移动液压：塑造行业的趋势和技术

原文：Sara Jensen

编辑整理：腾益登

流体动力行业的专家就影响移动机械应用液压系统设计的趋势和技术提供了见解。

建筑和农业机械等移动设备在各种机器功能（例如提升挖掘机的吊臂）上都严重依赖液压系统。

这些机器对液压系统的要求不断发展，更高的效率和连通性是当前的一些技术驱动因素。此外，电气化、自动化和数字化等更大的行业趋势继续影响液压系统的设计。

Power & Motion 与流体动力行业的成员进行了交谈，以了解他们对目前影响移动液压系统的技术和趋势的看法，以及未来可能出现的技术发展。

(P&M)：目前哪些行业趋势（例如自动化、数字化等）对移动应用的液压系统设计产生最大影响？

Bailey International 首席执行官 Ken Baker：液压元件设计的最大趋势是数字化和效率。随着我们的客户寻求减少能源使用的方法，效率成为关注的重点。这反映在元件重量和尺寸上，或两者兼而有之，以及可用于实现同一目标的各种材料。

数字化也很重要。这包括将传感器设计到我们的产品中或作为易于使用的系统附加组件。它还包括在系统设计中增加使用控制元件，如电子控制器和电液阀。Bailey一直努力增加我们在这一领域的产品供应，我们也一直努力提高我们的技术专长，以便更好地服务我们的客户。

丹佛斯动力系统研发高级副总裁 Jeff Herrin：我们看到移动液压行业正在不断向电子控制转变。这与液压系统设计有关，因为液压组件变得越来越智能。现在许多设备都配备了车载计算机，我们不仅可以控制组件，还可以将其提升到系统级别，整个系统的设计都基于这样的理念：电子控制优先于液压，真正为客户创造价值。自动化和自主性就是一个例子，这也是一个行业趋势。电子设备和软件对于实现这些现代控制系统至关重要。在全球范围内，劳动力或熟练工人的缺乏正在推动行业向机器的自动化和智能化方向发展。

影响液压系统设计的另一个行业趋势是环境管理。在全球范围内，我们看到人们越来越关注机器在其整个生命周期内对环境的影响。新兴立法将继续挑战不仅是原始设备制造商，还有供应商，以创造更高效、更可回收的液压解决方案。这是我们在未来 25 年内会讨论的一个趋势，但就其对思维和购买行为转变的影响而言，它出现得还早得多。毫无疑问，它已经出现，随着我们前进，它将开始塑造液压系统，使其朝着更高效的解决方案的方向发展。

派克汉尼汾公司运动系统集团电气化业务开发经理 Christopher Griffin：毫无疑问，电气化正在推动液压系统设计的变革，不仅在最大限度提高效率方面，而且在设计电气化液压系统可以提供的按需供电功能方面。数字化会影响液压系统组件，可以提供更高水平的可控性，提供有价值的系统诊断，并实现更高水平的自主控制。

P&M：您认为液压系统架构有何变化？这些变化的推动因素是什么？

丹佛斯的 Jeff Herrin：对更高机器智能和自动化的需求意味着液压控制系统几乎总是由软件驱动，并且它总是由机器运行的基本要素在组件和系统之间驱动。我们看到机器上的控制更多地转移到组件上，而不是传统的集中控制，因为您有更多变量在起作用，因此可以更灵活地优化机器性能。从智能系统的角度来看，如果您有五个组件和五台计算机，您就可以真正看到每种操作条件下的最佳点，并且可以即时完成。您不必预先编程，因为现代人工智能 (AI) 技术和机器学习让我们无需思考就可以进行优化。就核心价值主张而言，这为与我们 20 年前拥有的组件实际上相同的组件带来了更高的生产力、更高的安全性和潜在的更高运行效率。电子控制将我们的系统性能提升到了一个全新的水平。

同样的，在组件设计层面，我们看到更多的是可变组件而不是固定组件，这意味着组件可以在机器中动态调整。这与我们希望通过尽可能多的变量来完全优化系统的想法有关。

派克汉尼汾的Christopher Griffin：在电气化方面，我们看到人们关注整体系统效率，以最大限度地提高电池供电设备的电池容量。许多早期的机器设计都试图尽量减少对内燃机驱动设备中已使用的液压系统的改变，但电池成本是电池供电机器最终成本的一个主要因素，因此任何渐进式的效率改进都会产生影响。

