可调式密封圈（洪格尔）

图1是洪格尔公司提出的可调式密封圈，本人第一次见到，觉得很新奇。我刚才才了解到，这其实不是新发明，十年前就有了。还听说在中国至今还没有卖出一个，觉得十分可惜。它是怎么工作的呢？密封圈是靠预压紧它的唇边，保证密封，在活塞杆往复运动的时候把油封住的。但是运行时间一长，磨损以后，密封唇边的压力就会降低，低到一定程度就会失去密封的效能。洪格尔公司的发明在于把这个密封圈做成空心的，里面灌了润滑脂，然后这里装了一个接点。如果发现它不密封了，通过这个接点增加一些润滑脂，那么又会重新得到密封压力。其实原理非常好理解，一说大家都懂，关键是他们发明出来了。在汉诺威展览会上洪格尔公司做了演示：液压缸往复运动，看到有泄漏了，就在这里增加一点压力，马上泄漏就没有了，效果非常明显。洪格尔公司2014、2015年PTC的展台也有展出，相信大家已看到。

 图1 可调型密封圈（洪格尔）

这么一个小小的发明，所创造的价值是非常高的。大家知道，液压缸一般有三组密封。端盖和缸体间，是静密封，一般不太会坏。另外两组是动密封，一组是在活塞上的，另一组是在活塞杆上的。活塞做往复运动，但两边都是油，只要油液不是太脏，活塞密封的工作环境还是比较好的。工作环境最恶劣的是活塞杆密封，因为外界的杂质可能通过防尘圈进来。另外，如果活塞杆磨损了，也会造成密封件的损坏。如果漏油了，要换，就必须拆，要把活塞杆完全抽出来，然后才可能换。如果一个大的液压缸活塞杆密封漏了，想换，怎么换？怎么把活塞杆抽出来，恐怕没有起重机不行。如果是4、5万吨的压机，液压缸要换密封圈，我都不知道怎么换，要花多少时间。这种压机一个小时的工价就要至少几万元。船用打桩机的液压缸长度大概是20米左右，怎么换，一般没有上千吨的起重机可能没法换。所以你不要看这个发明的成本很低，但它创造的价值还是很高的。如果换一下密封圈要花几百万元，顾客当然愿意花几十万元来买这个密封圈，可惜在中国还没有用。有日本公司请洪格尔公司造了一个液压缸，行程20米，自重200吨，上面就用了这个可调性密封圈，而且是全自动的。自动检测，如果检测到密封漏油了，它会自动加压。

防尘圈（洪格尔）

在汉诺威展会上还看到洪格尔公司一个防尘圈的演示做得非常好，我特地拍了一段录像。活塞杆背后是冷冻器，所以过几分钟后，活塞杆上就结了一层冰（图2）。用这个防尘圈，活塞杆一个往复，就干干净净。整个展会期间，每几分钟一个往复，用此证明防尘圈质量过硬。

图2 可调型密封圈（洪格尔）

二维码（力士乐）

力士乐说，作为迈向工业革命4.0的努力，它的所有产品上现在开始都会加二维码。你一扫，就可以把产品的特性数据或易耗件的信息读到你的手机里。

液压缸上也都有这个码，一扫以后，把这个基本类型读进去了，然后你就可以输入你需要的活塞杆直径、活塞直径、行程长度等等数据，完成以后，那边全部到它工业4.0的那套管理系统去，可以做到15天交货。想想吧，前几年，力士乐泵的交货期曾长达75个星期，现在利用网络，可以高度灵活，实现低成本的个性化定制。

油液状况传感器

在这次展会上还看到派克公司新推出的油液状况传感器（图3）。油液状况传感器在欧美的应用已经越来越多，特别是由于风力发电机需求的推动。通过它可以监测到油液的黏度、相对湿度、导电率、介电常数等等。我们都是搞液压的，都知道液压油工作一阵要换。但应该多长时间换一次呢？其实，按时间换油的规定是不科学的，因为实际工作情况、环境不同，油液的老化情况也不同。而且液压油也很昂贵，所以在欧美，越来越多地使用油液状况传感器。比如说，根据黏度变化。使用过程中，油液的黏度逐步下降，降到一定程度，然后换。这样才比较合理，既能保证性能，又省钱还环保。

图3 油液状况监测

光学条纹位置传感

MTS公司早就推出了液压缸用的磁致伸缩位置传感器。可以随着活塞的运动，测出活塞的位置，输出电信号，可以达到微米级的精度。那么有没有其他办法呢？这次看到一种新的，光学条纹电子传感器。光栅，大家知道，可以精确地测出位置。但普通光栅有一个很大的局限性，它给出的是相对位移，相对于原来位置变化了多少。所以，一旦停电，数据丢失了，就不知道在什么位置了。因此，重新启动以后，必须回到某一个零位，校对一下，再从这里开始重新确定位置。派克公司新推出了一种的用于液压缸的光学条纹传感器（图4）：活塞杆上面刻了很多粗细间距不一的条纹，在端盖两边各装了一个位置错开的光学传感器，监测条纹的变动。条纹的宽窄是有讲究的。现在位置分辨率已经达到0.1mm，对于一般应用来说已经够了。

