什么是微型液压技术？它的应用领域竟如此广泛！

微型液压技术的独特挑战

当需要在小型动力系统中控制运动和力时，工程师们可能会想当然地认为只需将常规商用组件缩小尺寸即可。然而，明尼苏达大学的研究人员 Jicheng Xia 和 William Durfee 指出，实际情况要复杂得多，因为缩放定律并非适合。

例如，他们提到在液压缸中，力与面积（L²）成正比，而重量与体积（L³）成正比。另一方面，承受一定压力所需的缸壁厚度和重量会随着孔径的减小而降低。因此，小型液压系统的最终重量无法通过按比例缩放大型系统来确定。

此外，由压力驱动的流动特性决定了，要使流体在微型通道中实现高流速，就必须施加高压力。在层流状态下，通道直径每减小一个数量级，维持恒定平均流速所需的压差就会增加两个数量级。

在保证合理效率的前提下提高液压功率密度，另一个关键障碍在于密封问题。在小孔径中，密封件的摩擦阻力和间隙的粘性阻力等表面效应变得十分显著，进而影响整体效率。密封过紧，摩擦会占据主导；密封过松，受压流体则会从密封处泄漏。成本和功耗也是需要重点考虑的因素。幸运的是，已有众多制造商设计或重新研发了适用于 “微型” 规模的液压组件。

代表性微型液压组件及制造商

Bieri Hydraulik

作为 Hydac International 旗下位于瑞士 Liebefeld 的子公司，Bieri Hydraulik 生产六种标准型号的 AKP 型微型轴向柱塞泵，分为三活塞和五活塞设计。

五活塞的 AKP36 型泵，直径仅为 1.4 英寸（36 毫米），长度为 3.9 英寸（99 毫米）。其排量为 0.36 立方厘米 / 转，最大压力为 250 巴，最高转速为 4000 转 / 分钟。

AKP103 型泵直径为 1.9 英寸（50 毫米），长度为 3.8 英寸（98 毫米）。三活塞版本的排量为 0.1 立方厘米 / 转，额定最大压力为 500 巴，转速可达 5000 转 / 分钟；五活塞版本的排量为 0.3 立方厘米 / 转。

据悉，这些运行安静的装置即使在 100 转 / 分钟的最低转速下也能保持较高的容积效率。它们的压力侧和吸入侧均由阀门控制，因此不适合作为马达使用。这些小型装置被应用于海上和油气领域、计量系统以及小排量的通用液压系统中。

Hydro Leduc

位于法国 Azerailles 的 Hydro Leduc 提供全系列的定排量和变排量微型泵、微型马达（转速从 350 到 6500 转 / 分钟）、单向阀、减压阀、电磁阀和先导阀，以及适用于各种工作环境的完整微型动力单元。

例如，其 PB32 型定排量微型泵的泵体直径仅为 1.28 英寸（32 毫米），最小排量为 0.0007 立方英寸，持续最大转速为 5000 转 / 分钟，峰值转速为 6000 转 / 分钟，持续最大压力为 4350 psi，峰值压力为 5075 psi。稍大一些的 PB33 HP 版本排量为 0.0027 立方英寸，持续最大压力额定值为 13050 psi，峰值压力为 14500 psi（1000 巴）。

The Lee Company

位于美国康涅狄格州 Westbrook 的 The Lee Company 生产一系列微型高性能流体控制组件，包括 Lee Plug® 膨胀塞、电磁阀、流量限制器、安全滤网、溢流阀、单向阀和梭阀。以该公司的流量控制器为例，这是一款典型产品，它能在一个方向上实现计量流量，而在相反方向上实现自由流动，也被称为单向限制器。最小尺寸的流量控制器直径仅为 0.18 英寸，但其额定系统压力却高达 3000 psi。其他类似尺寸的产品包括提升式单向阀，它在 25 psid 的压力下可实现 1 加仑 / 分钟的流量，额定系统压力高达 4000 psi；溢流阀的开启压力为 20 到 100 psid，部分型号的额定系统压力可达 5000 psi。一些微型单向阀和限制器型号甚至能承受高达 8000 psi 的系统压力。

同样，直径仅为 0.13 英寸的安全滤网有助于保护节流孔、溢流阀和其他敏感液压组件。关键组件通常对低水平的小尺寸污染物具有一定的“免疫力”，但单个大颗粒就可能导致突然故障，甚至可能引发灾难性后果。过滤器在运行过程中维持流体清洁度，而安全滤网则提供了额外的保护。这些安全滤网的孔径从 0.0008 英寸到 0.062 英寸不等，高压版本即使在完全堵塞的情况下，在 7500 psid 的压力下也不会破裂或坍塌。

The Lee Company的高压法兰安装式安全滤网

液压系统 护卫专家丨 https://www.hydlc.cn

SFC Koenig

位于美国康涅狄格州 North Haven 的 SFC Koenig 提供一系列堵头、流量控制器、单向阀及相关组件。例如，其膨胀堵头据称能非常可靠地密封钻孔。它们的尺寸从 0.093 到 0.875 英寸不等，推式版本的额定压力为 6500 psi（450 巴），拉式版本为 7200 psi（500 巴）。

该公司的不锈钢限制器在流体系统中提供精确的流量控制，有膨胀式和螺纹式两种样式，最小尺寸为 0.093 英寸（4 毫米），可承受 2900 psi（200 巴）的压力。可通过指定孔径来实现所需的流量。直径为 0.216 英寸（5.5 毫米）的单向阀可处理正向或反向流动，开启压力为 2 到 29 psi（0.14 到 2 巴），最大工作压力为 4352 psi（280 巴）。

Takako Industries

作为总部位于日本京都的 KYB 集团的成员，Takako Industries 声称制造出了世界上最小的轴向柱塞泵。方形的 TFH-040 型泵尺寸仅为 1.18 英寸（30 毫米）宽、3.0 英寸（77 毫米）长，额定最大工作压力约为 2030 psi（140 巴）。其排量为 0.4 立方厘米 / 转，输入转速可达 2000 转 / 分钟，流量为 0.8 升 / 分钟。

该装置是一系列微型泵的一部分，这些微型泵采用混合驱动系统，结合了液压的优势以及交流伺服电机和逆变器的可控性，能够以小体积泵满足广泛的规格要求。据该公司介绍，其典型应用包括阀门控制泵、成型机的模具切换设备、液压夹具和压接压力机。

微型液压技术的应用领域

在许多情况下，这些微型液压系统非常适合广泛的应用场景，如医疗矫形和假肢设备、人体辅助升降机、外骨骼、手动工具、救援机器人、飞机和导弹、赛车以及海洋仪器等。

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