P&M：您认为液压行业面临的最大挑战是什么——从设计角度、最终用户角度，还是两者兼而有之？

Ken Baker，Bailey：随着数字化和传感器融合的发展，机械和电子知识的结合变得至关重要。此外，更先进的编程能力对于支持我们的客户也很重要。

我们看到越来越多的客户依赖我们（以及 Bailey 等其他公司）为他们的设计提供工程和技术专业知识。

丹佛斯的 Jeff Herrin：从宏观层面来看，我们面临的挑战之一是新技术的采用。我们已经验证了许多解决方案，这些解决方案将通过提高机器性能来提升我们行业的能力，无论是自动化、效率、可控性还是其他方面。挑战在于采用：在没有支持性法规或经济加速器的情况下，将这些解决方案投入到应用程序和最终使用市场中。我们既有聪明的想法，也有经过验证的解决方案，它们正搁置等待被采用。这是一场斗争，因为在预生产量的情况下，如果没有法规或有限的补贴计划的支持，我们无法满足最终使用市场的定价预期。要将真正颠覆性的技术推向市场，通常需要最初的推动力来启动它，然后才能飞速发展。挑战不是缺乏创新，也不是缺乏面向未来的解决方案；而是在没有加速器的情况下，我们如何将创新技术融入我们的日常运行产品中。

另一个挑战是，我们正在将流体动力产品的可用性从商品化目录组件转变为完全优化的解决方案。而这又是由对更高生产力、更高效率的需求所驱动的——所有行业驱动因素都是为了提高机器的性能。集成商和供应商需要占据更大的系统份额，才能真正了解他们的组件如何取胜。反过来，OEM 必须与其供应基地建立更多的合作伙伴关系，并为他们的机器提供现成的解决方案，而不是只购买组件并自己进行全面集成。这与过去的做法相比是一个重大转变，在某些情况下会带来障碍。作为一个行业，我们需要继续努力，因为整个价值链的共同努力可以将真正优秀的机器推向市场。

派克汉尼汾 Christopher Griffin：我认为最大的挑战是使液压组件和系统设计适应市场对安全性、环境影响和能源效率日益增长的期望。我们不应忘记，液压动力是大多数移动机械应用中最具成本效益、最坚固、力密度最高的技术，因此，更重要的是改进和调整技术，而不是寻求替代品。

P&M：电气化对你们的液压部件和/或系统开发有多大影响？

Ken Baker，Bailey：我们看到移动系统中开始转向电机驱动。这可能是电动直驱系统或ePTO类型的使用形式。在我们服务的中端市场客户领域，这仍处于起步阶段。目前仍处于讨论阶段。

丹佛斯的 Jeff Herrin：我们看到客户对混合动力和全电动汽车（电池驱动或氢动力）液压系统优化的咨询数量迅速增加。第一波电气化纯粹是在旋转执行器层面，在推进应用中，电机取代了液压马达。但原始设备制造商几乎没有带宽来完全优化围绕这一变化的机器。我们现在看到了第二波电气化，许多早期采用者都专注于优化液压系统。丹佛斯引起了很多关注，我们正在研究更多能源优化的解决方案以及电气和液压在组件层面的接口，以便我们能够开发集成套件并提供更具成本效益的解决方案。客户咨询的速度甚至比一年前还要快。从可见性来看还为时过早——几年内我们不会见到许多这样的发展在商业生产中出现——但在工作层面，电动设备的液压优化正在成为我们客户群中非常常见的日常话题。

派克汉尼汾的 Christopher Griffin：电气化为液压系统设计带来了机遇和挑战。永磁电机技术带来的按需功率以及动态扭矩和速度控制为简化液压系统和提高性能创造了机会。挑战在于液压系统的相对低效率，这降低了全电动机器中电池系统的运行范围。

另一个挑战是噪音。在典型的内燃机驱动机器中，发动机噪音往往会淹没液压系统产生的任何其他噪音。一旦拆除发动机，系统设计师就需要考虑泵技术和运行速度等主要噪音因素，需要加以管理。每台机器、每个操作员和每个操作环境的情况都不同，因此没有简单的答案。

派克汉尼汾的配置 ePump 技术将液压和电动机控制结合到电动液压泵解决方案中，可配置用于混合动力和电池电动汽车。

P&M：您是否看到电动替代品在移动应用中取代液压？如果是，液压在哪些方面或应用上被取代？

贝利的Ken Baker：我们并没有看到电动解决方案直接取代液压系统，我也没有看到这种情况发生。液压系统的能量密度和产生的力远远大于电动解决方案所能承受的力，因此我相信这种变化将仅限于小型、较低力的应用。

