這也許是所有與液壓相關(guān)的人都應(yīng)該關(guān)心的問題。

在上世紀(jì)九十年代，就曾有“高人”說，液壓技術(shù)會被電傳動取代。于是，原來曾在國內(nèi)幾十所高校設(shè)置的“液壓專業(yè)”和“流體傳動與控制專業(yè)”在教育部1998年正式頒布的《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》中被刪去，許多大學(xué)的液壓專業(yè)改稱為機(jī)電研究所。如今，中國的液壓工業(yè)落后世界水平30年，成為我國國民經(jīng)濟(jì)的鎖喉之痛。兩者間恐怕也并非不無聯(lián)系吧。

 

為何這里又要舊話重提呢？

1. 新能源帶來的影響

為了減少廢氣和污染顆粒PM10的排放，保護(hù)人民的健康，采用新能源取代內(nèi)燃機(jī)的呼聲越來越高。世界多國已經(jīng)制定了禁售燃油汽車的時間表。例如，荷蘭、挪威2025年，印度2030年，德國2030年后，法國、英國2040年。我國也在2017年10月26日發(fā)布了“節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖”。

為移動設(shè)備提供新能源，目前正在試驗的主要有兩種模式：純蓄電池和燃料電池+蓄電池。

蓄電池目前還嫌笨重，小轎車想充一次電就能走幾百km，蓄電池要占車一半以上的重量。液態(tài)氫的能量密度較汽油高得多，燃料電池可以直接把燃料（氫氣或天然氣）的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，可以大大減少所攜帶的蓄電池數(shù)量，是目前最有可能在較大功率需求場合取代內(nèi)燃機(jī)的。目前國際上已有多個公司推出了采用燃料電池與蓄電池結(jié)合，提供能源的公共汽車和卡車的原型車。

與轎車相比，許多移動液壓設(shè)備需要的功率大得多，能量的消耗也大得多，因此，采用新能源的技術(shù)難度也高得多。但相信，隨著新能源的大規(guī)模應(yīng)用，肯定會不斷催生出新技術(shù)，降低成本。所以，新能源在移動液壓設(shè)備上逐步取代內(nèi)燃機(jī)恐怕也是遲早的事。這就會給移動液壓帶來大洗牌。

因為，在以內(nèi)燃機(jī)作為能量來源時，雖然內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能需要經(jīng)過液壓泵，轉(zhuǎn)化為液壓能，才能驅(qū)動液壓缸，但要驅(qū)動電驅(qū)動器，也一樣需要通過發(fā)電機(jī)發(fā)電。都有一次能量轉(zhuǎn)化，電驅(qū)動并無特別優(yōu)勢（圖1a）。而在蓄電池成為能量來源后，電能就是現(xiàn)成的（圖1b）。所以，主機(jī)設(shè)計師會優(yōu)先考慮采用電驅(qū)動，競爭的格局就會對液壓傳動不利一些。

 

圖1 移動設(shè)備上的能量轉(zhuǎn)化模式

a）傳統(tǒng)能源 b）新能源

 

2. 傳動技術(shù)的競爭

雖然液壓技術(shù)只是傳遞機(jī)械能而非產(chǎn)生機(jī)械能的技術(shù)，就像運輸業(yè)，只是轉(zhuǎn)運貨物而非制造貨物一樣。但就像運輸業(yè)不會被淘汰一樣，傳遞機(jī)械能的技術(shù)也始終會需要。

傳遞機(jī)械能，除了液壓以外，還有機(jī)械傳動（杠桿、齒輪、皮帶、鏈條等等）、氣壓傳動和電力傳動（電動機(jī)，電磁鐵）。液壓傳動比機(jī)械傳動靈活，比氣壓傳動和電力傳動的力密度大得多，因此而成為一些應(yīng)用中的首選。這也像各種運輸工具：飛機(jī)、輪船、火車、卡車，都是搞運輸?shù)?，但各有各的特點。雖說在某些應(yīng)用中有競爭，此消彼長，但任何一種都不會被完全淘汰。

 

