作者简介：张海平（1947-），男，江西湖口人，博士工程师，主要从事液压技术方面的工作。

摘 要：该文指出，电和液压的关系，并不是简单的取代或不会被取代的关系，应该分别从电控、电动、电驱这三方面来考察认识，从而分别确定对策。电控是液压的指挥。电动为液压提供机械能，是液压的后台。电驱，电动机直接驱动负载，不经过液压传动。只有这才是可能取代液压的竞争对手。在大推力平动，电驱还远落后于液压。而在转动，已经开始挤占液压的市场。

关键词：液压；液驱电控；液驱电动；电驱

因为驱动泵的功率正比于泵排出的流量，所以减少排出流量，就可以节能。

因为泵排出的流量=排量×转速，所以调节转速，也可以调节泵排出的流量。

使用交流异步电机可以调节转速。

因为交流异步电机的额定转速取决输入电压的频率，所以，采用变频器，把电网输入的50 Hz交流变为直流，再根据流量-转速指令转化成相应频率的交流电，就可以调节电机转速了（图8）。

图8  交流异步电机调速示意

但采用普通异步电机，其输出转矩在低转速时会有明显下降（图9）。这一特性有时会带来困扰。例如，在经常会遇到的保压工况时，需要的流量不多，但希望保持有很高的压力。因为驱动泵的转矩正比于泵出口的压力，所以在负载压力高时，需要的驱动转矩也高。如果电动机低频低转速时低转矩，就推不动泵。如果为此而必须提高频率和转速，就会造成多余流量溢流，带来能量浪费。

图9   电机的稳定转速-最大转矩特性示意

解决方案之一，采用大（排量低压）小（排量高压）泵并联。这样，在高压时，仅小泵工作，需要的驱动转矩不高，转速也不需要很低。

交流伺服电机在接近零转速时仍可保持很高的输出转矩（图10），也可解决保压问题。

图10  一个交流伺服电机(汇川)的转速-转矩特性

当然，有些应用场合中，对最低转速的限制来自液压泵，根本不允许工作在零转速，也就不一定要用交流伺服电机了。

据说，注塑机、两千吨以下模压机等已普遍采用调速电机驱动液压泵了。一些公司帮助客户改造现有液压系统，只要一两年内节省的电费，就足以偿还增加的投资费用（图11）。

图11   交流伺服电机驱动折弯机（苏州沃赫）

而移动液压目前为了减少排放也正倾向于采用新能源，即电动。在2019慕尼黑宝马展上，这是一个十分热门的主题。

卡特展出了R1700XE电动轮式装载车：耗能费用降低到十分之一，发热降低到八分之一。

小松展出了一台18 kW的电动小挖：使用36 kWh的锂离子电池，可工作2～6小时。

沃尔沃公司同时展出了电动小挖和装载机：使用锂离子电池，可工作8小时。充电，既可家用电慢充，也可大功率快充。

派克公司特地布置了一个“未来实验室”来介绍电动。其中展出了一台交流伺服电机（图12）。额定转速3060 r/min，额定转矩581 Nm，额定功率186 kW，最高转速5000 r/min。双三相线圈：励磁+控制。体积与普通11 kW4极异步电机相近。

图12   交流伺服电机（Parker GVM31H200P1131）

由于移动设备的电能要靠电池提供，十分有限，因此，更是一开始就需要考虑采用节能的方案。

内燃机噪声高，液压泵的噪声不突出。而电机噪声很低，液压泵的噪声就显得突出了。

无排放，低噪声的工程机械，在医院、学校、居民密集区中工作就很受欢迎。

除此之外，电动还有其他优点。如，在高原，输出功率不会像内燃机那样有显著的降低。在寒冷时，也不会像内燃机那样难以启动。据利勃海尔介绍，电动机的维修比同规模内燃机少25%。有些电动挖掘机已工作了7万小时以上未大修。

因此，液压元件与系统的供货商要思考，如何节能减排，配合电动。

图13  电液作动器与电机作动器的比较（2017汉诺威工博会） 

电液作动器EHA——Electric Hydraulic Actuator，又被称为自治缸，电机-泵-油箱-液压缸一体化，非常集成。只要接上电源，输入位置或速度指令，就可工作。因为液压系统的许多弱点，在美国F35歼击机中，集中供油的液压系统被放弃了，但液压并未被取代，采用了分散供油的电液作动器（图14）（https://www.avweb.com/pdf/electric-aircraft-symposium-2011-07-29_evolution-of-military-aircraft.pdf）。

图14  F35上用的电液作动器 

美国BostonDynamics（波士顿活力）公司研发的机器狗采用了电驱，研发的机器人Atlas采用了液驱：背负蓄电池和微型液压动力站，由多个伺服油缸驱动四肢。对此，其工程副总裁Aaron Saunders先生2018年3月20日下午在德国亚琛工大国际流体研讨会上解释道：简单地说，用电驱可以跳2英尺，用液驱则可跳6英尺。

而在那些上万吨的大型自由锻或模压机中，现在根本看不到任何可能取代液压的传动方式。

（2） 转动。过去，很多中外液压教科书上都写：液压传动相对其它传动方式（电驱）的关键特长：功率密度高，即高的功率/质量比。其实，这不准确。液压传动强的仅是力密度，而非功率密度。

由于力的限制，传统电动机通过增大半径来增大转矩，以满足功率的需求。

而对转动而言，功率=转矩×速度=力×半径×速度。所以，也可以通过增加转速的方法来满足功率的需求。

20世纪末发现，加入稀土元素，可提高材料磁饱和强度4倍，从而降低电机转子惯量，改善电机动态响应性能。

现代高速电机使用的铜铁量与常规电机相同，转矩相似，但由于转速高，输出功率成倍增长。转速22,500 r/min的高速电机，体积类似2 kW常规电机，功率却可达22 kW。

在2014年，高速电机的功率密度就已达到2～3 kW/kg，样品已达到与高压马达同等水平5～6 kW/kg。

所以，现在德国的液压教科书都已经改写了！

图15所示的机器手，关节处可承重1700 kg，重复精度达±0.27 mm。完全电驱。

图15   机器手（德国Fanuc公司，2019汉诺威工博会）

在2019慕尼黑宝马展上，力士乐推出了额定功率60 kW的行走机械用电驱减速器eGFT8000，EATON也展出了用于装载机的电驱桥。在这些组件中，液压马达被电机取代了。

所以，真正开始挤占液压应用领域的是在转动。

当然，就数量来说，液压马达只占液压执行器的十分之一。

另外，液压技术的应用是多种多样的，各种应用对转动的要求是不同的，反映在额定转速，最高最低速比，起动转矩，工作环境，成本等等方面，不能一言概之。所以，取代将是逐步发生的。

为帮助理解，可以拿运输业来类比。传动形式有液压、机械、气压、电驱。运输工具有飞机、 轮船、 火车、 卡车。各种运输工具在某些应用中有竞争，此消彼长。但任何一种都不会被完全取代。

气动与电驱的竞争也已经有几十年了，一阵子电驱占上风，一阵子气动又占了上风。所以，在汉诺威工博会2019中，笔者看到，有公司干脆展出了大小类似接口相同的电驱和气动抓手，让顾客自己挑选。电驱转动与液驱转动的竞争恐怕也会如此。

笔者认为，有能力的液压厂商应该学习了解电驱。这样，就可以围绕顾客需求，根据应用场合，综合考虑各方面因素，决定选择液驱还是电驱。而不是说，“寡人只能做液压，爱买不买”。