高压柱塞泵，鲠在中国装备制造业咽喉的一根刺
2018-5-29 来源： 科技日报 作者：-
是什么卡了我们的脖子——
高压柱塞泵，鲠在中国装备制造业咽喉的一根刺
“我国液压工业的规模在2017年已经成为世界第二，但产业大而不强，尤其是额定压力35MPa以上高压柱塞泵，90%以上依赖进口。可以说，高压柱塞泵是鲠在我国装备制造业咽喉要道的一根‘刺’。”近日，在太重集团榆次液压工业有限公司，该公司副总、高级工程师陈群立对科技日报记者说，“高性能的柱塞泵，美德日等国外4家龙头企业占据中国市场70%以上份额，在技术方面却对中国严密封锁。”
小部件，大威力
高压柱塞泵是高端液压装备的核心元件，被称作液压系统的“心脏”。液压系统是装备制造业的关键部件之一，被广泛应用于农林机械、化工、轻纺机械、能源工业机械、冶金工业机械、建材工业机械、机床行业，以及军工、航空航天、船舶等等。据相关数据统计，发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术。可以说，一切工程领域，凡是有机械设备的场合，都离不开液压系统。
一个完整的液压系统由5个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵。
高压柱塞泵属于动力元件。我国国产大飞机C919试飞成功的重要功臣之一，中国二重生产的国际最大的8万吨级模锻液压机，其高压柱塞泵就是进口美国的产品，几十台柱塞泵靠电动机带动把液压油加压后推动油缸产生8万吨的锻打压力。再比如坦克的履带行走，就是依靠内燃机带动液压泵，让油液经由阀门控制通过油管输出去，驱动马达变成旋转运动，然后带动履带行走。我国的坦克、装甲车等军工机械，绝大多数使用的是进口高压柱塞泵。这些进口的液压泵，每台价格都在20万元以上。而这些液压泵的更换和维修，都会受到外国公司供货周期和提供服务的牵制。
“形似”易，“神似”难
陈群立说：“要实现高压柱塞泵产品的技术突破，首先就要实现高端铸件的突破。”
他介绍，高压柱塞泵的各个零件都被整体“包裹”在铸造壳体里面，如果说高压柱塞泵是液压设备的心脏，那么，柱塞滑靴副可视作这个心房内的心瓣膜。与柱塞、滑靴配对运动的缸孔及止推板都相当于“心房”“心室”的动力部件，他们都在输出动力的时候各司其职，受冲击和交变应力最为频繁，受压最大，运动速度和加速度最高，这些部件除了本身应该具有高硬度和耐磨的特性外，他们还共同依靠铸件壳体的高精度支撑。
“高压柱塞泵在工作过程中，会受到10—30兆帕的高频率冲击，高压柱塞泵在高频率的冲击下，铸件外壳就要承受巨大的机械力和液压力，不合格的铸件外壳在受力(热)后会变形变大，壳体轻则会出现‘冒汗’现象，重则泄漏，甚至有的柱塞—滑靴还会出现脱开的现象。”陈群立介绍。另外，由于壁厚不均，存在许多孤立的热节，高压柱塞泵铸件内部容易出现缩松缩孔等缺陷，所以高压柱塞泵的铸件对技术、工艺和后续处理等方面的要求很高。
国内生产的液压柱塞泵与外国品牌相比，在技术先进性、工作可靠性、使用寿命、变量机构控制功能和动静态性能指标上都有较大差距，基本相当于国外上世纪90年代初水平。差距主要表现在产品品种、性能和可靠性等方面。液压产品品种只有国外的1/3，寿命为国外的1/2。我国生产的高压柱塞泵与国外先进水平的差距在于：故障率高，我们的产品有的只用一两个月就出现故障，国外的可以用一两年；平均无故障运行时间，我国的在2000小时以下，国外的可以达到8000小时以上；泵的容积效率低下，我国的柱塞泵长时间运行状况下极易发生过度发热、内损，从而功效急速下降。
目前，国内生产液压柱塞泵规模较大的有太重榆液、中航力源、北京华德等企业。
由于铸件工艺的薄弱，国内大多企业只能做到“形似”，还没能做到“神似”。
国产化提速，推广应用还需假以时日
山西是我国重要的液压基础件生产制造基地，也是重型装备的制造和使用大省。太重集团榆次液压工业有限公司，是国内规模最大的高端液压产品制造企业之一。产品用户遍布全国，出口东南亚、中东、欧美等国家和地区。近年来，太重榆液引进国际先进工艺技术，引进世界顶级的液压铸造专家、质量控制专家和软件设施等，初步实现了引进吸收再创新。目前，材料研究、柱塞泵、高压阀、多路阀等多项关键技术已经取得突破，产品已经实现了装机。
陈群立说：“我们的自主产品还需要市场检验，需要更多的用户检验。在初始阶段，推广应用是一道艰难的门槛。呼吁有关部门给予政策支持，帮助我们的自主产品走向市场，替代进口，反过来再促进我们的产品不断提高质量。”
发达国家的高压柱塞泵研究和应用，比我国早100多年，在二战期间，他们的产品已经广泛应用于军舰、坦克等大量军工装备。从基础理论研究到产品推广应用，都经历了长期的积累。而我国则从上世纪80年代末90年代初才有科研机构与生产厂家开始研究开发这种产品，有关高压柱塞泵的基础理论研究薄弱，设计理念和水平落后，特别是三大摩擦副的材料和工艺，都没有取得实质性进展。
太原理工大学机械工程学院院长权龙教授说：“并不是我国制造不了高压柱塞泵，只不过我国液压工业较发达国家起步晚，制造的柱塞泵在性能上、使用寿命和可靠性方面较国外先进产品尚有一定差距。近年来我们与国外的差距正在不断缩小，随着行业和企业的重视，这个差距会越来越小。”
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