3. 一些例證

1）要在實際應(yīng)用中比較不同的傳動模式，代價通常都很大。因為，不僅要紙上演練，做出相應(yīng)的方案，還必須實際制造。妖魔躲在細(xì)節(jié)里。許多設(shè)想要等到真正實際制造時，才能接觸到細(xì)節(jié)，才能真正確定方案的可行性。因此，在很多應(yīng)用領(lǐng)域，限于設(shè)計制造成本，往往沿用現(xiàn)有模式，不太敢傷筋動骨地去嘗試其它傳動模式。

而如所周知，對航空航天工業(yè)而言，安全可靠重量輕是最重要的，設(shè)計制造成本不是首位的考慮因素。所以，飛機(jī)設(shè)計師在確定方案時，肯定會同時比較各種可能的傳動模式。最終，飛機(jī)的前襟翼、后襟翼、擾流板、尾翼、起落架等等，還是采用液壓來驅(qū)動（圖2），也說明液壓有其不可替代的長處。

歷史表明，在驅(qū)動技術(shù)上，引領(lǐng)潮流，第一個吃螃蟹，采用新技術(shù)的往往是航空工業(yè)。如果，在飛機(jī)上，液壓技術(shù)被取代了，那么若干年之后，工程機(jī)械上也可能會相應(yīng)改變。但是，目前能看到的是，世界各大液壓公司正在努力把飛機(jī)上已采用多年的電液作動器推向民用[5]。

2）美國波士頓動力公司近年來正在研發(fā)的機(jī)器人Atlas（圖3）的驅(qū)動也采用了液壓。Atlas身背蓄電池，為什么不直接采用電驅(qū)動，而是要先用電驅(qū)動液壓泵，再把液壓油輸送到四肢去作為驅(qū)動源，繞一個大圈子呢？這也說明，液壓有其不可替代的長處。

3）對固定設(shè)備而言，電能一般都可直接獲得。所以，液壓傳動并非首選，是不得已時才會采用的。但液壓還是被相當(dāng)多地應(yīng)用，也說明了液壓技術(shù)不會單純因為電能易得而被取代。

根本原因在于液壓的力密度高。為獲得直線運動，液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，可以達(dá)到的推力，同體積的電驅(qū)動望塵莫及。需要小推力，幾十幾百公斤力時，還會采用電驅(qū)動。但需要大推力，不要說幾萬噸，就是幾千噸時，一般都不考慮采用電驅(qū)動，這是因為，能產(chǎn)生的電磁力既受材料的磁飽和密度限制，也受電流強(qiáng)度限制。

在電磁材料中加入稀土元素，可提高磁飽和密度4倍，因此，交流伺服電機(jī)擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。

目前所有可用的材料都有電阻：電流越大，發(fā)熱越嚴(yán)重。

 

4. 地平線后面的烏云

1）超導(dǎo)體，電阻幾乎為零，理論上可以通過極大的電流，從而減小電磁執(zhí)行器的體積和質(zhì)量，進(jìn)一步提高功率密度。自“高溫超導(dǎo)體”的發(fā)現(xiàn)在1987年獲諾貝爾獎之后，世界各國科學(xué)家投入大量精力財力研究。

據(jù)說，德國科學(xué)家在2015年發(fā)現(xiàn)，有0.01%的石墨顆粒在–70℃時可能超導(dǎo)（維基百科），這對科學(xué)界是一個轟動，但對工程機(jī)械來說卻還不實用。

金屬氫的超導(dǎo)溫度據(jù)說可達(dá)20°C。2017年年初，美國哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊宣稱，通過加壓50萬MPa制得了金屬氫。50萬MPa，這可超過了地心壓力，也已逼近合成鉆石強(qiáng)度崩潰的邊緣啊。

