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多年后液压技术真的会被取代吗?

发布时间:2021-11-05 来源:WANKE万科 作者:多路换向阀厂家

当前,新技术层出不穷,技术改变的速度越来越快,许多显赫一时被普遍应用的产品被取代了。所以,液压技术是否会被取代,这是所有与液压相关的人都应该关心的问题。
 
在20世纪90年代,就有人说过,液压技术会被取代。于是,中国许多大学的液压专业改称为机电研究所。如今,中国的液压工业落后世界水平30年,成为国民经济的锁喉之痛。两者恐怕也并非不无联系吧。
液压技术
为何这里今天又要旧话重提呢?
 
一、新能源带来的影响
 
为了减少废气和污染颗粒PM10的排放,保护人民的健康,采用新能源取代内燃机的呼声越来越高。世界多国已经制定了禁售燃油汽车的时间表。例如,荷兰、挪威2025年,印度2030年,德国2030年后,法国、英国2040年。我国也在2017年10月26日发布了“节能与新能源汽车技术路线图”。
 
为移动设备提供新能源,目前正在试验的主要有两种模式:纯蓄电池和燃料电池+蓄电池。
 
蓄电池目前还嫌笨重。小轿车要想充一次电能走几百km,蓄电池要占一半的重量。
 
燃料电池可以直接把燃料(氢气或天然气)的化学能转化为电能,可以大大减少所携带的蓄电池数量,是目前最有可能在较大功率需求场合取代内燃机的技术。目前国际上已有多个公司推出了采用燃料电池与蓄电池结合,作为能源的公共汽车和卡车的原型车。
 
与汽车相比,许多移动液压设备的功率大得多,能量消耗也大得多,因此,采用新能源的技术难度也高得多。但相信,随着新能源的大规模应用,肯定会催生出新技术,降低成本。所以,新能源在移动液压设备上逐步取代内燃机也是迟早的事。这就会给移动液压带来大洗牌。
 
因为,在以内燃机作为能量来源时,虽然内燃机产生的机械能需要经过液压泵,转化为液压能,才能驱动液压缸,但要驱动电驱动器,也一样需要通过发电机发电。都有一次能量转化,电驱动并无特别优势。而在蓄电池成为能量来源后,电能就是现成的。所以,主机设计师会优先考虑电驱动,竞争的格局就会对液压传动不利。
 
二、传动技术的竞争
 
虽然液压技术只是传递机械能而非产生机械能的技术,就像运输业,只是转运货物而非制造货物一样。但就像运输业不会被淘汰一样,传递机械能的技术也会始终需要。
 
传递机械能,除了液压以外,还有机械传动(杠杆、齿轮、传动带、链条等等)、气压传动和电力传动(电动机,电磁铁)。液压传动比机械传动灵活,比气压传动和电力传动的力密度大得多,因而成为一些应用中的首选。这也像各种运输工具:飞机、轮船、火车、卡车,都是搞运输的,但各有各的特点。虽说在某些应用中有竞争,此消彼长,但任何一种都不会被完全淘汰。
 
三、一些例证
 
1、在实际应用中比较不同传动模式,代价不小。因为,不仅要纸上演练,做出相应的方案,还必须实际制造。妖魔躲在细节里。许多设想要等到真正实际制造,才能接触到细节,才能真正确定方案的可行性。因此,在很多应用领域,限于设计制造成本,往往沿用现有模式,不太敢伤筋动骨地去尝试不同的传动模式。而如所周知,对航空航天工业而言,设计制造成本不是首位的考虑因素,安全可靠重量轻才是最重要的。所以,飞机设计师在确定方案时,肯定会比较各种可能的传动模式。最终,飞机的前襟翼、后襟翼、扰流板、尾翼、起落架,等等,还是采用液压来驱动,说明液压有其不可替代的长处。
 
历史表明,在驱动技术上,引领潮流,采用新技术的常常是航空工业。只要液压技术在飞机上还继续在用,那么在工程机械上也不可能完全被取代。
 
2、美国波士顿动力公司近年来正在研发的机器人Atlas的驱动也采用了液压。Atlas身背蓄电池,为什么不直接采用电驱动,而是要先用电驱动液压泵,再把液压油输送到四肢去作为驱动源,绕一个大圈子呢?这也说明,液压有其不可替代的长处。
 
