可調式密封圈（洪格爾）

圖1是洪格爾公司提出的可調式密封圈，本人第一次見到，覺得很新奇。我剛才才了解到，這其實不是新發明，十年前就有了。還聽說在中國至今還沒有賣出一個，覺得十分可惜。它是怎么工作的呢？密封圈是靠預壓緊它的唇邊，保證密封，在活塞桿往復運動的時候把油封住的。但是運行時間一長，磨損以后，密封唇邊的壓力就會降低，低到一定程度就會失去密封的效能。洪格爾公司的發明在于把這個密封圈做成空心的，里面灌了潤滑脂，然后這里裝了一個接點。如果發現它不密封了，通過這個接點增加一些潤滑脂，那么又會重新得到密封壓力。其實原理非常好理解，一說大家都懂，關鍵是他們發明出來了。在漢諾威展覽會上洪格爾公司做了演示：液壓缸往復運動，看到有泄漏了，就在這里增加一點壓力，馬上泄漏就沒有了，效果非常明顯。洪格爾公司2014、2015年PTC的展臺也有展出，相信大家已看到。

 圖1 可調型密封圈（洪格爾）

這么一個小小的發明，所創造的價值是非常高的。大家知道，液壓缸一般有三組密封。端蓋和缸體間，是靜密封，一般不太會壞。另外兩組是動密封，一組是在活塞上的，另一組是在活塞桿上的。活塞做往復運動，但兩邊都是油，只要油液不是太臟，活塞密封的工作環境還是比較好的。工作環境最惡劣的是活塞桿密封，因為外界的雜質可能通過防塵圈進來。另外，如果活塞桿磨損了，也會造成密封件的損壞。如果漏油了，要換，就必須拆，要把活塞桿完全抽出來，然后才可能換。如果一個大的液壓缸活塞桿密封漏了，想換，怎么換？怎么把活塞桿抽出來，恐怕沒有起重機不行。如果是4、5萬噸的壓機，液壓缸要換密封圈，我都不知道怎么換，要花多少時間。這種壓機一個小時的工價就要至少幾萬元。船用打樁機的液壓缸長度大概是20米左右，怎么換，一般沒有上千噸的起重機可能沒法換。所以你不要看這個發明的成本很低，但它創造的價值還是很高的。如果換一下密封圈要花幾百萬元，顧客當然愿意花幾十萬元來買這個密封圈，可惜在中國還沒有用。有日本公司請洪格爾公司造了一個液壓缸，行程20米，自重200噸，上面就用了這個可調性密封圈，而且是全自動的。自動檢測，如果檢測到密封漏油了，它會自動加壓。

防塵圈（洪格爾）

在漢諾威展會上還看到洪格爾公司一個防塵圈的演示做得非常好，我特地拍了一段錄像。活塞桿背后是冷凍器，所以過幾分鐘后，活塞桿上就結了一層冰（圖2）。用這個防塵圈，活塞桿一個往復，就干干凈凈。整個展會期間，每幾分鐘一個往復，用此證明防塵圈質量過硬。

圖2 可調型密封圈（洪格爾）

二維碼（力士樂）

力士樂說，作為邁向工業革命4.0的努力，它的所有產品上現在開始都會加二維碼。你一掃，就可以把產品的特性數據或易耗件的信息讀到你的手機里。

液壓缸上也都有這個碼，一掃以后，把這個基本類型讀進去了，然后你就可以輸入你需要的活塞桿直徑、活塞直徑、行程長度等等數據，完成以后，那邊全部到它工業4.0的那套管理系統去，可以做到15天交貨。想想吧，前幾年，力士樂泵的交貨期曾長達75個星期，現在利用網絡，可以高度靈活，實現低成本的個性化定制。

油液狀況傳感器

在這次展會上還看到派克公司新推出的油液狀況傳感器（圖3）。油液狀況傳感器在歐美的應用已經越來越多，特別是由于風力發電機需求的推動。通過它可以監測到油液的黏度、相對濕度、導電率、介電常數等等。我們都是搞液壓的，都知道液壓油工作一陣要換。但應該多長時間換一次呢？其實，按時間換油的規定是不科學的，因為實際工作情況、環境不同，油液的老化情況也不同。而且液壓油也很昂貴，所以在歐美，越來越多地使用油液狀況傳感器。比如說，根據黏度變化。使用過程中，油液的黏度逐步下降，降到一定程度，然后換。這樣才比較合理，既能保證性能，又省錢還環保。

圖3 油液狀況監測

光學條紋位置傳感

MTS公司早就推出了液壓缸用的磁致伸縮位置傳感器。可以隨著活塞的運動，測出活塞的位置，輸出電信號，可以達到微米級的精度。那么有沒有其他辦法呢？這次看到一種新的，光學條紋電子傳感器。光柵，大家知道，可以精確地測出位置。但普通光柵有一個很大的局限性，它給出的是相對位移，相對于原來位置變化了多少。所以，一旦停電，數據丟失了，就不知道在什么位置了。因此，重新啟動以后，必須回到某一個零位，校對一下，再從這里開始重新確定位置。派克公司新推出了一種的用于液壓缸的光學條紋傳感器（圖4）：活塞桿上面刻了很多粗細間距不一的條紋，在端蓋兩邊各裝了一個位置錯開的光學傳感器，監測條紋的變動。條紋的寬窄是有講究的。現在位置分辨率已經達到0.1mm，對于一般應用來說已經夠了。

