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技术研究报告-挖掘机成套液压系统及主件

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-01-13  浏览次数:363
 一、项目研究的意义

目前,我国农业、水利、能源、交通、信息、建筑、环保等产业的发展较快,为此需要大量机械装备以满足其发展的需要。随着工业化和自动化水平的提高,这些装备需要配套大量的高性能和高可靠性的液压元器件。初步测算,预计到2013年国内对液压、液力、气动、密封产品需求总额,将由2011年的200亿元(其中进口约9亿美元,出口近3亿美元)增至约350亿元(其中进口约15亿美元,出口约5亿美元)。其中,液压产品由100多亿元增至200亿元,液力产品由10多亿元增至20多亿元,气动产品由近30亿元增至50多亿元,密封产品由30多亿元增至70亿元。13696395652

2007年以来,公司以液压挖掘机配套用液压系统及液压主件研发为主导方向,引进了德藉华裔博士钟默先生主持对液压系统及液压件科研项目的攻关,同时聘请了陈蕴博院士、谭建荣院士、迟麦尔先生为液压系统及液压件技术创新团队带头人,另外有来自德国、日本、法国、瑞典等国外专家29人,形成了一支专业性强、综合素质高的创新团队。本团队采用了国际领先的新技术、新工艺、新材料,对液压系统及液压主件开展了全面系统的研究,将液压系统及液压主件研究水平提高到了国际领先地位,这在我国液压领域中具有开创性意义。

项目的建设可进一步优化企业产品结构,增强企业发展后劲和市场竞争力,可扩大下岗职工再就业机会,并为社会创造极大的社会效益:

1、有利于提高地区产业集中度,发挥区域产业优势,推进新型工业化发展的进程,扩大和完善工业产品配件产业链,提高地方经济发展水平。

2、在拉动内需及扩大就业方面产生很大的投资效应,有利于缓解当地紧张的就业形势,提高当地居民收入,促进社会稳定。

3、液压控制系统及液压主件是工程机械主机的核心系统,也是一直制约我国工程机械整体水平的主要因素之一,该液压系统及液压主件的生产能提高工程机械液压系统的国产化率,摆脱了一些主机引进要求基础件配套进口的现状,打破国外液压件一统江山的局面。

4、由于解决了变速箱、耦合器、驱动桥和转向桥、多路阀等关键件的生产,我国的装载机、叉车已经抵御了国际品牌的进入,而且开始大批量地销售到国际市场。只要我们的国内的高端液压件起来了,我们的主机成本大大降低,必将带动大批挖掘机、滑移式装载机、路面机械、混凝土机械、桩工机械、煤矿机械出口到国外,在非洲、东南亚等国际市场我们的主机就可以完全和国外的工程机械巨头同台竞争了。

二、国内外研究现状

1、国外液压系统及液压主件技术发展现状

目前国外液压系统及液压主件企业大多数都生产历史悠久,技术成熟、供应充足,生产集中度高,品牌效应突出。液压系统及液压主件的发展随主机的发展而发展,同时液压系统及液压主件的发展又反过来促进主机的发展。工程机械是液压系统及液压元件的最大用户,而近些年来国外工程机械有一种发展趋势,主机制造企业逐步向组装企业方向发展,液压系统及液压元件逐步由供应商来提供。比如主机制造企业美国的卡特彼勒、凯斯、日本的小松、瑞典的沃尔沃等世界上这些大型的工程机械主机制造企业,其配套件的配套能力也是非常强的,它们的配套件外配的数量也是在逐年大幅度地增长,一些中小工程机械企业更是如此,配套件逐步主要由零部件制造企业来提供。这样做有极大好处,主机企业可集中精力把自己的主机产品做好,减少配套件完全由主机企业自己来承担的风险,而配套件企业做的更强更大,有能力迅速提高配套件的质量、技术水平,同时能为主机企业提供更多的新产品,这样更容易促进主机产品的发展。

现在世界各国都重视发展基础产品。近年来,国外液压技术由于广泛应用了高新技术成果,使基础产品在水平、品种及扩展应用领域方面都有很大提高和发展。据分析,建筑工程机械、农机等行走机械是液压工业的主要用户;在产业机械中,机床、冶金、塑机是主要用户。由于机床、塑机、机器人等行业部分传动已被电气传动所取代,其需求量减少,建筑、工程、冶金等需要量的比重显著增加。据国外资料介绍,建筑机械和工业车辆液压使用率有增长趋势,机床等产业机械的液压使用率有下降趋势,其主要原因是由于主机电一体化水平不断提高,其电气系统价格大幅度提高等造成的。