图4 光学条纹位置传感（派克公司）

碳纤维油缸和蓄能器（派克）

碳纤维油缸2013年就有了，在这次汉诺威展会上派克公司展出了三个不同的碳纤维油缸。碳纤维油缸的接头部分要有连接螺纹，这个还没有办法用碳纤维制造，所以还是用金属。碳纤维和金属接头的连接部分比较粗。在今年展出的就不那么粗了。说明缠绕技术改进了。碳纤维的重量只有钢的三分之一，当然铝也只有钢的三分之一，但铝不耐腐蚀，碳纤维耐腐蚀，抗拉强度非常高。对于航空航天领域，元件重量以克来评价的，采用碳纤维就非常有价值了。派克展出的活塞杆还是金属的。这次汉臣在PTC也有展馆，但碳纤维的没拿来展出。汉臣在汉诺威展会上展出了，说通过改进缠绕技术，提高了刚性，现在活塞杆都能用碳纤维做了，整体的活塞杆和活塞全部是碳纤维的。活塞杆由于比较细，很容易失稳折弯，通过改进缠绕技术，提高了刚性，不易折弯。

这次展会上还看到派克使用碳纤维制造的蓄能器，重量大大减轻了。现在，蓄能器在节能上起很大的作用，混合型汽车等都需要。当然要考虑重量，那么采用碳纤维就很有利。

缓冲油缸（贺德克）

贺德克公司在汉诺威展会展出了缓冲油缸。图5是前几年搞的，有杆腔通大气，无杆腔有油，连到蓄能器，扩大了它的缓冲范围。这次，他们又提出新的改进（图6），把蓄能器省掉了。无杆腔直接是气。端盖上连了一个小的蓄能器，里面藏了一点点油。端盖里，两边是密封，当中是导向，这里面有油。活塞杆进出时，始终能接触到一点油，这就够润滑了。这样，减重25%，需油极少，安装方便。

图5 缓冲油缸             图6 缓冲气油缸

过滤器（雅歌辉托斯）

在展会上还看到一个新的双联高压过滤器（图7），雅歌辉托斯做的，在本届PTC也展出了。它的特点是可以不间断工作地更换滤芯。如果一个滤芯拦截了很多污染物，两侧的压差超了，可以用手柄切换，让另一个滤芯工作。这个其实并不新，以前就有。但是切换手柄需要很大的力，因为是高压。雅歌辉托斯通过特殊设计，切换的阀变成套筒转阀形式，不承受压力，所以可以很轻松的扳过来。扳过来以后，这边完全卸荷，就可以轻松地把这个外壳卸下来，更换滤芯。

图7 双联过滤器

液压泵（力士乐）

在汉诺威展会上力士乐展出了一个电调制泵（图8）。有一个传感器监测斜盘的摆角，把信号传到控制器，控制器再给出控制信号到变量机构，控制斜盘摆角。这么一来，不管是恒功率、恒压还是负载敏感控制，都可以通过区域总线或者预先设置在里面。然后根据指令信号，就可以实现所需要的功能。这里的难点是频响问题，电控变量机构的频响是否足够高。它既然展出了，我想大概是已经解决了。

图8 电调制泵

双作用叶片泵，由于作用力平衡，泵轴上既没有轴向力，也没有径向力。力士乐干脆把联轴器取消了（图9）。在伺服电机的转子中打了一个孔，把泵轴直接插进去。体积缩小了、材料节省了、成本降低了，性能也更好了。

图9 无联轴器的双联叶片泵

力士乐的A4V泵属于重型泵，这次展会上宣称，A4VHO型的最高工作压力已经达到630bar了。

电液作动器

这次展会上看到电液作动器非常热门。电液作动器，又被称为自治缸，电机、泵、油箱、液压缸一体化了，只要接上电源，给个位置、速度指令就可以工作了。

图10的这套东西韦伯液压推出的，是用于控制一个车辆的转向前桥。液压缸也就是利用这套装置驱动的。这里给电信号，然后变速电机驱动泵，供应油液给液压缸，全部电控。

图10 卡车前桥用电液作动器

福伊特公司2013年就推出了它的电液作动器，据说它的电液作动器可以多种安装形式，非常灵活。这一个是带蓄能器的。没有油箱，就用蓄能器。这里是电机、泵、然后一些控制阀，最后液压缸。