圖4 光學條紋位置傳感（派克公司）

碳纖維油缸和蓄能器（派克）

碳纖維油缸2013年就有了，在這次漢諾威展會上派克公司展出了三個不同的碳纖維油缸。碳纖維油缸的接頭部分要有連接螺紋，這個還沒有辦法用碳纖維制造，所以還是用金屬。碳纖維和金屬接頭的連接部分比較粗。在今年展出的就不那么粗了。說明纏繞技術改進了。碳纖維的重量只有鋼的三分之一，當然鋁也只有鋼的三分之一，但鋁不耐腐蝕，碳纖維耐腐蝕，抗拉強度非常高。對于航空航天領域，元件重量以克來評價的，采用碳纖維就非常有價值了。派克展出的活塞桿還是金屬的。這次漢臣在PTC也有展館，但碳纖維的沒拿來展出。漢臣在漢諾威展會上展出了，說通過改進纏繞技術，提高了剛性，現在活塞桿都能用碳纖維做了，整體的活塞桿和活塞全部是碳纖維的。活塞桿由于比較細，很容易失穩折彎，通過改進纏繞技術，提高了剛性，不易折彎。

這次展會上還看到派克使用碳纖維制造的蓄能器，重量大大減輕了。現在，蓄能器在節能上起很大的作用，混合型汽車等都需要。當然要考慮重量，那么采用碳纖維就很有利。

緩沖油缸（賀德克）

賀德克公司在漢諾威展會展出了緩沖油缸。圖5是前幾年搞的，有桿腔通大氣，無桿腔有油，連到蓄能器，擴大了它的緩沖范圍。這次，他們又提出新的改進（圖6），把蓄能器省掉了。無桿腔直接是氣。端蓋上連了一個小的蓄能器，里面藏了一點點油。端蓋里，兩邊是密封，當中是導向，這里面有油。活塞桿進出時，始終能接觸到一點油，這就夠潤滑了。這樣，減重25%，需油極少，安裝方便。

圖5 緩沖油缸             圖6 緩沖氣油缸

過濾器（雅歌輝托斯）

在展會上還看到一個新的雙聯高壓過濾器（圖7），雅歌輝托斯做的，在本屆PTC也展出了。它的特點是可以不間斷工作地更換濾芯。如果一個濾芯攔截了很多污染物，兩側的壓差超了，可以用手柄切換，讓另一個濾芯工作。這個其實并不新，以前就有。但是切換手柄需要很大的力，因為是高壓。雅歌輝托斯通過特殊設計，切換的閥變成套筒轉閥形式，不承受壓力，所以可以很輕松的扳過來。扳過來以后，這邊完全卸荷，就可以輕松地把這個外殼卸下來，更換濾芯。

圖7 雙聯過濾器

液壓泵（力士樂）

在漢諾威展會上力士樂展出了一個電調制泵（圖8）。有一個傳感器監測斜盤的擺角，把信號傳到控制器，控制器再給出控制信號到變量機構，控制斜盤擺角。這么一來，不管是恒功率、恒壓還是負載敏感控制，都可以通過區域總線或者預先設置在里面。然后根據指令信號，就可以實現所需要的功能。這里的難點是頻響問題，電控變量機構的頻響是否足夠高。它既然展出了，我想大概是已經解決了。

圖8 電調制泵

雙作用葉片泵，由于作用力平衡，泵軸上既沒有軸向力，也沒有徑向力。力士樂干脆把聯軸器取消了（圖9）。在伺服電機的轉子中打了一個孔，把泵軸直接插進去。體積縮小了、材料節省了、成本降低了，性能也更好了。

圖9 無聯軸器的雙聯葉片泵

力士樂的A4V泵屬于重型泵，這次展會上宣稱，A4VHO型的最高工作壓力已經達到630bar了。

電液作動器

這次展會上看到電液作動器非常熱門。電液作動器，又被稱為自治缸，電機、泵、油箱、液壓缸一體化了，只要接上電源，給個位置、速度指令就可以工作了。

圖10的這套東西韋伯液壓推出的，是用于控制一個車輛的轉向前橋。液壓缸也就是利用這套裝置驅動的。這里給電信號，然后變速電機驅動泵，供應油液給液壓缸，全部電控。

圖10 卡車前橋用電液作動器

福伊特公司2013年就推出了它的電液作動器，據說它的電液作動器可以多種安裝形式，非常靈活。這一個是帶蓄能器的。沒有油箱，就用蓄能器。這里是電機、泵、然后一些控制閥，最后液壓缸。