2、国内液压件现状分析

国内的液压系统主要是低端、简单的定量系统,液压元件主要集中在16MPa以下的齿轮泵、油缸、主阀等低端元件,只能用在小型装载机、叉车、推土机等产品上,在挖掘机、滑移式装载机、路面机械(压路机、摊铺机、平地机等)、混凝土机械(拖泵、泵车、车载泵等)、桩工机械(旋挖钻机、连续墙抓斗等)、煤矿机械(掘进机、回采机)高压变量系统(21-45MPa)中,自主的液压系统及液压件产品几乎为零。

因此,必须加速该项目开发与利用,降低对国际市场进口的依赖度。从我国目前实际情况看,液压产品作为机械工业行业领域开发潜力巨大。

国内高端工程机械及大型设备液压核心技术为国外所垄断,液压系统及液压元件、特种钢材的国外供应商依靠垄断地位,时不时制订出“霸王条款”,他们不仅一再提价,还提前了订货期,要求所有订单提前半年甚至一年,而与之相伴的是订单常常被无故延期。因此,不掌握液压系统及液压元件的关键技术已成为制约国内大型工程机械行业发展的关键因素。

3、液压系统及液压元件的发展趋势和方向

社会需求永远是推动技术发展的动力,降低能耗,提高效率,适应环保需求,机电一体化,高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标,也是液压产品参与市场竞争是否取胜的关键。由于液压技术广泛应用了高技术成果,如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料,使传统技术有了新的发展,也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此,走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破,应当主要表现技术的改进和扩展,不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见,其主要的发展趋势将集中在以下几个方面:

(1)、液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面,已取得很大进展,但一直存在能量损耗,主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用,则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失,必须解决下面几个问题:

①减少元件和系统的内部压力损失,以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。

②减少或消除系统的节流损失,尽量减少非安全需要的溢流量,避免采用节流系统来调节流量和压力。

③采用静压技术,新型密封材料,减少磨擦损失。

④发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。

⑤改善液压系统性能,采用负荷传感系统,二次调节系统和采用蓄能器回路。日本小松、日立、川崎、德国Rexroth,Linde,美国Eiton-Vickers’,Parker都采用负荷传感系统,可节省功率20-30%。

⑥为及时维护液压系统,防止污染对系统寿命和可靠性造成影响,必须发展新的污染检测方法,对污染进行在线测量,要及时调整,不允许滞后,以免由于处理不及时而造成损失。

(2)、主动维护

液压系统维护已从过去简单的故障拆修,发展到故障预测,即发现故障苗头时,预先进行维修,清除故障隐患,避免设备恶性事故的发展。

要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究,当前,凭有经验的维修技术人员的感官和经验,通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展,必须使液压系统故障诊断现代化,加强专家系统的研究,要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库,并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识,用推理机中存在的推理方法,推算出引出故障的原因,提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件,对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。另外,还应开发液压系统自补偿系统,包括自调整、自润滑、自校正,在故障发生之前,进行补偿,这是液压行业努力的方向。

4、当前液压技术特征:

体现在如下一些比较重要的方面:提高液压系统性能,创制新元件,体积不断缩小;高度的组合化,集成化和模块化;与微电子结合,走向智能化。可以看到,液压系统及元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展;向低能耗、低噪声、低振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展;开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件;积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。

5、公司液压产品性能研究目标:

1)采用的液压元件高压化,行走机械用高压柱塞泵连续工作压力达到35-40MPa,峰值压力达到42-45MPa;

2)调节和控制方式多样化;

3)改善了调节性能,提高了动力传动系统的效率;

4)具有与机械、液力、电力传动组合的复合式调节传动装置;

5)具有节能、储能功能的高效系统;

6)低噪声;

7)应用集成化模块技术,简化了系统。

6、与国际先进水平相比存在的差距:

提供系统解决方案能力差---国内液压件生产厂,像中航重机股份有限公司(原名力源液压)、北京华德这样的国家大型液压企业也不能为工程机械提供成套的液压系统解决方案。

产品寿命低,容积效率低---国内生产的许多液压件主要集中在中低压系列,所生产的液压元件,由于铸造、加工精度达不到要求,使用时易出现渗漏并且使用寿命短,仅能达到国际先进水平的30~40%。

产品可靠性、稳定性差---由于我国对液压件在机械工业中的重要地位认识较晚,长期缺乏投入,致使整个行业基础差、底子薄、实力弱。特别是随着我国主机水平的提高,液压件落后于主机的瓶颈现象日益显现。液压件落后的技术条件导致产品质量不稳定,早期故障率高,可靠性差是国产液压件的致命弱点。