所以，超導(dǎo)體什么時候能進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)還很難說。

在室溫超導(dǎo)體技術(shù)或其他什么新技術(shù)進(jìn)入實用階段之前，液壓傳動還可繼續(xù)以自己的力密度高而洋洋得意。

2）力≠功率，力密度高≠功率密度高！

功率是力×速度。磁飽和密度和電流強(qiáng)度限制了電磁力，但并沒有限制電驅(qū)動的運動速度。液壓馬達(dá)由于其中運動部件的限制，今后速度也很難提高。而限制電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的只是軸承和轉(zhuǎn)子的動不平衡問題。因此，高速電機(jī)的功率密度可以超過液壓馬達(dá)。所以，在采用新能源，電能唾手可得以后，移動液壓中首先會受到挑戰(zhàn)的可能就是液壓馬達(dá)。在2018年漢諾威工業(yè)博覽會上已經(jīng)出現(xiàn)所謂“輪邊電驅(qū)動”，挑戰(zhàn)行走機(jī)構(gòu)的液壓馬達(dá)驅(qū)動。但由于電驅(qū)動的慣量較大，靈活性較差，因此，只有在轉(zhuǎn)速不那么劇變的應(yīng)用場合，才可能勝出。

 

5. 關(guān)于技術(shù)取代

（1）實例

歷史表明，新技術(shù)不一定能取代老技術(shù)。以下一些實例，可以提供借鑒。

1）磁懸浮列車靠磁力懸浮在空中，行進(jìn)時不接觸地面，沒有與地面的摩擦力。理論上來說，是極其美好的。其原理早在1922年就由德國工程師提出了。然而，實際動手制造，則發(fā)現(xiàn)造價昂貴。因為磁力與間隙成反比，因此，對軌道的平直度要求極高。世界上首條磁懸浮列車線路在1984年在英國伯明翰開始商業(yè)運營，已於2003年拆除，更換為輪式系統(tǒng)。上海的磁懸浮示范運營線目前是世界上唯一一條商業(yè)運營的高速線路。

2）火車牽引機(jī)車，最早被應(yīng)用的是蒸汽機(jī)車（1825年），后來出現(xiàn)的是電力機(jī)車（約1840年），七八十年后才出現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)車（約1920年）?，F(xiàn)在，蒸汽機(jī)車基本退出了使用，內(nèi)燃機(jī)車與電力機(jī)車同時并用已近一個世紀(jì)。盡管現(xiàn)在高速列車普遍使用的是電力驅(qū)動，但內(nèi)燃機(jī)車還在大量地使用。

3）汽油發(fā)動機(jī)是1883年發(fā)明的。而柴油發(fā)動機(jī)是之后9年才發(fā)明的。多年來柴油機(jī)由于出力大，備受青睞，勝利進(jìn)軍，在船舶、卡車、移動工程機(jī)械上幾乎是唯一的動力源，在轎車上也與汽油機(jī)平分天下。然而，現(xiàn)在，柴油機(jī)又因為是細(xì)微顆粒PM10和NOX的主要排放源而前途岌岌可危了。

（2）技術(shù)取代的條件

1）功能、應(yīng)用領(lǐng)域環(huán)境必須基本相同。拿牛頭與馬腿來比談取代，是無稽之談。

2）性價比更優(yōu)：或性能優(yōu)，而價格增加不多；或性能不差，但價格明顯低。

這里的性能應(yīng)該是廣義的，包括了持久性、環(huán)保性等等。

這里的價格，則不僅要考慮到研發(fā)、設(shè)計、制造費用，還要考慮到更換、替代費用。

因此，要說一項技術(shù)先進(jìn)，可以取代另一項，就需要實事求是地全面比較通過實際測試獲得的性能數(shù)據(jù)，比較各種成本。光比較某一點是不夠的。例如，伺服閥，盡管其重復(fù)性、線性等明顯優(yōu)于電比例閥，但其應(yīng)用數(shù)量、范圍還是遠(yuǎn)不如電比例閥。不僅是由于伺服閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本降不下來的緣故，還有對污染敏感等等問題。

另外，對于性能，不同應(yīng)用的關(guān)注重點也不同。例如，液壓元件的工作持久性，遠(yuǎn)洋船希望能20年，而導(dǎo)彈則只需要幾分鐘。在一種應(yīng)用中是優(yōu)秀的性能，完全可能在另一種應(yīng)用中不被重視。

所以，說什么，發(fā)明了一種神器，可以取代全部現(xiàn)有液壓技術(shù)的，那不是幼稚，不了解液壓技術(shù)的博大精深應(yīng)用廣泛，就是有意忽悠。