3、对固定设备而言,电能一般都可直接获得。所以,液压传动并非首选,是不得已时才会采用的。但液压还是被相当多地应用,也说明了液压技术不会单纯因为电能易得而被取代。
 
根本原因在于液压的力密度高。为获得直线运动,液压缸结构简单,可以达到的推力,电驱动望尘莫及。小推力的,几十几百公斤力(千克力),电驱动还可以。但大推力,不要说几万吨力,就是几千吨力,电驱动都很难做到,这是因为,电磁力被电流限制。目前所有可用的材料都有电阻:电流越大,发热越严重。
 
四、地平线后面的乌云
 
1、超导体,电阻几乎为零,理论上可以通过极大的电流,从而减小电磁执行器的体积和质量,进一步提高功率密度。自“高温超导体”的发现在1987年获诺贝尔奖之后,世界多国科学家投入大量精力财力研究。
 
据说,德国科学家在2015年发现,有0.01%的石墨颗粒在—70℃时可能超导(维基百科),这对科学界是一个轰动,但对工程机械来说却还远不实用。
 
金属氢的超导温度据说可达20℃。2017年年初,美国哈佛大学的研究团队宣称,通过加压50万MPa制得了金属氢。50万MPa,这可超过了地心压力,也已逼近合成钻石强度崩溃的边缘啊。
 
所以,超导体什么时候能进入工业生产还很难说。
 
在常温超导体技术或其他什么新技术进入实用阶段之前,液压传动还可继续以自己的力密度高而洋洋得意。
 
2、力≠功率,力密度高≠功率密度高!
 
功率是力×速度。电流强度限制了电磁力,但并没有限制电驱动的速度。因此,高速电动机的功率密度可以超过液压马达。
 
在采用新能源,电能唾手可得以后,移动液压中首先会受到挑战的可能就是液压马达。但电驱动由于惯量较大,灵活性较差,因此,只有在转速不那么多变的应用场合,才可能胜出。
 
五、关于技术取代
 
1、实例
 
历史表明,新技术不一定能取代老技术。以下一些实例,可以提供借鉴。
 
(1)磁悬浮列车靠磁力悬浮在空中,行进时不接触地面,没有与地面的摩擦力。理论上来说,是极其美好的。其原理早在1922年就由德国工程师提出了。然而,实际动手制造,则发现造价昂贵。因为磁力与间隙成反比,因此,对轨道的平直度有极高的要求。世界上首条磁悬浮列车线路于1984年在英国伯明翰开始商业运营,已于2003年拆除,更换为轮式系统。上海的磁悬浮示范运营线目前是世界上唯一一条商业运营的高速线路。
 
(2)火车牵引机车,最早被应用的是蒸汽机车(1825年),后来出现的是电力机车(约1840年),20世纪七八十年后才出现内燃机车(约1920年)。现在,蒸汽机车基本退出了使用,内燃机车与电力机车同时并用已近一个世纪。尽管现在高速列车普遍使用的是电力驱动,但内燃机车还在大量地使用。
 
(3)汽油发动机是1883年发明的,而柴油发动机是之后9年才发明的。多年来柴油机由于出力大,备受青睐,在船舶、卡车、移动工程机械上几乎是唯一的动力源,在轿车上也与汽油机平分天下。然而,现在,柴油机又因为是细微颗粒PM10和NOx的主要排放源而前途岌岌可危了。
 
2、技术取代的条件
 
1)功能、应用领域环境必须基本相同。拿牛头与马腿来谈取代,是无稽之谈。
 
2)性价比更优:或性能优,而价格增加不多;或性能不差,但价格明显低。这里的性能应该是广义的,包括了持久性、环保性等等。
 
这里的价格,则不仅要考虑到研发、设计、制造费用,还要考虑到更换、替代费用。
 
因此,要说一项技术先进,可以取代另一项,就需要实事求是地全面比较通过测试获得的性能数据,比较各种成本,光比较某一点是不够的。例如,伺服阀,尽管其重复性、线性等明显优于电比例阀,但其应用数量、范围还是远不如电比例阀,不仅是由于伺服阀结构复杂,制造成本降不下来的缘故,还有伺服阀对污染十分敏感等等问题。
 