生产工艺条件差,不能满足精密液压加工装配要求---目前受限于液压件的生产条件,即没有成熟生产工艺指导,也无高精尖制造设备,设备精度直接反应到零件制作上。

国内企业研发投入少,造成能力不足---科研开发力量薄弱,资金投入不足,导致国内液压件、液压系统企业的技术进步缓慢。

7、目前国内相关液压件生产厂家产品结构与市场分析

1)中航重机股份有限公司工程机械液压产品主要是泵和马达,没有主阀产品,不能提供成套技术解决方案。

2)北京华德的液压产品主要集中在中低压泵和马达上,且液压阀主要是方向阀、压力阀、流量阀、插装阀、比例阀和放大器上。无工程机械配套的泵、马达和主阀产品。

三、数据分析和研究

1、国内外同类技术背景及对比分析

根据有关资料统计:目前低端液压产品基本上由国内相关配、附件厂生产,有相当一部分还是主机厂自己生产,高端液压产品几乎100%依赖国外进口,小部分由国外公司在中国投资的工厂生产。国内的液压系统主要是低端、简单的定量系统而液压元件主要集中在16MPA以下的齿轮泵、油缸、主阀等,只能用在装载机、叉车、推土机等产品上,在挖掘机、滑移式装载机、路面机械(压路机、摊铺机、平地机等)、混凝土机械(拖泵、泵车、车载泵等)、桩工机械(旋挖钻机、连续墙抓斗等)、煤矿机械(掘进机、回采机)高压变量系统(21-45MPa)中,自主研发的液压系统及液压件产品几乎为零。

需要关注的是配、附件市场的发展与主机市场的蓬勃增长并不相符。我国的主要工程机械配件市场的总量不到100亿人民币(见表1),是美国PARKER的1/8(100亿美金),而我国国内的工程机械的销售达到了2000亿,相当于美国CATERPLLER一个公司的机械产品的销售额(260亿美金),由此可见配件的生产和主机的生产的比例完全不相称的。特别是液压系统及零部件,一方面表现为主机厂为没有合适的系统供应商及国产液压件的低劣质量而苦恼,另一方面也为由于高端液压产品的短缺而减量生产而焦急。

主要液压系统及液压元件进口和出口情况:目前工程机械用高端液压产品几乎100%以上依赖国外进口,价格高,并且交货期过长,一定程度上制约了主机的发展和主机厂产能的发挥。国外的液压系统及液压元件主要供应商如德国REXROTH、川崎、卡特等知名系统供应商。而出口液压系统及液压产品主要是二级市场的配件、低端的齿轮泵以及力士乐生产的德国REXROTH技术的A10V系列产品等。可以预见的是在未来五年时间内,基础建设工程机械的需求必将更加旺盛。作为工程机械的核心系统-液压控制系统也必将随之火爆。目前低端液压产品基本上由国内相关配、附件厂生产,有相当一部分还是主机厂自己生产。高端液压产品几乎100%依赖国外进口,小部分由国外公司在中国投资的工厂生产。

国内液压技术发展分析:国内不乏液压系统及液压元件的设计开发人员,阻碍国内液压系统及液压元件的开发和生产的主要是制造水平,主要具体反映在零件制造工艺上。其实国内有相当多的企业在大批的为国外REXROTH、EATON-VICKERS、HUSCO、PARKER等知名企业提供零件,包括重要的零件,如阀体、壳体、阀芯、缸筒、柱塞、配流盘等,这就意味着我们有些企业已经掌握了零件的制造工艺了,主要是壳体铸造、阀体铸造、双金属铸造、热处理以及加工工艺等等,那么部件产品的开发就需要市场引导了。

2、公司现况分析

研发条件:公司研发团队拥有工程机械、精密铸造、液压件及机电液配套产品、等产品设计研发的专业技术人才。具备配合业界一线大客户在工程机械、农业机械、液压系统等全系列产品的研究开发、工艺设计、产品验证等能力。自2007年以来,先后成立了日本4S液压研究室、青岛研发中心、北京研发中心,其中日本4S液压研究室技术人员人数为21人,主要研发课题是负责日本技术的引进,并消化吸收到公司的产品中,是公司设在日本技术平台。青岛研发中心技术人员人数为44人,主要研发课题是液压系统设计,包括各系列泵、阀、马达等液压件的研发,配备了三座标测量仪、硬度计、材料分析仪等设备。北京研发中心技术人员人数为12人,主要进行产品数值仿真、分析、计算。公司本部技术管理人员22人,主要进行产品技术支持、产品试验方面的研究。公司本部瑞典专家组团队10人,主要进行高压、重载等前沿技术以及100吨级以上液压系统的开发任务。以上技术人员共计110人,其中中高级职称人数为59人,占技术人员总数的53.6%。成立了由国内外液压领域高级专家组成的高端装备研究院,来指导高端液压技术产业化应用及示范项目的具体实施。