汉斯（HAINZL）公司展出的电液作动器使用了两个活塞式蓄能器。液压缸比较大，可能出力也相当高。

图11是布赫公司展出的电液作动器，也全在里面了。电线从这里进去，控制阀在这里。据说已经用在注塑机上了。

图11 注塑机用电液作动器

力士乐2013年就展出了一套电液作动器，上面写着25吨。电机、泵、然后是油箱、阀等杂七杂八都在这里面，这次展出的更精简了。泵、电机，稍微有几个阀，驱动力可以达到40吨。现在力士乐已经可以提供大小多种型号，推力从500～2500kN(也就是250吨），速度最高可以到1000mm/s，行程最大可以到1800mm，还可以带位置、压力或者力控制。

这些电液作动器用的是差动液压缸闭式回路，关键是差动缸两边面积不同，进入排出的流量就不同。其实它的回路并不神秘。往往是用双联泵，一个泵和液压缸相连，还有一个泵与蓄能器或油箱相连，多余的油就通过这个泵到蓄能器去。图12是一种全闭式的回路。图13是半闭式的回路。部分循环，部分多余的油回油箱。注意，这些阀主要起安全作用，平时基本不工作。因为主回路上没有任何阀，所以非常节能。

图12 全封闭型电液作动器回路

图13 半封闭型电液作动器回路

图14是全开式的，一个泵马达与无杆腔相连，另一个泵马达与有杆腔相连，这是调速电机，这样就全解决了。

图14 全开式电液作动器回路

四象限回路可回收能量

图15是力士乐推出的所谓四象限回路，可以回收能量。一个普通的液压缸，两腔分别和一个双联泵相连。在工作的时候，即使有负负载（外加的载荷）驱动液压缸动，也可以通过电机把能量回收。因此，可以四象限动作。力士乐的展板说，使用传统回路，如果从电网输入的能量算作100%的话，电机要损失大概12%，液压泵总效率86%，也是损失12%。使用普通阀控回路，在阀处损失的能量可能要达到40%～60%，所以，最后真正有用功可能只有电网输入的16%～30%。那么采用刚才所说的这种容积回路呢，电机还是有这些损失，泵也还有损失，个别阀还有些损失，但小得多，有用功可以达到70%，能效大大提高。

图15 四象限回路

 差动缸闭式回路（力士乐）

这次回国之前，在杂志上看到力士乐新提出一个回路（图16）：用两个差动缸组成了闭式回路，四个二位二通阀，轮流开通，也可以完成所有工况。所谓液压缸的闭合回路，就是在里面循环的油不再直接和空气接触了，这样可以避免油液被氧化，也可以避免带入气泡。我后来仔细分析了一下，确实可动作，就是这些阀轮流开启，甚至还可以回收能量。

图16 差动缸闭式回路

波浪发电

这次我到亚琛工大流体技术研究所去，看到人家委托他们测试的一套东西（图17），液压缸大约2米长。我问穆任霍夫教授：这个有什么新鲜的吗？他说这是1:10的模型，也就是说，真正的液压缸要2米长。用于波浪发电。各位如果见过海啸的录像，就可以体会到，因为水的密度比空气高得多，波浪里面含有的能量会远超过风，所以，波浪发电可以取得的能量也会远超过风力发电。欧共体在苏格兰海岸设立了一个试验场，专门试验波浪发电。

图17 模拟潮汐发电试验装置

风力发电机用的泵

讲到风力发电，不知道各位看到的最大的泵功率是多大。我算了一下，力士乐的500排量的泵，在300bar时，才是250kW。图18中的泵也是轴向泵，1600kW，日本三菱重工做的。有一个2700kW的泵已经在苏格兰海岸在实验了，目前三菱重工正在制作一个7000kW的泵，那肯定还要大得多。

图18 风力发电用液压泵

风筝发电

最后还要提一下利用风筝发电，这次汉诺威展会上有一个公司在介绍。其实，越高的地方风越大，这就是为什么现在风力发电机要拼命造得高。但是从地面上造，越往上越不容易造。现在2MW的水平轴发电机，已经要达到150米左右的高度，光是安装费用就要好几百万元。而用风筝就很容易到3、5百米的高空。这个公司说：他们20kW的样机去年已经试验成功了，今年正在准备200kW的样机。他们的风筝不是普通的风筝，是由空气动力学家特殊设计的，像飞机翅膀，飞行姿态是可控的。通过改变角度可以像图19所示那样：从收回的状态逐步放出去。通过控制，让这风筝走8字形。就在这过程中把钢缆不断往外拉，从而带动发电机发电。到钢缆全部拉完以后，再控制它快速下降，降到低处后再开始这么走8字形。大概就是这么个过程：不用的时候停在低处，然后开始转圈，一点点上去，到最高了，哗一下下来，然后再重复。这也是一个很好的创新。

图19 用风筝发电

我的体会是，探索是创新的前提，我们要努力探索。改进也是创新。不断改进，再小的改进都是进步。