碳纤维轻量化液压油缸的应用优势

  大出力、高功重比是液压传动系统相较于其他传动的最主要优势。当下在电机功重比日益提升的严峻挑战下,进一步提升液压传动的功重比迫在眉睫。在保持原有输出性能的前提下,减轻液压元件重量是进一步提高液压元件功重比的主要解决途径之一。

  在使用液压系统的高端移动装备中,液压缸是液压系统中随主机设备运动的重量占比最大的元件,是最具轻量化潜力的关键元件。

  1、在航空工业方面,飞机重量每减轻1%,性能提高3%~5%,且能减少燃油消耗,延长续航时间,增强可操控性,提升载重量,减少运营成本。液压缸是飞机液压系统的重要组成部分。尤其是针对未来多电飞机发展方向所使用的电静液执行器,液压缸约占整个作动器重量的50%,液压缸减重所带来的性能提升更加显著与迫切。

  2、在工程机械方面,如长臂架泵车,重量每减轻1%,可实现油耗降低0.6%~1%,上臂减少1kg,下盘就可减少2kg。这不仅有利于减小倾翻力矩,提升灵活性,使泵送高度更高,泵送半径更大,还可减轻下车配重,进而提高机动性、燃油经济性。上臂的臂架利用轻质复合材料制造以后,驱动臂架运动的液压缸成为最需减重的部件,减重需求相当迫切。再如,装有液压缸的挖掘机臂上,液压缸减重可有效提升挖掘机臂的移动速度,扩大铲斗容量,从而提升挖掘机工作效率。在升降工作台、行车、龙门式起重机设备上,液压缸减重可提升装备的承载能力和机动性能,同时为节能减排做出贡献。

  3、在液压驱动机器人方面,HYDROD机器人的关节驱动有16个液压缸,液压系统占总重的30%,约38kg。如果减轻液压缸的重量,无疑会极大地提升机器人的动态性能、续航能力。采用复合材料制造液压缸,预计可减重28kg,减重比例高达73.68%。

  4、在高频试验机方面,由于阀控液压缸所具备的高频性能,广泛应用液压缸作为激励源,对液压缸运动频率要求高。日前金属材质的液压缸,运动部件重,其固有频率低可,进而造成机构响应慢。在现有基础上若想进一步提升试验机振动频率,就需要减少动载,映射到液压缸上即减少活塞及活塞杆等运动部件的质量,所以液压缸轻量化极大地有利于高频试验机性能提升。

  5、在高空作业装备方面,对于高压带电清扫机械臂可,轻量化关节驱动液压缸可提升有效工作范围和兼容更多规格的被清扫对象。

  6、在便携装备方面,对于移动的手持压裂和冲击设备,轻量化液压缸可减轻工人劳动强度,提高工作效率0。用于建筑工地打桩的液压缸,工作压力在70MP,常规钢制液压缸重量大,对液压缸科学减重可节省动力,提升工作效率,提高打桩设备和液压系统的经济性。对于军工快速抢修移动装备,液压缸轻量化可提升装备的快速机动性,提升迅速投入战斗的能力。

  7、在海洋休闲和竞赛方面,轻量化复合材料液压缸可大幅度提升赛艇的运动性能。在2010年环英国和爱尔兰七星杯Open60级帆船赛中,装备Parker轻量化复合材料倾斜龙骨液压缸的ArtemisⅡ赛艇创造了新记录。

  综上所述,液压缸科学减重不仅可以降低装备的重量、降低原动机功率,提高装备的机动性能、承载能力和续航能力,还能实现节能减排口,为国家碳达峰和碳中和做出贡献,是工程机械、机器人、航空航天领域急需突破的关键基础元件技术,直接服务于“中国制造2025强国战略”和“大飞机专项”等国家重大计划,具有突出意义。所形成的共性关键技术可辐射应用于海工装备、能源装备、矿山机械等领域,具有巨大的经济效益与环保效益。