仿生技術在液壓領域中的應用和展望

任艷平

[摘 要] 現代科學技術的發展，催生了許多衍生項目的開發與應用。液壓技術在行業生產中大量應用，是眾多過程技術中的重要組成部分。新時代的液壓技術應結合現代高新科學技術，改變傳統技術的局限與弊病。現代仿生技術在液壓技術密封、減阻抗磨、降噪等領域的應用取得了不錯的成效。主要簡述了液壓技術的形態、結構與材料設計基礎，針對液壓降噪、緩沖吸能以及油溫冷卻等技術領域的實際應用，探索新時期仿生技術在液壓領域的未來發展。

[關 鍵 詞] 仿生學；液壓技術；非光滑表面；減阻抗磨；仿生降噪

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

目前，機械設計制造領域中的液壓泵與液壓缸是各行業普遍應用的機械元件，也是液壓系統中重要組成部分，液壓元件的性能直接影響液壓系統的正常運行?，F階段流體機械領域研究的重要課題為：如何完善與提高液壓系統的性能，為行業領域提供技術優勢?，F代仿生學理論基礎實踐過程包括：觀測、研討自然界生物功能本領與特性，并將研究理論應用到科學理論的構建中，改變某些傳統老舊的功能特性，創新發展出更加高效、靈敏等具有眾多優勢的科技產物。作為一門邊緣新生學科，仿生學技術涵蓋范圍廣闊，包括材料力學、物理化學、機械工程、生物科學、計算機技術等眾多基礎學科。

一、液壓缸仿生技術應用概述

（一）表面形態仿生密封技術

經過研究表明：密封件上部出現半球微小坑部時，液壓缸密封性能將會得到極大的提升。利用激光技術加工液壓缸非光滑表面，并與水泵密封件進行相關試驗對比，該理論結果得到驗證。仿生學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生一定影響，甚至可以說，這是未來機械密封件的發展方向。同時還有其他相關人員對材料形態耦合仿生密封技術進行了探究。

（二）材料形態耦合仿生密封技術

不僅僅是表面形態仿生密封技術，人們對材料形態耦合仿生密封技術的研究也從未停止。例如，模仿結狀蠕蟲水質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，從而實現水下機器人的收縮與伸張整體變形密封。材料形態耦合的仿生密封技術，在一定程度上提高了密封效果，同時，相關人員的不斷研究和設計也拓寬了材料形態耦合仿生密封技術的應用范圍，使得材料形態耦合仿生更廣泛地被應用于生產和生活中。

二、液壓減阻抗磨仿生技術應用

（一）形態仿生減阻抗磨

在形態仿生技術地應用中，對于摩擦與磨損問題地處理需要受到足夠的重視。數年前，相關研究人員依據仿生學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，在定式范圍內降低剪應力及其附近的湍流粘性，這樣的實驗使繞軸轉動的力矩作用減小，從而達到減阻增效的目的。在形態仿生技術的減阻抗磨研究過程中，相關材料設計仍然發揮著一定的作用。

（二）形態-材料耦合仿生減阻抗磨

在形態材料耦合仿生密封技術中，減阻抗磨仍然是一個經久不衰的話題，相關人員通過運用逆向設計思維獲取毛蚶殼的表面形態特征與軟硬相間的硬度分布特征。相關工作人員利用這種特性，將石英砂與水混合進行實驗，結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，單元形態仿生式樣和形態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、液壓仿生降噪技術應用

在對液壓仿生技術的研究過程中，不難發現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，以及泵內流體對流量脈動的變化影響，結合微觀流道結構設計基礎，提出角度優化以降低軸向柱塞泵的脈動高度，應用三維打印技術，在生產中實現了低振動機械結構的規模制造。在設計與生產中將仿生學應用于液壓元件的創新型設計中，優化設計符合工程實際的液壓泵內架構，提升現階段液壓工藝耦合降噪的新標準與新水平，改進吸收泵口液壓元件的設計，減少與抑制振動。

四、液壓元件改進發展方向

液壓元件應用雖然已經產生了一定的效果，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化。在液壓體系降噪內容中，應結合生物梯度結構模仿設計工藝對液壓元件降噪結構進行優化；從液壓元件制造層面進行分析，可以模仿生物技術利用多孔吸能材料，代替老舊的液壓元件；在設計元件時，結合泵體結構與金屬材料的實際效果，有效選用適合產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枚嘣詈戏律夹g，從形態結構到材料的綜合應用，都在很大程度上提高了液壓元件的應用效果和性能。

綜上所述，仿生技術在液壓領域零件制造領域具有極大的應用價值。仿生技術作為現代科技發展的高新技術，通過模仿生物的結構特征方式，優化液壓構件的生產與創造。密封圈與液壓缸套等元件模仿生物的非光滑表面形貌結構，并且對液壓結構模仿生物本體功能以實現減阻抗磨與降噪的實踐優化。

參考文獻：

[1]趙彥修，林育真.生命科學的理論進展：新型學科[M].濟南：山東科學技術出版社，2013.

[2]羅向陽，權凌霄，關慶生軸向柱塞泵整棟原理的研究現狀及發展趨勢[J].流體機械，2015，43（8）：41-48.