任艷平

[摘 要] 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，催生了許多衍生項目的開發(fā)與應(yīng)用。液壓技術(shù)在行業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用，是眾多過程技術(shù)中的重要組成部分。新時代的液壓技術(shù)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)代高新科學(xué)技術(shù)，改變傳統(tǒng)技術(shù)的局限與弊病?，F(xiàn)代仿生技術(shù)在液壓技術(shù)密封、減阻抗磨、降噪等領(lǐng)域的應(yīng)用取得了不錯的成效。主要簡述了液壓技術(shù)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計基礎(chǔ)，針對液壓降噪、緩沖吸能以及油溫冷卻等技術(shù)領(lǐng)域的實際應(yīng)用，探索新時期仿生技術(shù)在液壓領(lǐng)域的未來發(fā)展。

[關(guān) 鍵 詞] 仿生學(xué)；液壓技術(shù)；非光滑表面；減阻抗磨；仿生降噪

[中圖分類號] Q811 [文獻標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）16-0218-01

目前，機械設(shè)計制造領(lǐng)域中的液壓泵與液壓缸是各行業(yè)普遍應(yīng)用的機械元件，也是液壓系統(tǒng)中重要組成部分，液壓元件的性能直接影響液壓系統(tǒng)的正常運行?，F(xiàn)階段流體機械領(lǐng)域研究的重要課題為：如何完善與提高液壓系統(tǒng)的性能，為行業(yè)領(lǐng)域提供技術(shù)優(yōu)勢?，F(xiàn)代仿生學(xué)理論基礎(chǔ)實踐過程包括：觀測、研討自然界生物功能本領(lǐng)與特性，并將研究理論應(yīng)用到科學(xué)理論的構(gòu)建中，改變某些傳統(tǒng)老舊的功能特性，創(chuàng)新發(fā)展出更加高效、靈敏等具有眾多優(yōu)勢的科技產(chǎn)物。作為一門邊緣新生學(xué)科，仿生學(xué)技術(shù)涵蓋范圍廣闊，包括材料力學(xué)、物理化學(xué)、機械工程、生物科學(xué)、計算機技術(shù)等眾多基礎(chǔ)學(xué)科。

一、液壓缸仿生技術(shù)應(yīng)用概述

（一）表面形態(tài)仿生密封技術(shù)

經(jīng)過研究表明：密封件上部出現(xiàn)半球微小坑部時，液壓缸密封性能將會得到極大的提升。利用激光技術(shù)加工液壓缸非光滑表面，并與水泵密封件進行相關(guān)試驗對比，該理論結(jié)果得到驗證。仿生學(xué)研究人員對土壤動物進行了大量的研究，指出密封器件的表面仿生非光滑處理將對機械性能產(chǎn)生一定影響，甚至可以說，這是未來機械密封件的發(fā)展方向。同時還有其他相關(guān)人員對材料形態(tài)耦合仿生密封技術(shù)進行了探究。

（二）材料形態(tài)耦合仿生密封技術(shù)

不僅僅是表面形態(tài)仿生密封技術(shù)，人們對材料形態(tài)耦合仿生密封技術(shù)的研究也從未停止。例如，模仿結(jié)狀蠕蟲水質(zhì)的周向和軸向腔體變形并在此柔性腔體外覆蓋一層密封外衣，將天然乳膠為制造原料，從而實現(xiàn)水下機器人的收縮與伸張整體變形密封。材料形態(tài)耦合的仿生密封技術(shù)，在一定程度上提高了密封效果，同時，相關(guān)人員的不斷研究和設(shè)計也拓寬了材料形態(tài)耦合仿生密封技術(shù)的應(yīng)用范圍，使得材料形態(tài)耦合仿生更廣泛地被應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中。

二、液壓減阻抗磨仿生技術(shù)應(yīng)用

（一）形態(tài)仿生減阻抗磨

在形態(tài)仿生技術(shù)地應(yīng)用中，對于摩擦與磨損問題地處理需要受到足夠的重視。數(shù)年前，相關(guān)研究人員依據(jù)仿生學(xué)理論對離心式水泵的工作葉輪表面進行了非光滑凹坑實驗，以減小仿生非光滑葉輪表面的物理摩擦力，在定式范圍內(nèi)降低剪應(yīng)力及其附近的湍流粘性，這樣的實驗使繞軸轉(zhuǎn)動的力矩作用減小，從而達到減阻增效的目的。在形態(tài)仿生技術(shù)的減阻抗磨研究過程中，相關(guān)材料設(shè)計仍然發(fā)揮著一定的作用。