生产装备:拥有世界上最先进的加工、装配液压高端生产装备、检测试验设备,投资近5亿元从德国、瑞士、日本购买先进的全自动机械加工数控设备及热处理设备。同时还拥有世界上最先进的检测、试验设备,美国REN公司制作的具有世界先进水平的综合研发试验台,该试验台通过计算机编程控制,可以方便的自动获取各项试验数据,精确度高,可以快速的分析出问题所在。为液压件的设计和研发提供了强有力的保证。德国蔡司三坐标测量仪,对复杂的零部件,可通过逆向分析,提升设计速度。精密铸造装备,集团先后投资建造了两条先进造型线,其中一期工程引进国际上最先进的西班牙LORAM直分型无箱造型线VMM6080D铸造生产线,二期工程引进德国最先进的HWS静压造型线。

技术合作:1.与山东大学的合作:在山大设立“山东常林集团——山大联合铸造研究室”,在公司建立“山东大学——常林集团联合铸造实验室”,山大根据公司需要组织教授、研究生前来进行技术指导、技术难题攻关,为公司的产品开发、产品创新等提供技术支持;2.与山东科技大学的合作:2008年1月与山东科技大学签署了合作协议,由对方进行液压零部件试验台研制;3.国内外人才引进:

人才引进是企业发展必不可少的环节。围绕企业主导产品,为提高产品设计水平、铸造、热处理、液压系统开发能力等多方面,招聘各类技术人才与管理人才。

生产制造:采用进口自动化生产线加工泵体、端盖等壳体类零件。采用柔性生产线,加工阀体类零件。以及采用预抽真空气体渗碳炉和预抽真空气体软氮化炉进行零件表面热处理;铸造方面采用世界一流的垂直无箱造型线、全自动制芯机、德国公司超大超强功率混砂机、美国公司10吨电炉和自动浇注机等先进精密铸造设备。生产主泵必须的精密铸铁、精密球墨铸铁、铸钢零件;模具开发及检测设备方面,公司工程技术力量雄厚,具备独立设计、开发模具能力,公司利用先进的CAD、CAM软件与加工中心联网制作的模具精度、性能、可靠性水平较高。同时公司拥有国际水准的检测仪器,进口直读光谱仪、三坐标测量仪、探伤仪、大型型砂实验室,完善的理化检测手段,使产品质量始终置于受控状态。目前,常林铸业公司已与美国帕拉根公司、通用公司、德国宝马和国内奇瑞等多家著名汽车制造商建立了长期供货关系。

检验、测试方面:检测技术:生产上采用ISO9001:2008《质量管理体系要求》进行质量控制,采用国内外高精度三坐标、圆柱度、直线度、粗糙度、投影仪等检测仪器,对各零件的关键部位尺寸精度进行控制。

测试技术:同美国公司合作开发部件综合性能试验及出厂实验测试台,满足产品的型式试验及出厂实验的各项实验要求;同时自主开发的泵、阀、马达寿命实验台对产品进行耐久性能实验;搭机实验:在36T挖机上对该系统及液压元件进行搭机性能测试;

外协采购方面:各类弹簧,橡胶密封圈,螺栓等标准件都根据设计及使用性能要求,采购国内外知名品牌企业的产品,同时严格控制外协件的入厂产品质量检验,保证了整个系统及各元件的工作性能及使用寿命。

3、应用技术领域

此次开发的40吨挖掘机成套液压系统及主件,充分吸收国际先进的设计理念和制造工艺。该产品主要应用于36-45吨级挖掘机中,结构布置简洁合理、电液一体化设计,具有结构轻巧,反应灵敏,性能可靠等优点,该产品整体设计结构轻巧,外观大方。该系统是一种负流量控制系统,该系统主要以22吨级系统为基础进行创新性改进设计。将模块化的设计理念贯穿于整个产品设计中,将产品的设计周期大大缩短。同时也使后续产品的试制、试验等工作进程大大加快。基于模块化的设计理念,使其具有结构布置合理大方、安全可靠性好、工作效率高、操作性能好、节能减排效果显著等显著特点。


特别提示:本信息由相关企业自行提供,真实性未证实,仅供参考。请谨慎采用,风险自负。


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