液压系统的绿色设计与制造分析

陈小兰，陈晓波

（黄冈师范学院，湖北 黄冈 438000）

液压系统的绿色设计与制造分析

陈小兰，陈晓波

（黄冈师范学院，湖北 黄冈 438000）

文章从液压系统的全生命周期出发，以液压系统的五大组成部分为基础进行液压系统的绿色设计与制造，并延伸至液压系统维护维修及报废后的回收与再利用阶段，为液压系统的绿色设计与制造的研究提供有力的理论基础。

液压系统；绿色设计；绿色制造；可持续发展

进入21世纪以来，绿色、环保、节能日益成为社会各个阶层的热点话题，面向环境的设计与制造也已成为人们的共识。液压技术作为重要的机械基础技术，是现代机械工程不可缺少的重要组成部分。若能通过有效的绿色设计与制造技术克服其效率低、能耗大的缺点，解决液压工业带来的环境污染、资源枯竭、生态破坏等问题，将是液压领域一项具有划时代意义的创举。

1 绿色液压系统的特点

液压传动与控制是力能传动的一个重要分支，其具有许多优点，在很多传动中有着不可替代的作用，如大传动比的无级调速设备和重载高频响设备等，若采用液压传动将更具优越性。传统的产品开发模式无法在产品的开发设计阶段考虑其生命周期全过程中的各种因素，若能有效组织多学科队伍，考虑产品开发与生产的全过程，使资源利用合理化，废物生产少量化，向环境无污染或少污染方向发展，方能使开发出的液压新产品在市场竞争中占有一席之地。而绿色制造目标正是使得产品从设计、制造 、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期，对环境的影响（负作用）为零或者极小，资源消耗尽可能小，并使企业经济效益和社会效益协调优化，它是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。因此液压系统若能实现绿色设计，并将其生命周期延伸至液压设备，结束后液压系统及其元件的回收处理与再利用[1-2]，将是未来液压系统设计一大发展趋势，具有非常重要的实际意义。

2 液压系统的绿色设计与制造

一个完整的液压系统包括动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质等5部分。对液压系统的绿色设计不仅应考虑其各个组成部分的绿色环保，同时还应扩展到整个液压系统的生命周期，即包括维护、维修以及报废后的回收与再利用。

2.1 液压动力元件的绿色设计与制造

液压泵是液压系统的核心部件，液压泵的性能直接关系到整个液压系统的性能，因此若能对液压泵进行有效的绿色设计，将会改善整个液压系统的运行效率。文献[3]中提到在CRZDP—W-600海缆船舵机上采用负载敏感技术DRF泵后，系统输出不会受到柴油机输出功率变化的影响，船只转向能一直保证较平稳的状态，提高了系统的运行效率。

湛从昌等[4]在降低噪声研究过程中得出：通过对配油盘的结构进行改进，如采用三角槽式结构，同时增加某些部件刚度，对某型柱塞泵进行具体试验，试验条件为斜盘倾角为，供油压力为32 MPa，转速为1 500 r／min，结果发现其噪声由原来82.1 dB（A）降到77.3 dB（A），效果比较明显。

2.2 液压执行元件的绿色设计与制造

液压缸是液压系统实现各种运动功能的终端，其在使用过程中也经常发生漏油、冲击等现象。文献[5]根据菱形和逆向思维模式，以功能实现为基础利用可拓学理论对设计方案进行标准化处理和优度评价，并根据物元变换理论进行改善分析，实现了液压缸的绿色设计。

许国玉等[6]以油缸和活塞的密封圈为仿生对象，通过模仿某些生物的体表特征，在光滑密封圈的外表面加工均匀凹坑特征，并利用相关软件进行有限元分析，从而得出此仿生密封圈能增加其密封性能，从而大大减少油液的泄露问题。

2.3 液压控制元件的绿色设计与制造

液压的控制元件在液压系统使用过程中属于易损件。在设计过程中尽量采用绿色环保材料，同时从提高元件的性能方面考虑，如改进现有液压元件的密封结构，防止漏油，采用数字控制的智能阀构成机电液高度集中化的智能液压系统，降低人的劳动强度。

湛从昌等还提出对液压元件（溢流阀）产生噪声的机理进行分析并得出产生噪声机理是由于液压元件在工作中所产生的自激振荡，其主要是由溢流阀的结构所导致。为此，可以采取改进溢流阀主阀口结构和主阀芯尾蝶结构，确定背压力临界值，同时采取加消振垫结构和设计出合理的回油直径等措施来减少液压元件的振动，从而降低液压元件的噪声。