另外,对于性能,不同应用的关注重点不同。例如,液压元件的工作持久性,远洋船希望能20年,而导弹则只需要几分钟。在一种应用中是优秀的性能,完全可能在另一种应用中不被重视。
 
所以,说什么,发明了一种神器,可以取代全部现有液压技术的,那不是幼稚,不了解液压技术的博大精深、应用广泛,就是有意忽悠。
 
特别是现在,有些人喜欢用做娱乐广告的方式来宣传技术,什么名词时髦就挂什么,炒作的概念甚多,例如,什么“空气驱动大巴”“水驱动自行车”,全然不顾科学技术的严谨性。
 
所以,作为液压技术人员,现在特别需要有警觉与识别忽悠的能力与习惯,多剖析现象,多思考本质。
 
3、技术取代的过程
 
技术取代总是有一个过程的。
 
1、发现技术可能性。
 
2、找到成本价格可接受,可以批量生产的工艺。
 
3、开始获得应用,成本、价格进一步下降。
 
4、某个应用领域的主机厂开始在新生产的主机上采用。即便如此,已在流通工作的设备的拥有者也不会像是对手机那样,说换就换,随手抛弃现有的设备。
 
5、取代不会一下子全面铺开,而是逐个逐个应用领域地发生。
 
所以,这个过程,是需要一定时间的。像液压这样一种经过几百年发展,由几十万人研发,被几百万乃至几千万人在国民经济各个领域中使用的技术,即使出现什么能取代的新技术,被全面取代的过程至少要持续10~20年。在这10~20年中,液压技术本身又会出现多少创新?
 
六、做好自己的工作
 
物理定律,难以抗拒,大趋势也很难改变。望着大趋势哀鸣,无济于事。但是,现实生活是极其复杂的:炎炎烈日之下,总能找到遮阳避暑的地方;冰封千里之时,也总有办法避风保暖,开个冰下旅馆,还能挣钱。
 
其实,“天眼”的调节促动器最初选用的是电驱动,碰到一些问题,未能解决。之后,国内一批液压专家,克服了很多技术困难,用液压传动满足了要求。试想,如果液压传动的困难没有被克服,而电驱动解决了那些技术问题,液压不就在这个应用上被排挤取代了吗?
 
所以,技术取代问题需要具体分析,而非笼统地一言概之。在认清大趋势的同时,更要关注的是:自己公司的产品是否有发展前途;市场份额是否在减少。液压传动是否会被取代,也取决于各人各企业自己的努力。
 
液压技术不会被完全取代,但液压产品会被淘汰。
 
移动液压现在已经对能耗十分敏感,采用新能源后,对节能的要求肯定会更高。能效低的元件和回路被淘汰是必然趋势。
 
所以,搞液压技术的,必须不断学习。企业领导应该关注,挑选对自己有利的战场,不断探索、改进、创新、与时俱进,调整适应顾客需求的变化。如果想学一次管用一辈子,相同的产品一造几十年的话,那么,被淘汰是不可避免的。
 
巴克教授还指出,“创新意味着,识别出新的未被意识到的应用,发现新的联系,这是一种才能,需要绞尽脑汁与横向思维。流体技术在这方面看上去特别有潜力,因此我对流体技术的未来毫不担心。它将继续发展。也许不像我们能够想象的那样,但它会找到新的路。从这个意义上我祝愿我们这个专业领域继续蓬勃发展。
 
两院院士,前中科院院长路甬祥教授,中国液压领域中出现的最杰出者,在通观全局后高瞻远瞩地作出了如下断言:“由于流体特性及其应用领域的多样化及复杂性,流体传动与控制技术在未来有着无穷无尽的研究领域和无止境的应用范围。”
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