自從首次使用液壓和氣動技術以來，這些技術不斷發(fā)展以滿足新的應用和行業(yè)需求，并利用各種技術進步。在過去的 75 年里，《Power & Motion》(最初稱為“Applied Hydraulics ”)涵蓋了流體動力行業(yè)為提高性能、能力和滿足客戶需求所做的持續(xù)努力。

當《Applied Hydraulics》第一期于 1948 年 2 月出版時，編輯的信中表示，用于驅動和控制的液壓機構的使用已大幅增長，并且進一步增長的潛力是顯而易見的。在 1958 年 9 月號中，該出版物宣布更名為《Applied Hydraulics & Pneumatics》，以更好地反映其對如何使用流體(無論是空氣還是石油)傳輸能量的報道。正如該期編者按中所述，更名后的出版物認識到壓縮空氣和油的廣泛使用，雖然應用可能不同，但液壓和氣動解決的基本設計問題是相似的，因此能夠為那些使用其中任何一種的人員提供學習機會 技術。

快進到今天，現在液壓和氣動可以在許多市場和應用中找到。流體動力行業(yè)也正在經歷另一場演變，電子與液壓和氣動的集成(在某些情況下取代液壓和氣動)的不斷增加，以實現更高水平的效率、精度和數據收集。

為了更好地了解過去 75 年來液壓和氣動領域發(fā)生的眾多創(chuàng)新，以及對這些技術在未來幾十年的發(fā)展方向的思考，Power & Motion 采訪了流體動力領域的幾位成員。行業(yè)對這個不斷發(fā)展的行業(yè)的看法。

Power & Motion (P&M)：過去 75 年來，液壓和氣動行業(yè)最大的技術變革是什么?

丹佛斯動力解決方案流體靜力學部門總裁 Tony Welter：在我看來，液壓行業(yè)最大的變化是組件和系統(tǒng)效率的驚人提高。許多因素導致了組件效率的提高。第一個是水力學科學的進步。今天，我們更好地了解液壓油如何流經組件、損失發(fā)生在何處以及組件如何相互作用。有限元分析、計算流體動力學和其他工具使我們能夠改進液壓部件的設計、性能和穩(wěn)健性。制造技術的類似進步，如精密加工和精加工以及復雜的型芯鑄件，使得能夠生產更緊湊、更高效的部件。在系統(tǒng)方面，我們已經從低效的固定排量系統(tǒng)發(fā)展到具有先進控制的可變排量負載傳感系統(tǒng)。這些按需系統(tǒng)節(jié)省了大量能源。

Dave Geiger，穆格公司新業(yè)務開拓工程經理：在我看來，提供電子閉環(huán)控制的能力是最大的技術進步。請注意，我們能夠機械地完成它。但現在幾乎一切都在以電子控制的方式運行。

Frank Langro，Festo 北美公司氣動執(zhí)行產品市場管理總監(jiān)：巨大的技術變革是傳感器的小型化及其與氣動設備(包括氣缸)的集成。傳感器帶來有關機器狀態(tài)的信息，而微型傳感器正在集成到氣動設備中并捕獲有關設備的信息。然后可以使用實時數據來修改設備的行為。實際上，該設備變得智能并且能夠對周圍條件做出反應。這距離“砰砰”氣動的時代已經很遠了。

Neal Gigliotti，博世力士樂應用工程經理：過去 75 年里發(fā)生了許多關鍵變化，包括動態(tài)閉環(huán)比例控制閥、數字液壓軸和泵控制器、固態(tài) PLC 技術、現場總線(以太網)的發(fā)明 組件通信、變速伺服電機控制液壓泵、計算機的發(fā)明以及基于計算機的液壓和控制系統(tǒng)仿真的后續(xù)發(fā)展。

Gregg Shanley，汽車和工業(yè)技術營銷經理和 Steve Plumley，The Lee Company 內部銷售運營經理：在過去 75 年里，液壓和氣動行業(yè)幫助迎來了歷史性變革，持續(xù)推動多項技術領域的重大創(chuàng)新 航空航天、汽車、工業(yè)和醫(yī)療領域的應用。根據 The Lee 公司的工程師的說法，我們可以將這些進步分為兩個不同的類別：氣動或液壓系統(tǒng)整體可靠性的提高以及這些系統(tǒng)小型化的總體趨勢。

