【第四章】
静液压驱动功率传输元件的
分类及发展沿革
了解静液压驱动功率
传输元件发展模式的一些特点
与体现着“摩尔法则”、换代发展变化快得令人喘不过气的电子和信息技术产品不同。
液压泵和马达这样的机械基础元件的发展“惯性”却要大得多。
现代液压元件的核心技术其实很大一部份是在材料和制造技术领域内，而并非都在那些繁琐的传递函数和静压平衡之类的数学模型之中。
今天，我们继续一起研读王意教授《车辆与行走机械的静液压驱动》一书的第四章第八节：
不同结构类型的静液压动力传输元件的综合比较，了解静液压驱动功率传输元件发展模式的一些特点。
液压元件和电子元件一样吗？
人们在谈论传动和控制技术及相关系统的构成和功能时，常把液压元件和电子元件的角色及作用互相比拟和参照。
液压和电子技术之间确实存在着许多共同特点，但是相关元件的发展速度却相差悬殊。开发一代全新的斜盘型通轴泵或斜轴马达一般都需要5-8 年以上的时间和大量的投入。
人们必须珍惜那些得来不易的成熟产品并尽可能地挖掘利用它们的“余热”。
有鉴于此，即使是最新型的静液压驱动的车辆和机械上的液压元件中也存在有许多老面孔的液压元件的现象也就不足为怪了。
对现在几世同堂的新老液压泵和马达进行比较后就会发现，这些元件之间的“主参数”，亦即压力、转速、功率以及效率等其实并没有实质性的变化。
例如重系列元件的最高工作压力从20世纪70年代末以来就一直大体保持在42MPa左右；
受以柴油机为主的发动机转速和大排量液压泵本身结构以及噪声容限等的制约，静液压驱动装置中常用规格的轴向柱塞泵的最高转速也都保持在2000 – 3000r/min上下。
单个元件在最佳工况条件下的最高效率也仍然在91-93% 附近俳徊。这就是一些老产品仍有一定市场的重要原因。
然而新一代的元件确实拥有许多新的发展，其中突出的就是功率密度和使用寿命有了大幅度的增长。
而数控配流型变量泵和马达的出现，则使多年来改进不大的效率，特别是部分排量和轻负荷下的效率出现了明显的提高。
对于那些安装空间受限制的主机来说，更轻、更小和效率更高的新一代元件肯定更受欢迎。
然而值得注意的是，新型元件性能的提高却主要是通过简化结构而不是增加其复杂程度来实现的。
高科技能简单地和高深的原理及
复杂的结构直接划等号吗？
与许多流行的概念不同，高科技并不能简单地和高深的原理及复杂的结构直接划等号。
相反，能用最简单的方法解决高难度问题的，才称得上是大家。这一点对于系统集成和元件设计都是共同的。
现代液压元器件的一个重要的发展方向，其实就是结构的日益简约，能做到这一点的重要前提就是通过材料和制造工艺技术的进步，
尽量地把许多相关的功能集中由同一个零件承担。
例如，Sauer Sundstrand公司的第三代“90”系列元件的配流盘仅为一块冲压出若干配流窗口的薄钢板。
较之前几代产品上须用机加工方式制出许多异形孔和槽的减摩衬板结构要简单得多；
Linde公司的以反装滑履、斜盘倾角达21°为结构特征的新系列HPV/HMV02通轴泵和马达在变量控制、柱塞回程等装置中零部件数量和复杂程度较之较老的BPV系列元件均有明显的减少和降低。
Bosch Rexroth公司的A4VG系列泵中的部分规格也用柱塞平行分布的较简单的缸体取代了柱塞倾钭配置的较复杂的结构。
同一时期内，新型斜轴马达较之它们的前辈也有了显著的简化。这种发展趋势也表现在低速大扭矩马达上。
以在这一领域内处于技术领先地位的法国Poclain公司为例，它自80年代开发出的MS系列马达采用了经滚柱直接传力的新结构。
即柱塞兼有封油、传力和支承滚柱旋转的多项功能，取代了用柱塞、横梁、和带滚针轴承的专用滚轮分别承担上述功能的上一代H 系列马达。
不仅大大简化了结构，而且显著地缩小了径向尺寸，功率密度提高了近一倍之多。
与柱塞泵、柱塞马达等液压元件有关的流体静力学、流体动力学和机构学等的基本理论都是一些很古老、很成熟的东西，但是与元件性能有关的另一些很重要的因素却是完全现代化的，这就是新的材料技术和制造技术。
各种元器件的基本原理和构造基本都是透明和公开的，运用现代的测量和分析技术以及“逆向设计”的知识和技巧。
弄清一个液压元器件的结构尺寸甚至材料成分也都不很困难。
但是如何造出这些东西却是要考验技术底蕴深厚与否的硬道理。