漢斯（HAINZL）公司展出的電液作動器使用了兩個活塞式蓄能器。液壓缸比較大，可能出力也相當高。

圖11是布赫公司展出的電液作動器，也全在里面了。電線從這里進去，控制閥在這里。據說已經用在注塑機上了。

圖11 注塑機用電液作動器

力士樂2013年就展出了一套電液作動器，上面寫著25噸。電機、泵、然后是油箱、閥等雜七雜八都在這里面，這次展出的更精簡了。泵、電機，稍微有幾個閥，驅動力可以達到40噸。現在力士樂已經可以提供大小多種型號，推力從500～2500kN(也就是250噸），速度最高可以到1000mm/s，行程******可以到1800mm，還可以帶位置、壓力或者力控制。

這些電液作動器用的是差動液壓缸閉式回路，關鍵是差動缸兩邊面積不同，進入排出的流量就不同。其實它的回路并不神秘。往往是用雙聯泵，一個泵和液壓缸相連，還有一個泵與蓄能器或油箱相連，多余的油就通過這個泵到蓄能器去。圖12是一種全閉式的回路。圖13是半閉式的回路。部分循環，部分多余的油回油箱。注意，這些閥主要起安全作用，平時基本不工作。因為主回路上沒有任何閥，所以非常節能。

圖12 全封閉型電液作動器回路

圖13 半封閉型電液作動器回路

圖14是全開式的，一個泵馬達與無桿腔相連，另一個泵馬達與有桿腔相連，這是調速電機，這樣就全解決了。

圖14 全開式電液作動器回路

四象限回路可回收能量

圖15是力士樂推出的所謂四象限回路，可以回收能量。一個普通的液壓缸，兩腔分別和一個雙聯泵相連。在工作的時候，即使有負負載（外加的載荷）驅動液壓缸動，也可以通過電機把能量回收。因此，可以四象限動作。力士樂的展板說，使用傳統回路，如果從電網輸入的能量算作100%的話，電機要損失大概12%，液壓泵總效率86%，也是損失12%。使用普通閥控回路，在閥處損失的能量可能要達到40%～60%，所以，最后真正有用功可能只有電網輸入的16%～30%。那么采用剛才所說的這種容積回路呢，電機還是有這些損失，泵也還有損失，個別閥還有些損失，但小得多，有用功可以達到70%，能效大大提高。

圖15 四象限回路

 差動缸閉式回路（力士樂）

這次回國之前，在雜志上看到力士樂新提出一個回路（圖16）：用兩個差動缸組成了閉式回路，四個二位二通閥，輪流開通，也可以完成所有工況。所謂液壓缸的閉合回路，就是在里面循環的油不再直接和空氣接觸了，這樣可以避免油液被氧化，也可以避免帶入氣泡。我后來仔細分析了一下，確實可動作，就是這些閥輪流開啟，甚至還可以回收能量。

圖16 差動缸閉式回路

波浪發電

這次我到亞琛工大流體技術研究所去，看到人家委托他們測試的一套東西（圖17），液壓缸大約2米長。我問穆任霍夫教授：這個有什么新鮮的嗎？他說這是1:10的模型，也就是說，真正的液壓缸要2米長。用于波浪發電。各位如果見過海嘯的錄像，就可以體會到，因為水的密度比空氣高得多，波浪里面含有的能量會遠超過風，所以，波浪發電可以取得的能量也會遠超過風力發電。歐共體在蘇格蘭海岸設立了一個試驗場，專門試驗波浪發電。

圖17 模擬潮汐發電試驗裝置

風力發電機用的泵

講到風力發電，不知道各位看到的******的泵功率是多大。我算了一下，力士樂的500排量的泵，在300bar時，才是250kW。圖18中的泵也是軸向泵，1600kW，日本三菱重工做的。有一個2700kW的泵已經在蘇格蘭海岸在實驗了，目前三菱重工正在制作一個7000kW的泵，那肯定還要大得多。

圖18 風力發電用液壓泵

風箏發電

最后還要提一下利用風箏發電，這次漢諾威展會上有一個公司在介紹。其實，越高的地方風越大，這就是為什么現在風力發電機要拼命造得高。但是從地面上造，越往上越不容易造。現在2MW的水平軸發電機，已經要達到150米左右的高度，光是安裝費用就要好幾百萬元。而用風箏就很容易到3、5百米的高空。這個公司說：他們20kW的樣機去年已經試驗成功了，今年正在準備200kW的樣機。他們的風箏不是普通的風箏，是由空氣動力學家特殊設計的，像飛機翅膀，飛行姿態是可控的。通過改變角度可以像圖19所示那樣：從收回的狀態逐步放出去。通過控制，讓這風箏走8字形。就在這過程中把鋼纜不斷往外拉，從而帶動發電機發電。到鋼纜全部拉完以后，再控制它快速下降，降到低處后再開始這么走8字形。大概就是這么個過程：不用的時候停在低處，然后開始轉圈，一點點上去，到最高了，嘩一下下來，然后再重復。這也是一個很好的創新。

圖19 用風箏發電

我的體會是，探索是創新的前提，我們要努力探索。改進也是創新。不斷改進，再小的改進都是進步。