（二）形態(tài)-材料耦合仿生減阻抗磨

在形態(tài)材料耦合仿生密封技術(shù)中，減阻抗磨仍然是一個經(jīng)久不衰的話題，相關(guān)人員通過運用逆向設(shè)計思維獲取毛蚶殼的表面形態(tài)特征與軟硬相間的硬度分布特征。相關(guān)工作人員利用這種特性，將石英砂與水混合進行實驗，結(jié)果表明只能通過激光進行合金化，激光變硬化處理的光滑試樣，單元形態(tài)仿生式樣和形態(tài)以及材料耦合仿生式樣的耐沖蝕磨損性能與光滑試樣相比均有一定程度的提高。

三、液壓仿生降噪技術(shù)應(yīng)用

在對液壓仿生技術(shù)的研究過程中，不難發(fā)現(xiàn)如何降低液壓站噪聲處理是液壓噪聲控制研究中的重點難點。以東北常見的長耳鸮翼表面形態(tài)特征作為研究對象，提取長耳鸮翼表面降噪特征信息，同時對所獲得的信息進行量化仿真分析。得出了仿生非光滑翼模型比光滑翼模型在降噪方面具有更顯著的作用，仿生非光滑翼模型比光滑翼模型降噪效果更好，約差5～12dB。羅向陽提出軸向柱塞泵的耦合振動的影響因素，以及泵內(nèi)流體對流量脈動的變化影響，結(jié)合微觀流道結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)，提出角度優(yōu)化以降低軸向柱塞泵的脈動高度，應(yīng)用三維打印技術(shù)，在生產(chǎn)中實現(xiàn)了低振動機械結(jié)構(gòu)的規(guī)模制造。在設(shè)計與生產(chǎn)中將仿生學(xué)應(yīng)用于液壓元件的創(chuàng)新型設(shè)計中，優(yōu)化設(shè)計符合工程實際的液壓泵內(nèi)架構(gòu)，提升現(xiàn)階段液壓工藝耦合降噪的新標(biāo)準(zhǔn)與新水平，改進吸收泵口液壓元件的設(shè)計，減少與抑制振動。

四、液壓元件改進發(fā)展方向

液壓元件應(yīng)用雖然已經(jīng)產(chǎn)生了一定的效果，并且取得了一定的成就，但是仍然有許多問題需要進一步優(yōu)化。在液壓體系降噪內(nèi)容中，應(yīng)結(jié)合生物梯度結(jié)構(gòu)模仿設(shè)計工藝對液壓元件降噪結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化；從液壓元件制造層面進行分析，可以模仿生物技術(shù)利用多孔吸能材料，代替老舊的液壓元件；在設(shè)計元件時，結(jié)合泵體結(jié)構(gòu)與金屬材料的實際效果，有效選用適合產(chǎn)品性能的金屬性能材料，例如，液壓外表面的防污性能、高速液壓缸的油溫控制等?？偠灾?，利用多元耦合仿生技術(shù)，從形態(tài)結(jié)構(gòu)到材料的綜合應(yīng)用，都在很大程度上提高了液壓元件的應(yīng)用效果和性能。

綜上所述，仿生技術(shù)在液壓領(lǐng)域零件制造領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值。仿生技術(shù)作為現(xiàn)代科技發(fā)展的高新技術(shù)，通過模仿生物的結(jié)構(gòu)特征方式，優(yōu)化液壓構(gòu)件的生產(chǎn)與創(chuàng)造。密封圈與液壓缸套等元件模仿生物的非光滑表面形貌結(jié)構(gòu)，并且對液壓結(jié)構(gòu)模仿生物本體功能以實現(xiàn)減阻抗磨與降噪的實踐優(yōu)化。

參考文獻：

[1]趙彥修，林育真.生命科學(xué)的理論進展：新型學(xué)科[M].濟南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2013.

[2]羅向陽，權(quán)凌霄，關(guān)慶生軸向柱塞泵整棟原理的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].流體機械，2015，43（8）：41-48.