丹佛斯的 Jeff Herrin：电气系统正在某些应用中取代液压系统，主要是轮式驱动、草坪护理机上的切割机驱动等旋转应用。电气系统在这里很有意义，因为需要良好的可控性和高速度。我们还看到电气系统在中小型建筑机械中得到应用。轮式装载机的电动推进系统就是一个已经商业化的例子。对于电气替代品而言，超高功率应用仍然是一个挑战。我们有用于挖掘机履带和回转驱动的高压解决方案，但尚未大规模应用。这在技术上是可行的，但我们需要继续推动这些解决方案的商业化，以弥补低压和高压之间的功率差距。

派克汉尼汾的 Christopher Griffin：目前，我们用液压技术解决的许多应用都有电动（或机电）解决方案，但这些方案各有利弊。全电动系统效率更高、噪音更小，而且通常可以更精确地控制运动。它们也几乎不需要维护。话虽如此，全电动运动解决方案（无论是线性还是旋转）通常成本更高，尤其是当力和功率要求增加时，而且它们变得更重时。全电动系统对操作环境中的冲击、振动、灰尘和湿气的耐受性也较差。我们看到一些早期的全电动运动在小型机器上，或在远离中央电源的应用上得到应用。全电动运动将有一些自然适合的应用，尤其是当成本成熟和坚固性问题得到解决时，但我预计在短期内移动机械市场上不会出现液压系统的全面替代。

P&M：您是否预见到液压技术在移动应用中将会过时？

丹佛斯的Jeff Herrin：简短的回答是“不会”。在某些用例中，电动系统将取代液压系统，主要是在旋转应用中，从低功率开始，随着时间的推移功率谱逐渐上升。旋转技术转型不是“是否”的问题，而是“何时”的问题。相反，要找到具有成本效益、坚固耐用且封装尺寸合适的电动解决方案来取代线性液压动力将更具挑战性。

等式的另一边是，液压系统仍然在传统机器上从机械解决方案中赢得新的应用。一个很好的例子就是叉车。我们已经拥有电动叉车很多年了，但也有大量内燃机叉车采用机械或液压驱动。我们看到，在近 100 年来一直采用机械驱动的应用中，越来越多地询问液压驱动。

因此，存在着这种互利互惠的情况。一方面，液压和电动系统在争夺市场份额，另一方面，液压和机械系统在竞争。未来几十年都会如此，我认为当今行业中的任何人都不必担心。如果你能找到问题的正确解决方案，那么你就处于有利地位。

P&M：您认为未来用于移动应用的液压系统还有哪些技术发展机会？

Ken Baker, Bailey：无线解决方案将继续发展。无论是机器内连接还是机器外控制，我们都看到对技术解决方案的需求不断增加。

随着移动机器获得更多传感器和智能，本地维护的改进将继续增加。确定性和基于人工智能的解决方案将在这个领域发挥作用。

丹佛斯的 Jeff Herrin：在组件层面，发展机会在于泵和电机在保持功率密度的同时，具有显著更高的运行速度和效率。我们需要使这些组件在电动解决方案所能提供的功能方面更具可比性和能力，而不会损害液压系统的强度。没有好的液压组件，就无法构建好的液压系统，我们的组件需要不断发展，为未来的系统提供正确的解决方案，无论是液压系统、电液系统还是电机驱动的液压系统。有很多场景和技术可以开发来支持这些系统，有些是渐进式的，有些则更具颠覆性，这个领域的公司需要思考并积极致力于解决方案。

随着系统变得越来越智能，另一个发展机会是非公路机械的控制。事实上，这是丹佛斯目前技术投资的最高优先事项。我们在自动化和自主性、控制系统的易实施性和维护性方面做了很多工作，并引入了远程信息处理的数据组件以进行故障预防和诊断。使机器更智能首先要使组件更智能，这是一种设计和技术趋势，已经很普遍，并将继续下去。

我们将看到机器学习的商业化发展，即这些机器上的人工智能。这并不一定意味着完全自主或无人驾驶机器。较低级别的自动化同样有价值，具有智能组件和明确用例的机器学习算法将使我们取得长足进步。在丹佛斯，我们在软件、电子产品和系统工程师方面投入了大量资金，以走在控制系统的前沿——如果你想成为未来移动机械的参与者，你就必须这样做。

派克汉尼汾的 Christopher Griffin：我认为液压系统将继续变得更加智能和互联，而不仅仅是与电气化相结合。软件功能将变得与压力和流量一样重要，并将实现更高水平的自主性和增强的移动机器控制。更高水平的连通性还将使所有者能够通过预测性维护和机器性能监控更好地管理他们的设备。

原文始发于微信公众号（液压传动与控制）：移动液压：塑造行业的趋势和技术