新一代的静液压驱动元件用简化的结构和低的制造成本来满足整机越来越个性化的配套要求。
这首先是得益于相关的材料科学和制造技术的进步，也体现了现代的模块式设计方法的优越性。
纵观各项科技成果的发展历史，人们在完成了理论性和功能性的研究以后，大凡都有一个通过采用新的材料和制造技术来实现这些成果，并尽量降低产品成本和尽快完成商品化的过程。新的理念在为元器件设计者创造了更宽松的边界条件的同时，却给制造者在材料性能和成型技艺方面提出了更多的难题，也设置了更高的门槛。
液压元件也是这样吗？
搞好材料工艺需要巨额的设备投入。现代制造技术的特点之一就是强调均衡发展。
先进的液压元器件零件不多，尺寸不大，但几乎每个零件都要兼顾多项功能，都对总体性能具有可观的影响。
在材料选择和工艺流程上应该力求均衡，注重细节，避免出现制约性能和质量的短板与瓶颈。
因此专业化集约生产的规模效益仍然是明显的。
为各国业界普遍认可的能够生产优质静液压驱动用重系列柱塞式变量泵和柱塞式液压马达的厂家数量其实很有限。
其品牌集中度虽然没有电脑CPU芯片那么高，却也大大高于车辆发动机、变速箱和驱动桥。
国际上除了像Linde和Liebherr这样的别人难以复制的特例以外，很多著名的整机企业在自己产品上所标榜的“自产”液压泵和液压马达。
其实不过是一些由专业元件厂按照整机的某些个性化选项提供的贴牌产品而已。
就连一个著名的液压马达厂为了通过成套系统销售的方式获益，也在它所推荐的回路系统中需要外购配套的液压泵上贴上自己的铭牌和商标。
另一方面，电子技术渗入液压技术领域不仅改善了静液压驱动装置等液压设备调节性能，而且也为液压元件的进一步降低成本提供了某些技术前提。
如果说在20世纪70-80年代间人们主要是在变量泵上集成各种各样的液压阀来满足不同的控制要求的话。
那么从90年代开始，在同样的泵上集成的却是越来越多的电子传感器和电液转化器件甚至直接用数控电磁阀取代结构复杂的配流装置。
有些传统结构的变量泵的基本变量模式也成为电控，包括手动在内的其他变量模式都是用电子方式进行远程模拟。
虽然作为机械基础件产品的液压元件本身的制造成本难以迅速降低，但通过液压和电子技术的结合，
那些反映了电子设备迅速降价趋势的摩尔法则也会对降低液压元件的价格的努力产生积极的影响。
在静液压驱动技术领域中，我国在轴向柱塞液压泵、液压马达以及径向柱塞泵的原理、结构方面进行过广泛深入的研究，在偶数柱塞配置、配流盘平衡机理等方面取得了一批开创性的成果，并自主研制成功了具有较高水平的开式油路用斜盘变量泵和径向柱塞泵。
北京、上海、天津、南京、重庆、贵阳和邵阳等地的几家液压元件厂和军转民产品企业。
通过合资、引进技术及自行开发，逐渐掌握了可供行走驱动装置闭式油路使用的轴向柱塞变量泵和马达的批量生产技术。
我国也有较长的研制单作用径向柱塞马达和内曲线马达（包括球塞马达）的历史，并在凸轮环轨道曲线生成和优化等设计理论上颇有建树。
在静液压驱动装置的系统集成和整机应用方面，中国科技人员也有许多突破和创新的亮点，成果斐然。
然而在静液压驱动装置所需的高端元件研发方面虽然始终不乏官方和商界的多方高调激励，却长期不能摆脱克隆的窠臼和山寨的尴尬，在自主创新方面依然乏善可陈。
个中情由，十分值得思索。笔者认为，除了应努力加强材料和制造技术的科研投入以外。
我国的液压行业似乎也没有太多必要再在那些已经属于“昨天的技术”的液阻网络控制之类的课题上打转转。
而应充分利用我国在电子数字控制技术和径向柱塞元件等方面的一些后发优势，在新一代的国产变量液压泵和变量马达上实现数控配流等一些跨越式的发展。
虽然我们现在还没有研制数控配流元件的实际经验，但可以估计到它的制造难度并不很高，
而如同无刷电机那样将动力传输部件与配流控制装置分离的方式又提供了组织集约化制造的有利因素。
液压元件的
发展方向是什么 ？
2022/12
注明
以上内容引用或改编自王意先生著作《车辆与行走机械的静液压驱动》化学工业出版社，2014.
原文始发于微信公众号（波克兰液压）：第42课 I 了解静液压驱动功率传输元件发展模式的一些特点
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