由于液壓和氣動系統(tǒng)所服務的功能至關重要，因此安全性至關重要，并且不允許出現任何錯誤。消費者已經并將繼續(xù)要求可靠、創(chuàng)新的解決方案來解決他們的問題，同時又不影響功能、形式或安全性。系統(tǒng)已經從龐大而笨重變得小巧而可靠，這使得它們變得更加復雜，但對于普通消費者來說更易于使用、更安全且更具成本效益。

行業(yè)的變化和進步是永無止境的。以防抱死制動系統(tǒng)(ABS)為例。五十年前，駕駛員在緊急停車時手動踩下或猛踩車輛制動器，導致內部液壓系統(tǒng)磨損，從而產生足夠的力來停止車輛?，F在，同一位駕駛員可能正在駕駛一輛配備 ABS 的汽車，ABS 會主動為他們完成這項工作，通過檢測和監(jiān)控每個車輪的轉速，幫助調節(jié)剎車的使用和在潛在危險條件下的操縱。液壓系統(tǒng)現在被用于假肢關節(jié)，幫助患者恢復更自然的活動感覺和日常生活的正常感?，F在，系統(tǒng)可以堆疊成模塊化“包”，能夠在獨立的液壓裝置中執(zhí)行多種功能。例如，就反鏟裝載機而言，這些堆疊式微型系統(tǒng)可以適應提供在同一系統(tǒng)內執(zhí)行新的移動過程(例如挖掘和提升)的功能。

上面的每個例子都標志著一項令人興奮的創(chuàng)新，這些創(chuàng)新在某種程度上幫助改變了過去 75 年來我們與世界互動的方式。我們很自豪能夠繼續(xù)幫助解決獨特的液壓和氣動挑戰(zhàn)。

P&M：在您從事流體動力行業(yè)的職業(yè)生涯中，您看到哪些更令人興奮的進步或進入市場的有趣技術?

Tony Welter，丹佛斯：電液 (EH) 組件和系統(tǒng)的穩(wěn)定增長是我在整個職業(yè)生涯中看到的最有趣的進步之一。液壓與電子和軟件的集成使這些組件變得智能，并使它們能夠完成我們用機械或液壓先導控制無法完成的事情。軟件控制使我們的產品更具可配置性。與硬件配置相比，我們擁有更大的靈活性，這簡化了機器開發(fā)和調試。為了讓機器做我們想要它做的事情，我們不再需要改變硬件，例如線軸。我們可以在幾分鐘內調整軟件參數。

軟件還使我們能夠向機器添加操作員需要數年時間才能掌握的功能，從而顯著提高機器的生產率和安全性。現在，通過傳感器的集成，我們還可以更深入地了解我們的組件在零件級別和系統(tǒng)級別上的工作方式和工作方式。進入這個行業(yè)并看到液壓技術的能力不斷發(fā)展，這確實是一個令人興奮的時刻。

Dave Geiger，穆格：對我來說，職業(yè)生涯中最令人興奮的進步是能夠通過靜液壓傳動設計電動運動控制?？偠灾@意味著電動機向前或向后移動，而我們通過靜液壓傳動裝置向前或向后移動執(zhí)行器。這是令人興奮的，因為該行業(yè)正在向電動化發(fā)展，而我們正在朝這個方向努力。但是，我們仍在使用液壓系統(tǒng)，并且有很大的好處。執(zhí)行驅動的另一種選擇或方式是機電方式。

Frank Langro，Festo：Festo 開發(fā)了兩項突出的進步。第一個是在閥門歧管的氣動側集成串行通信。典型的螺線管是通過閥歧管上的通道內的離散接線或通過具有離散跡線來向螺線管發(fā)出信號的電路板來操作的。Festo 于 2003 年推出 MPA 閥組，率先在閥組的氣動輸出側采用串行通信。串行通信允許將比例閥和傳感器技術安裝在閥組上。這激發(fā)了新的安裝方法。它還可以監(jiān)控歧管并增強控制。

