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，保護人民的健康，采用新能源取代內(nèi)燃機的呼聲越來越高。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)燃機作為能量來源時，雖然內(nèi)燃機產(chǎn)生的機械能需要經(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)只是傳遞機械能而非產(chǎn)生機械能的技術(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，傳遞機械能的技術(shù)也始終會需要。

傳遞機械能，除了液壓以外，還有機械傳動（杠桿、齒輪、皮帶、鏈條等等）、氣壓傳動和電力傳動（電動機，電磁鐵）。液壓傳動比機械傳動靈活，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、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。妖魔躲在細節(jié)里。許多設(shè)想要等到真正實際制造時，才能接觸到細節(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，在飛機上，液壓技術(shù)被取代了，那么若干年之后，工程機械上也可能會相應(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，交流伺服電機擴大了應(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，但對工程機械來說卻還不實用。

金屬氫的超導(dǎo)溫度據(jù)說可達20°C。2017年年初，美國哈佛大學(xué)的研究團隊宣稱，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度崩潰的邊緣啊。

所以，超導(dǎo)體什么時候能進入工業(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，高速電機的功率密度可以超過液壓馬達。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。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)行走機構(gòu)的液壓馬達驅(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）火車牽引機車，最早被應(yīng)用的是蒸汽機車（1825年），后來出現(xiàn)的是電力機車（約1840年），七八十年后才出現(xiàn)內(nèi)燃機車（約1920年）?，F(xiàn)在，蒸汽機車基本退出了使用，內(nèi)燃機車與電力機車同時并用已近一個世紀。盡管現(xiàn)在高速列車普遍使用的是電力驅(qū)動，但內(nèi)燃機車還在大量地使用。

3）汽油發(fā)動機是1883年發(fā)明的。而柴油發(fā)動機是之后9年才發(fā)明的。多年來柴油機由于出力大，備受青睞，勝利進軍，在船舶、卡車、移動工程機械上幾乎是唯一的動力源，在轎車上也與汽油機平分天下。然而，現(xiàn)在，柴油機又因為是細微顆粒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，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)的嚴謹性[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、價格進一步下降；

4）主機廠開始在新生產(chǎn)的主機上采用。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，創(chuàng)新，與時俱進，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。