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摘要：在工业4.0的背景下，制造业面临转型升级，液压传动技术将发生变革。本文对比分析了液压传动技术从传统走向现代过程中各阶段的特点，指出现代液压技术无论在理论研究还是工程应用方面都应突破传统发展模式，与现代科技深度融合。从运用智能材料、创新结构设计、引入先进制造技术、拓展新应用领域等方面综述了现时期液压技术在一些典型领域的研究和应用现状。结合新型工业化的特征及现代液压技术目前存在的问题探讨了其未来发展趋势，为工业4.0时代液压技术的转型升级、创新发展提供了思路。
关键词：液压技术；智能材料；3D打印；仿生机器人；穿戴机械；
1现代液压技术的新特点
随着现代科技的飞速发展，特别是先进制造技术与信息技术的深度融合，上述特点也在一定程度上制约着液压传动技术走向现代化。事实上，液压传动技术正努力朝着节能、紧凑、便携、清洁等方向发展。
此外，值得一提的是，节能降耗是人类社会和工业化发展历程中永恒的追求目标，而低能效作为液压传动技术的致命弱点一直制约其发展和应用。因此，无论传统还是现代液压传动技术，追求节能的步伐从来就没有停止过。
2液压传动与新设计制造技术的融合
2.1智能材料的应用
（1）压电材料
压电材料（PiezoelectricMaterial）是近年来发展起来的一种新型微位移驱动材料，具有响应快、输出力大、功耗低等优点，可用于制造各类液压阀驱动器。然而，由于压电材料应变通常为10量级，无法直接驱动液压阀芯，通常需采用多片堆叠或位移放大机构来驱动阀芯。图1所示为采用压电材料驱动的直驱式伺服阀，通过设计柔性梁位移放大机构该伺服阀获得了良好的性能，实验测得阀芯最大位移为0.35mm，工作频宽可达800Hz。对于双级伺服阀，其先导级驱动器可采用环形压电材料替代传统的力矩马达，从而使先导阀小型化。图2为液压伺服阀行业的领跑者Moog公司联合Bath大学研究人员共同开发的压电材料驱动式双级伺服阀原理图。
图1采用压电材料驱动的直驱式伺服阀
图2采用压电环驱动的先导式伺服阀
此外，基于压电陶瓷驱动的微小型液压泵近年来也开始受到关注，以其质量轻、结构简单、功耗低、无电磁干扰等优点在航空航天、微机电系统等工程领域得到了越来越多的应用。
（2）超磁致伸缩材料
超磁致伸缩材料（GiantMagnetostrictiveMaterial，GMM）是近年来广泛应用的另一种新型功能材料。超磁致伸缩传感器就是典型的应用之一。在液压领域，GMM材料目前主要被研究者用于开发高响应执行器作为电机械转换器替代传统力反馈伺服阀的力矩马达。由于GMM材料具有响应快、精度高、输出力大等优点，将其应用于伺服阀中可有效提高阀的动态性能。国外相关研究开展得比较早，主要以日本、德国研究者居多[16]。国内的研究者中，王传礼等[17-19]长期致力于GMM伺服阀的研究，先后研制了基于GMM驱动器的直动式、喷嘴挡板式、两级式电液伺服阀，并对其控制特性进行了测试（图3）。
图3超磁致伸缩电液伺服阀结构图
2.2新设计与新结构
（1）轻量化
液压传动技术大量应用于移动机械上，因此针对特定应用场合的液压元件轻量化设计也显得尤为重要。液压缸作为直线运动执行器，其质量占液压系统总质量比重最大，因此研究人员尝试采用碳纤维增强塑料等复合材料制作液压缸缸筒，对于压力等级为38MPa的液压缸采用新材料比传统钢材制作成品质量轻60%以上。同理，采用CFRP材料也可进行皮囊式蓄能器的轻量化设计，对于容积为10L的蓄能器，其质量可减轻57%。而液压系统中大量使用的阀块也可以实现轻量化，借助激光成型技术制成的合金铝阀块（15cm×13cm×10cm）质量较传统阀块轻82%。
（2）新设计
液压元器件的标准化为设计制造和工程应用带来了极大便利，然而随着应用领域的不断扩展以及应用对象呈现出越来越多的特殊性和差异化，液压元件也不断出现了满足多样化应用需求的新设计。例如，大型水坝闸门提升用液压缸，行程超长且须抗腐蚀，采用传统设计方法难以达到性能要求，因为其表面需采用陶瓷涂层进行处理，而密封也必须采用新结构形式。因此，“量体裁衣”式的个性化设计是解决液压传动技术在新环境和新工况下所面临问题的有效手段。
（3）新概念
产品和技术的更新换代往往从提出新概念开始，现代液压技术也不例外。为了使液压系统采用更环保的介质，有研究者提出了如图6所示的聚甲醛塑料液压泵，不仅可以采用对环境无污染的水作为介质，而且其零部件能借助注塑的方法制造，简便低廉。为了提高传统螺杆泵的极限工作压力。
2.3引入先进制造技术
液压传动技术的进步与先进制造技术密不可分。液压元件内部通常具有复杂的腔道供油液流通，对传统制造方法而言，流道结构越复杂制造难度越大，生产周期越长。当前热门的3D打印技术为此类难题提供了非常好的解决方案，有望对传统液压元件制造技术和生产模式产生巨大冲击。然而，此项技术本身并未发展成熟，在液压领域的应用更未开展。国际上目前公开报道的案例只有Moog公司和Bath大学合作研制双级压电阀时阀体采用了3D打印技术，但并未透露所打印结构的机械性能。
3现代液压技术发展趋势
（1）继续应用材料科学技术进步的最新成果，攻克新材料、新工艺在液压技术应用中的关键技术。研制智能材料液压元件设计新理论和新方法，完善3D打印等先进制造手段在液压技术中的应用研究。
（2）环保是液压技术追求的目标之一。随着全人类环保意识的不断增强，液压油对环境的不利影响也日益凸显。研制对环境无污染、易降解的生物液压介质一直以来都是业界追求的目标，相关的工作仍然在继续。
（3）充分挖掘液压传动技术功率密度高的潜力，通过紧凑化和轻量化设计使其在与电机驱动的市场竞争中立于不败之地。
（4）人工智能是未来改变世界的颠覆性技术之一，液压技术与人工智能的深度融合也是时代发展的必然要求。插上“智能”的翅膀，现代液压技术将会走得更高、更远。
结论
液压传动技术历经数百年的发展，见证了多次工业革命进程，逐步更新换代至今已取得了巨大的进步，呈现出诸多现代特征。随着近年来信息化与制造业的深度融合，一种以智能制造为主导的新工业革命———工业4.0已经形成。在制造业面临深刻变革的背景下，现代液压传动技术应充分发挥自身优势，扬长避短，在多学科交叉理论研究、先进设计制造理念探索以及工程应用领域创新等方面砥砺前行，开发与时俱进的液压技术与产品。同时，只有紧跟时代步伐，运用现代信息技术“武装”自身，才能确保在动力传动领域的市场竞争中立于不败之地。
参考文献：
[1]蒋国平.从机电一体化看液压技术的新发展[J].中国机械工程，1992（01）：49.
[2]许仰曾.我国液压工业与技术的发展现状与展望的战略思考[J].液压气动与密封，2010，30（08）：1-5.
[3]JosefKraus.现代液压技术的新发展[J].现代制造，2005（28）：52+54.