HANSA-FLEX液压系统专家｜电影《流浪地球》的液压装备漫谈

流体力学

从生命健康到航空科技，从能源安全到环境保护，流体力学作为现代科学技术的血液，无时无刻不在发挥着关键作用。

什么是流体机械

流体，可以是液体，也可以是气体。从空气动力学到生物工程，世界上的大量学科都和流体有关。

通用流体机械是装备制造业中必不可少的重要组成部分，是国家重大能源工程建设中不可或缺的关键设备。作为流体控制关键系统部件，以泵、阀、压缩机等为代表的流体机械被广泛用于石油石化、天然气集输、电力、冶金、矿山、化工等领域，在国民经济中发挥着重要的作用。

流体与液压系统

液压技术是一种古老的动力技术，从蒸汽动力技术延伸而来。它以流体作为传动介质，从而与电气动力的技术逻辑区别开来。液压系统对于流体机械设备的作用，相当于心脏之于人的作用。

一个基本的液压系主要由这几部分组成:

动力源一一液压泵

控制元一一阀

执行元一一液压执行器(驱动器、作动器)

辅助元——闭合的液压管路及其他辅助元件

液压系统传动的原理

液压系统主要分为传动系统和控制系统。液压传动系统的主要功用是传递动力和运动，输送液压油，液压油进入油缸的腔内，控制油缸活塞杆伸出或缩回来执行各种动作。

如图示，油缸右边部分带活塞杆为有杆腔，另外一边为无杆腔。当液压油进入无杆腔，活塞杆被推出；当液压油进入有杆腔，活塞杆被退回。

上图为最简单的一套液压系统（或称液压泵站），油泵电机等组成动力源把油输送到油缸中，而电磁阀起到换向的功能，使得油缸活塞杆伸出，或者缩回。

由于液压系统所用的流体一般可看做不可压缩流体，流体又充满了管路，因此压力在管路中是通过机械波传导的，传导速度快。这种特性给了液压系统很高的控制带宽，对高频的控制信号也有很好的响应。也就是说，如果我想让执行器做一个快速的往返运动，它能跟得上。

如果控制带宽低的话，你可以理解为执行器上面加了个软弹簧，当我想拉它时，它得过一会オ反应过来气动系统一般用的可压缩的空气，因此控制带宽低，气管中就好像有弹簧连起来的似的。

由于液压系统可以方便地输出直线运动，且当油路中压力足够时输出力可以自动地与负载平衡。由于管路材料的强度优势，管路中可以存在大压力，因此可以用小体积的液压缸输出大力。

由于这些优点，液压系统经常被用在大负载场合，如大型工程机械中。逐地，液压系统逐渐成为了一种力量的代名词，液压系统中最常出现的液压缸也逐渐成为了力量的具

液压系统的技术发展

液压系统各部件作用：

油缸：执行元件

电磁换向阀：液路系统中用来实现液路的通断或液流方向的改变。

节流阀：通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量

压力管路过滤器：清除或阻挡杂质，防止元件磨损或卡死

溢流阀：定压溢流、稳压、系统卸荷和安全保护作用

油泵：将原动机的机械能转换成液压能

电机：动力源

液压技术应如何转变其形象以面对新世界呢？答案很简单，必须通过整合新技术来加以转化，特别是在电子控制和机电传动方面。如果这样做了的话，液压系统将会实现质变，并能提供全新的、高科技感十足的用户体验。

