各种举措正在推进,电动化、省动力驱动、1oT的动向也可以说是代表性的举措。在IFPEX2024上,介绍了在作动油方面所做的努力。


图8为用于拉力赛车的减震器可变阻尼,用于此的液压油采用天然来源的基础油,在基础油原料的植物栽培过程中可吸收大气中的CO2,料加工和运输时的CO2排放考虑了材料选择,对碳中和做出了贡献,另外具有生物降解性。


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图8 具有生物降解性的天然来源基础油