特別是現(xiàn)在，有些人喜歡用做娛樂廣告的方式來宣傳技術(shù)，什么名詞時髦就掛什么，炒作的概念甚多，例如，什么“空氣驅(qū)動大”、“水驅(qū)動自行車”，全然不顧科學(xué)技術(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)性[3]。

所以，作為液壓技術(shù)人員，現(xiàn)在特別需要有警覺與識別忽悠的能力與習(xí)慣，多剖析現(xiàn)象，思考本質(zhì)。

（3）技術(shù)取代的過程

技術(shù)取代總是有一個過程的：

1）發(fā)現(xiàn)技術(shù)可能性；

2）找到成本價格可接受，可以批量生產(chǎn)的工藝；

3）開始獲得應(yīng)用，成本、價格進(jìn)一步下降；

4）主機(jī)廠開始在新生產(chǎn)的主機(jī)上采用。即便如此，已在流通工作的設(shè)備的擁有者也不會像是對手機(jī)那樣，說換就換，隨手拋棄現(xiàn)有的設(shè)備。

所以，這個過程，是需要一定時間的。像液壓這樣一種經(jīng)過幾百年發(fā)展，由幾十萬人研發(fā)，被幾百萬乃至幾千萬人使用，應(yīng)用面極廣的技術(shù)，即使出現(xiàn)什么能取代的新技術(shù)，被取代的過程至少會持續(xù)10～20年。在這10～20年中，液壓技術(shù)本身又會出現(xiàn)多少創(chuàng)新？！

6. 做好自己的工作

物理定律，難以抗拒，大趨勢也很難改變。望著大趨勢哀鳴，無濟(jì)于事。但是，現(xiàn)實生活是極其復(fù)雜的：炎炎烈日之下，總能找到遮陽避暑的地方；冰封千里之時，也總有辦法避風(fēng)保暖，開個冰下旅館，還能掙錢。

其實，“天眼”的反射鏡面的調(diào)節(jié)促動器最初選用的是電驅(qū)動，碰到一些問題，未能解決。之后，國內(nèi)一批液壓專家，克服了很多技術(shù)困難，用液壓傳動滿足了要求[2]。如果液壓傳動的困難沒有被克服，而電驅(qū)動解決了那些技術(shù)問題，液壓不就在這個應(yīng)用上被排擠取代了嗎？

所以，技術(shù)取代問題需要具體分析，而非籠統(tǒng)地一言概之。在認(rèn)清大趨勢的同時，更要關(guān)注的是：自己公司的產(chǎn)品是否有發(fā)展前途；市場份額是否在減少。液壓傳動是否會被取代，也取決于各人各企業(yè)自己的努力。

 

液壓技術(shù)不會被完全取代，但液壓產(chǎn)品會被淘汰。

移動液壓現(xiàn)在已經(jīng)對能耗十分敏感，采用新能源后，對節(jié)能的要求肯定會更高。能效低的元件和回路被淘汰是必然趨勢。

所以，搞液壓技術(shù)的，必須不斷學(xué)習(xí)。企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)該關(guān)注，挑選對自己有利的戰(zhàn)場，不斷探索，改進(jìn)，創(chuàng)新，與時俱進(jìn)，調(diào)整適應(yīng)顧客需求的變化。如果想學(xué)一次管用一輩子，相同的產(chǎn)品一造幾十年的話，那么，被淘汰是不可避免的。

已故世界流體技術(shù)泰斗巴克教授根據(jù)自己從事、推動、引領(lǐng)世界流體技術(shù)發(fā)展50年的親身體會，指出，“創(chuàng)新意味著，識別出新的未被意識到的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)新的聯(lián)系，這是一種才能，需要絞盡腦汁與橫向思維。流體技術(shù)在這方面看上去特別有潛力，因此我對流體技術(shù)的未來毫不擔(dān)心。它將繼續(xù)發(fā)展。也許不像我們能夠想象的那樣，但它會找到新的路。從這個意義上我祝愿我們這個專業(yè)領(lǐng)域繼續(xù)蓬勃發(fā)展。