未来的可行性为了对未来的可行性做出可靠的描述（在10年的观察期内），研究人员进行了一项调查，以确定是否可以替代工业液压系统10个主要领域中最重要的应用。

工业液压系统的重要行业与应用概述

上述主要应用考虑了以下驱动类型：

–    线性运动：所有运动中的80%以上

–    液压：通过阀门或泵控制和小型轴的气缸驱动

–    机电：滚珠或滚轴丝杠组件

–    旋转运动：所有应用中的20%以内

–    液压：泵控制或辅助控制

–    机电：直接驱动或齿轮电机

对最适合未来的驱动类型的总体评估是基于针对以下四个主要类别所进行的调查，每种应用总共有13项标准：

–    功能：动力学、稳健性、静态功率极限、准确性、安全性

–    集成性：安装空间、灵活性、用户友好性

–    成本效益：成本、效率、使用寿命

–    生态：生态友好、维护

应用与想象力

液压系统主要分为传动系统和控制系统，应用非常广泛：

轻纺工业：塑料注塑机、橡胶硫化机、造纸机、印刷机和纺织机等；

汽车工业：消防车、液压高空作业车、液压自卸式汽车和液压越野车等均采用了液压技术；

农业机械：采用液压技术也很广泛，如拖拉机、联合收割机、犁等；

工程机械：普遍采用了液压传动，如振动式压路机、平地机、自行式铲运机、轮胎起重机、履带推土机、汽车起重机、轮胎装载机、挖掘机等；

冶金工业：恒张力装置、带材跑偏、高炉控制、转炉控制、平炉装料、轧钢机的控制系统、电炉控制系统等；

机床工业：目前机床传动系统有85%采用了液压传动与控制。如组合机床、剪床、压力机、拉床、刨床、铣床、磨床等；

船舶工业：应用液压技术很普遍，如全液压挖泥船、打捞船、打桩船、采油平台、水翼船、气垫船和船舶辅机等。

飞机上的液压系统有多重要？飞机上以油液为工作介质，靠油压驱动执行机构完成特定操纵动作的整套装置。为保证液压系统工作可靠，特别是提高飞行操纵系统的液压动力源的可靠性，现代飞机上大多装有两套(或多套)相互独立的液压系统。它们分别称为公用液压系统和助力（操纵）液压系统。公用液压系统用于起落架、襟翼和减速板的收放，前轮转弯操纵，驱动风挡雨刷和燃油泵的液压马达等；同时还用于驱动部分副翼、升降舵（或全动平尾）和方向舵的助力器。助力液压系统仅用于驱动上述飞行操纵系统的助力器和阻尼舵机等，助力液压系统本身也可包含两套独立的液压系统。为进一步提高液压系统的可靠性，系统中还并联有应急电动油泵和风动泵，当飞机发动机发生故障使液压系统失去能源时，可由应急电动油泵或伸出应急风动泵使液压系统继续工作。

如果拿人来对比飞机，那么，发动机相当于心脏，燃油相当于血液或者说能量，液压相当于肌肉，众多计算机相当于大脑，飞行员……相当于你妈或者你爱人。哈哈哈但是今天小编不是来讲飞机案例的，咱么来讲讲：

电影《流浪地球》中的外骨骼

看过的同学都知道，电影中共出现了两种外骨骼，一种是刘户口用的上肢外骨骼手臂，另一种是CN171-11特遣队配备的军用全身外骨骼。

在剧情中，这套外骨骼首先抓眼球的是各种机械部件、异型腿杆、液压缸、各种管线、发光的关节等等。配合上黑色的恒温服，背部的有质感的能源背板，复杂的细节在王磊出场长镜头一下午全部冲击出来，让观众大呼过瘾。

接下来的周倩出场中，镜头从全身聚焦到头部，观众对这套外骨骼装备有了进一步的认识。

周倩先闻其声，后见其人，出场也十分有气势

既然整体科技风格偏向于重工业时代的粗粝感，那么最能体现重工业的是什么?大型工程机械!大型工程机械中标志性的东西是什么?液压缸!

因此，尽管当今现实外骨骼技术研究中电动外骨骼占绝大比例，尽管现在的电动外骨骼已经能做到贴身、简洁的外形，都不重要。重要的是，电影里的外骨骼装备一定要有工业感的液压缸!一个不够就上两个。

如上图红圈部分，人体髋关节是一个3自由度关节，般的外骨骼设计通常采用一个屈伸自由度+外摆内收自由度，外旋内旋自由度则看情况设计。而流浪地球的全身外骨骼在髋关节是一种并联机构的设计。髋关节做每个自由度的运动时，两根液压缸都要同时运动，且两者运动必须得满足一定关系。

并联机构的控制当然比常规方式要难很多，但是如上所述，液压缸数量一定要多，这样可动部件就多，看起来就炫。

同理，外骨骼的上身部分经常出现在镜头中，且其轮廓剪影一定程度上影响着观众对角色的印象，因此就要做的更炫了。

手大臂处的液压缸的液压管路用的红色线，腿上没有肩部却有的能源指示灯环，不贴身的液压缸放置，等等这些都是增加上身的视觉吸引力。

电影《流浪地球》概念设计师张勃也在访谈中谈到整个影片科技风格的确立，那么回到工业感的确立，近现代科技发展起源于西方，现代大量的科幻作品中的机械以及工程要素都是基于西方近现代的科学技术发展之上的。我们一致认为工程构件、机械设备等要素的体现很难逃脱出西方已经建立起的基本体系。这一点认清现实是解除思想東缚的第一步。

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