第二個游戲規(guī)則改變者是用于先導閥應用的壓電技術的開發(fā)，該領域傳統(tǒng)上由電磁閥占據。施加電壓時壓電元件會改變形狀。Festo 利用這一原理創(chuàng)建了一種先導配置，使滑閥能夠充當典型的方向控制閥。此外，壓電閥可以通過先導控制來改變功能。相同的物理硬件可以充當 4/2、4/3、3/2 和 2/2 閥門。主閥還可以進行壓力和流量控制。這一令人興奮的發(fā)展為氣缸開辟了多種運動可能性。例如，可以通過閥門實現軟停止，而無需使用外部減震器。

ames Lane，博世力士樂 LETO 工程運營經理：閉環(huán)軸控制。以如此高的精度控制如此大的功率的能力確實開辟了液壓技術的可能應用。

The Lee Company 的 Gregg Shanley 和 Steve Plumley：流體動力行業(yè)開發(fā)了無數技術，幫助創(chuàng)新和改變了現代世界。我們專家職業(yè)生涯中的亮點包括汽車液壓安全功能、動力外骨骼和便攜式液壓手動工具。雖然這些工具服務于各個領域的不同應用，但它們的存在編織了一個相似的主題：流體動力行業(yè)的創(chuàng)新帶來了更便宜、更容易獲得和更可靠的技術。

我們可以在汽車行業(yè)看到這一點，消費者可以通過液壓和氣動動力獲得新的安全特性和增強的功能。穩(wěn)定性和牽引力控制、主動車輛懸架控制和防抱死制動系統(tǒng)等功能使汽車變得更加復雜，但駕駛起來更安全。當汽車在操縱時能夠感知到向每個車輪提供的正確扭矩(或使用 GPS 自動改變車輛高度以預測減速帶等情況)時，普通駕駛員能夠更好地保持控制。

在汽車領域之外，令人興奮的進步不斷取得。動力外骨骼可作為人體的延伸用于各種應用，以減少疲勞或增強力量或運動范圍以完成任務。液壓工業(yè)工具(例如電池供電的切割和壓接工具)現在是手持式的，可以輕松地從一個地點移動到另一個地點。有些甚至可以遠程訪問，允許用戶從安全距離控制該工具。隨著流體動力行業(yè)在整個技術堆棧中不斷開發(fā)新的進步，這些令人興奮的工具無疑將繼續(xù)在全面的安全保護傘下提供日益增強的功能。

P&M：您認為有哪些技術或趨勢會影響液壓和氣動系統(tǒng)，但從未真正流行起來?

Tony Welter，丹佛斯：就我個人而言，我認為電動液壓系統(tǒng)的采用將會更快，而且我們會看到比今天更大比例的 EH 系統(tǒng)。反思為什么我們沒有看到更快的采用，我認為這可以歸結為風險規(guī)避。軟件和電子設備非常復雜，惡劣環(huán)境下的電子設備可靠性長期以來一直受到質疑。EH 組件和系統(tǒng)的維護和修理對于許多人來說也是新領域。好消息是，自從推出第一個電動液壓組件以來，我們已經取得了長足的進步。我們的許多電子元件現在都具有專為嚴酷的非公路環(huán)境而設計的入口保護和振動等級。隨著 EH 組件變得普遍并且具有診斷功能，維護也變得更加常規(guī)。

能源回收是另一個起步緩慢的領域。我們看到了許多在液壓系統(tǒng)中捕獲能量的機會，從降低機器負載或回轉減速。但能量回收設備增加了機器的成本和復雜性，而且價值主張高度依賴于機器的工作循環(huán)。例如，如果我們看一下挖掘機，為房屋挖掘地基的建筑公司不會獲得與不斷運行機器的采石場操作員相同的好處。這實際上取決于 OEM 是否看到了其價值，以及將技術作為標準或可選功能進行投資是否經濟。我們確實看到了能量回收的機會，特別是當我們考慮新的機器架構時。