2.4 液压辅助元件和工作介质的绿色设计与制造

当前液压系统对外界环境的污染最主要来自于其工作介质，一是要防止液压油本身的污染；二是要防止泄漏。文献[7]提出可以采用无毒液压油，或研发液压油的回收再利用技术，或研制液压工作介质的绿色添加剂，或是使用纯水以及海水作为工作介质，从而减少液压油对环境的污染。

液压辅助元件在液压系统的使用中也属于易损件之一，其传输液压油过程中产生噪声、振动以及热量等问题。对液压管道的共振机理进行分析研究，利用共振机理对减少液压管道的传输过程中产生的噪声以及产生的热量均有较好的效果。

2.5 液压系统的绿色维修

若能在液压系统安装、使用和维护维修过程中始终坚持“预防为主、治理为辅”的原则，则能保证液压系统提高在各种恶劣或特殊环境下的运行可靠性、功能稳定性和延长使用寿命，并尽量提高运行经济性，以达到节约能源和资源、保护环境、提高效能、保证安全的绿色维修目标[8-9]。

文献[10]以绿色维修支撑体系、绿色维修理论与技术体系为支撑，对装备液压系统绿色维修的节能技术、防治污染、故障诊断及再制造工程等问题进行了深入探讨，并提出了液压系统绿色维修工作的几点建议。

3 结语

总之，液压系统绿色设计与制造应综合多方面因素，从液压系统的生命周期出发，全面、综合考虑液压绿色设计的途径和方法，使液压传动在充分发挥自身优势的同时对自身进行引进和创新。只有这样才能在未来竞争中获得不断发展，达到可持续发展的要求。

绿色液压设备若要实现必须加大创新和研发力度，将绿色创新思维投入设计中，开发并采用先进技术，科学合理地使用液压设备，高效再利用废旧设备等。例如，若能采用先进技术（如仿生学原理），通过模仿生物非光滑表面改变液压元件（密封圈、液压缸套、活塞以及壳体等）表面的形貌结构（凹坑、条纹、网纹、交叉条纹等）或是通过模仿生物体本身材料的功能来实现密封、减阻抗磨以及降噪功能，对促进液压泵、液压缸的性能提升起到非常积极的作用[11]。

[1]李岚.液压传动可持续发展的策略[J].机床与液压，2003（3）：3-5.

[2]CHANG J Z, HONG Y, HUI M J.A Study on green manufacturing evaluation system based on DEA[J].Hydromechatronics Engineering，2015（43）：145-147.

[3]杨殿宝.实践中的绿色液压技术[J].流体传动与控制，2011（5）：51-53.

[4]湛从昌，吴凛，陈新元.绿色理念：液压技术发展的动力[J].液压与气动，2015（6）：13-18.

[5]郑辉，刘磊.液压缸可拓绿色设计[J].制造业自动化，2015（37）：87-91.

[6]许国玉，赵健英，赵刚，等.仿生非光滑油缸密封圈的减阻特性研究[J].液压与气动，2015（1）：96-100.

[7]胡增荣，沈爱军，汪彬.绿色液压系统的研究与应用概述[J].液压与气动，2010（4）：1-3.

[8]赵大旭，狄恩仓，周玉乾，等.绿色制造及其在机械液压系统中的应用[J].机床与液压，2006（3）：147-148.

[9]韩荟瑾.液压系统的绿色设计及维护探究[J].液压与气动，2011（9）：38-40.

[10]林明，蔡增杰，朱武峰.关于液压系统绿色维修几个问题的初探[J].液压气动与密封，2008（5）：1-4.

[11]陈小兰，曾良才，湛从昌，等.仿生技术在液压领域中的应用和展望[J].液压与气动，2016（8）：28-31.

Analysis of green design and manufacture of hydraulic system

Chen Xiaolan, Chen Xiaobo
（Huanggang Normal University, Huanggang 438000, China）

This article starts from the the whole lifecycle of hydraulic system, and bases on five parts of the hydraulic system to carry on green design and manufacture, and extends to the hydraulic system maintenance and recovery of scrap and recycling stage, providing a strong theoretical basis for the research of green design and manufacture of hydraulic system.

hydraulic system; green design; green manufacturing; sustainable development

黄冈师范学院校级课题；项目编号：2015019603，zj201653。

陈小兰（1981— ），女，福建漳州，讲师；研究方向：液压系统。