Dave Geiger，穆格：當我還是一名年輕工程師時，我記得我的第一個雇主，大約是 1998 年。公司創(chuàng)始人帶我去看他制造的第一臺機器——一臺機電高速注塑機，建在 20世紀50年代。他說：“這臺機器很有趣，因為我們有這樣的機電機器，雖然出現了很多故障，但我們還是制造了很多這樣的機器。”然后，這種奇妙的閉環(huán)液壓技術徹底改變了機械行業(yè)。

現在正在發(fā)生的事情是，機電有了新的推動，但電液也有很多優(yōu)點。那么，為什么該行業(yè)要放棄液壓呢?原因是清潔和效率。這讓我們遠離了液壓系統(tǒng)，我對液壓系統(tǒng)徹底崩潰感到非常失望。許多機電技術正在取代液壓技術，但現在我們開始看到液壓技術隨著電流靜壓驅動而卷土重來。EHA 能夠提高效率并清理機器和泄漏，因為您不再需要傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)所擁有的管道和管道。

Frank Langro，Festo：有些趨勢需要時間才能被接受。2000 年代初，Festo 開發(fā)了氣動監(jiān)控系統(tǒng)。它從未成功，部分原因是捕獲和分析數據需要額外的硬件。如今，隨著大量數據傳輸到云端，氣動系統(tǒng)的監(jiān)控變得更加普遍。這表明某些事態(tài)的發(fā)展可能只是時間問題。

Neal Gigliotti，博世力士樂：10 年前，伺服電機控制的液壓泵迅速取代了塑料注塑機械中幾乎所有傳統(tǒng)的電機泵驅動裝置，但在其他行業(yè)中的接受速度卻很慢。

The Lee Company 的 Gregg Shanley 和 Steve Plumley：雖然液壓和氣動技術趨勢受到行業(yè)內部和外部的多種因素的影響，但某些行業(yè)向全電動化的步伐比最初預測的要慢 。據 The Lee 公司的工程師介紹，電力與液壓動力的爭論已經持續(xù)了很長時間，尤其是在那些遵守安全規(guī)則和法規(guī)至關重要的行業(yè)。

以航空航天業(yè)為例：雖然現代飛機的個別系統(tǒng)的某些部分確實正在從純液壓轉向電力驅動，但這種變化發(fā)生得相當緩慢。這在很大程度上是由于需要檢查、平衡和冗余，以確保每個組件或系統(tǒng)的可靠和持續(xù)的性能。使用電力時，通常需要備用液壓冗余來確保飛機的關鍵部件(例如起落架、襟翼或其他所需的飛行控制裝置)按預期工作 - 即使突然斷電也是如此?？紤]到即使對飛機設計進行微小的調整也會影響船上人員的固有安全，這種更緩慢、更謹慎的變革方法就顯得更加重要。

對于可能沒有與航空航天業(yè)相同安全要求的其他行業(yè)來說，這種轉變的速度有所不同。然而，純電力系統(tǒng)的全面采用尚未發(fā)生。盡管變革的步伐可能沒有最初預測的那么快，但隨著流體動力行業(yè)不斷尋找創(chuàng)新方法來改變我們執(zhí)行某些類型工作的方式，這些對話肯定會持續(xù)下去。

P&M：您認為未來 75 年的液壓和氣動技術將會怎樣?

Tony Welter，丹佛斯：很明顯，未來幾年液壓系統(tǒng)將受到電氣系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。我們不應該擔心威脅，而應該將其視為機遇。我們可以并將在未來幾年繼續(xù)利用液壓技術的優(yōu)勢，特別是在我們提高液壓效率的情況下。在組件級別上，我們在某種程度上耗盡了物理知識，但系統(tǒng)效率和新架構有可能顯著提高。

我們還看到我們的解決方案與車輛及其生態(tài)系統(tǒng)更加集成，以目前不具備的方式與機器的原動機進行交互。已經投入使用的一個例子是丹佛斯的最佳點控制軟件，它將發(fā)動機映射到所需的性能，使我們能夠找到最有效的操作空間。我認為我們將看到液壓系統(tǒng)與動力系統(tǒng)的更深入集成，而不僅僅是在柴油機上。在電動汽車上，液壓系統(tǒng)在功率密度和可靠性方面仍然有很多優(yōu)勢，我們將看到利用這些優(yōu)勢的新架構。液壓和電氣可以協(xié)同工作，為應用和客戶提供整體最佳解決方案。

很難預測 75 年后的世界會是什么樣子。但當我們審視當今的市場時，我們仍然看到液壓系統(tǒng)有大量的增長機會。我們尚未達到液壓峰值，我很高興看到新架構、更高集成度、更高效率和能源回收中出現的機會。

Dave Geiger，穆格：我相信我們將看到液壓技術通過采用電流靜壓驅動(EHA)開始奪回市場。不是機電的，傳動部分都是液壓的。

Frank Langro，Festo：我認為便攜性和小型化將會繼續(xù)下去。便攜性和小型化將導致自動化在傳統(tǒng)工業(yè)環(huán)境之外使用。便攜式壓縮空氣系統(tǒng)將使氣動裝置的部署無需壓縮機和壓縮空氣管道系統(tǒng)的大量開銷。這將刺激使用點氣動的新應用。例如，壓電技術現在在便攜式氧氣設備中運行，可以延長電池壽命。在農業(yè)領域，正在開發(fā)帶有氣動自適應夾具的自引導移動設備來收獲軟農產品。

博世力士樂工程系統(tǒng)和解決方案主管 Jon Frey：與過去幾十年內燃機的情況一樣，電子、液壓和軟件的持續(xù)結合可能會成為下一個更大里程碑的發(fā)生。在那些應用、市場和環(huán)境中，電氣將繼續(xù)取代液壓，在這些應用、市場和環(huán)境中，液壓緊湊性、靈活性、減震和功率密度的全部優(yōu)勢并不是客戶的主要痛點解決方案或 USP。對組件、系統(tǒng)和硬件“健康狀況”的監(jiān)控將繼續(xù)增加，以實現預防性和預測性服務目標。在可預見的未來，液壓技術仍將保持重要地位。單一的替代技術并不能輕易否認加壓流體可以實現的目標。

The Lee Company 的 Gregg Shanley 和 Steve Plumley：我們的工程師預測，該行業(yè)將繼續(xù)關注混合動力系統(tǒng)和遠程控制液壓系統(tǒng)。

根據我們的工程師的說法，液壓系統(tǒng)將始終以某種形式存在，因為它們本質上是一種節(jié)能的工作方式。然而，如果未來電力系統(tǒng)比液壓系統(tǒng)更具成本效益和能源效率，趨勢可能會轉向更比例的趨勢。隨著我們走向平衡的未來，系統(tǒng)將繼續(xù)組合并變得更加復雜。例如，您可能會看到一個在小型液壓裝置上遠程完成工作的系統(tǒng)，其中控制該系統(tǒng)的信號以電子方式發(fā)送(例如，通過無線電信號)。該裝置可以做得非常節(jié)能，并且其較小的相對尺寸和重量可以降低消費者的成本。

遠程控制液壓設備的最終增加也可能與工業(yè)和倉庫應用特別相關，使企業(yè)能夠超越正常容量以提高效率。例如，我們未來可能會看到更多小型化和遠程控制的叉車被使用，它們可以執(zhí)行普通尺寸叉車的所有工作(但可能需要更少的人工干預)。

雖然上述工具今天可能已經以某種形式存在，但 Lee 公司的工程師預測，這些類型的液壓和氣動技術只會繼續(xù)變得更加可靠、高效，并且可供普通用戶使用。為了在市場上保持競爭力，公司必須不斷將自己的產品與競爭對手的產品區(qū)分開來——無論是通過提高產品的安全性和可靠性、降低客戶的成本，還是開發(fā)一些其他有利于最終消費者的獨特功能 以可測量的方式。此過程通常會產生更好的產品，并通過液壓和氣動系統(tǒng)實現增強的功能。