影响流体动力未来发展的宏观趋势

正如鲍勃·迪伦在1964年首次唱到的那样，“时代在变迁”。当时如此，如今更是如此，各种形式的技术正在给几乎所有行业的方方面面带来重大变革。动力系统也不例外，它正逐渐偏离其发展历程中长期沿用的系统和技术。

尽管在讨论主要行业趋势时经常被忽视，但移动流体动力领域正在发生的事情对动力系统的未来发展方向有着广泛的影响。正因如此， 《动力进展》杂志向以下行业专家征求意见：

• 丹佛斯动力解决方案公司总裁丹尼尔·温特
• 胡斯科公司工程副总裁科里·奎内尔
• Russ Schneidewind，HydraForce公司业务发展总监

在本系列文章的第一部分（共两部分）中，我们将探讨这些专家在其服务市场中观察到的趋势，分析这些趋势背后的原因，以及这些趋势对移动流体动力行业及其客户的影响。在第二部分中，我们将更深入地探讨该行业面临的挑战，以及这些供应商和其他供应商如何通过自身发展来应对当前及未来一段时间内的这些挑战。

生产率和可靠性

施耐德温德指出，移动流体动力行业密切关注移动 OEM 行业的需求。

挖掘机液压系统会浪费约 70% 的有效动力。优化液压系统可以延长机器运行时间，减少电池需求和成本，从而加速电气化进程。（图片：丹佛斯动力解决方案）

他解释说：“如果你看看非公路移动设备，他们正努力提供更坚固耐用、运行时间更长、可用性更高的设备，以便让机器能够随时用于各种应用场景。他们也在寻求提高生产效率。他们希望能够更快、更精确地完成工作，尤其是在重复性动作方面。”

“这给移动流体动力行业带来了许多不同的需求，其中包括与电子设备和液压系统本身更高程度的集成。”

无论机器大小，对生产效率和可靠性的需求都发挥着作用。

“随着设备变得更小、更强大、更高效，液压元件必须在最大限度地减少能量损失的同时，提供更高的功率密度，”奎内尔说。“这促使液压回路、泵和集成电液解决方案进行创新——例如，使用传感器来消除/减少机械部件的数量/复杂性——以最大限度地提高系统效率。”

他补充说：“许多汽车制造商正在寻求使用排量更大的泵，在较低的发动机转速下运行，以便在柴油发动机更节能的范围内工作，同时保持相同的生产率。”

电子和软件

历史上，现场生产效率的实现一直取决于设备操作员。但温特表示，影响移动机械设计以及这些机械子系统的宏观趋势是熟练劳动力短缺。

Husco的MX平台专为灵活、稳健的电液集成而设计。（图片：Becky Schultz）

施耐德温德评论道：“过去，操作员主要是‘大脑’，液压系统是‘肌肉’。但在过去三到五年里，这种情况越来越普遍……现在变成了操作员和电子设备成了大脑，液压系统成了肌肉。” “因此，为了解决原始设备制造商（OEM）关注的正常运行时间和可用性问题，我们看到的是需要更灵活的系统。”

他说：“电子技术在这方面很有帮助，因为你可以采用类似的液压架构，并通过调整机器上的电子元件或应用软件，根据操作员或应用场景来调整机器的运行方式或操控感受。这使得机器在更多应用场景中都能更灵活地使用，并且在很多情况下也能提高正常运行时间。”

温特也认同，电子元件和软件对于实现当今的现代化控制系统至关重要。“我们看到越来越多的液压系统采用了复杂的电子控制，”他说道。“事实上，如今很少有新产品采用机械接口设计。丹佛斯几乎所有的新产品开发都完全针对数字控制。”

“当然，我们仍然提供机械控制，但纯数字化的优势在于可以省去增加成本的机械装置。我们也开始看到更多采用组件级控制而非集中式控制的分布式架构。”

迈向更高自动化水平

原始设备制造商 (OEM) 面临的任务是提供能够适应不断变化的劳动力市场动态的解决方案，这意味着需要提高自动化程度。

自主和半自主功能可以通过提高操作员的生产效率和准确性，帮助设备所有者解决劳动力和技能短缺问题。（图片：丹佛斯动力解决方案）

施耐德温德指出：“过去，这类设备通常由技术精湛、经验丰富的专业操作员操作。如今，这类熟练的操作员越来越少，取而代之的是更多需要操作多种类型机器的通才。原始设备制造商（OEM）真正渴望的是自动化辅助，以提高生产效率。流体动力行业必须能够满足这一需求。”

奎内尔表示：“农业、建筑和物料搬运领域对自主和半自主机械的需求日益增长。由于农业和物料搬运作业的性质比建筑设备所面临的各种环境和任务更为明确，因此它们在这一领域走得更远。”

到目前为止，工程机械的进步主要体现在施奈德温德所描述的重复性功能的自动化辅助上，例如用于卡车装载作业的轮式装载机的返回挖掘或返回高度。

他解释说：“通过自动化功能，可以更快、更准确地完成这项工作。只需在设置限位后点击一个按钮，铲斗就会快速下降到所需的位置，而操作员则可以驾驶车辆驶向堆垛。”

温特表示，要使机器能够进行这种半自主甚至完全自主的操作，需要“大功率电子设备、先进的软件以及将所有这些结合起来的专业知识”。

“仅仅成为零部件供应商已经不够了，”他说。“你需要彻底了解应用，还需要具备系统和软件方面的专业知识。”

可持续发展重点

温特表示，影响移动流体动力的第二个宏观趋势是可持续性。“环境保护和燃料成本上涨正在推动对更高效液压系统的需求，”他指出，“并加速电气化的步伐。”

奎内尔表示，汽车制造商面临着降低油耗和排放的压力，这就要求液压系统更加高效，并与替代动力源集成。

博世力士乐全新EDG-OBE系列集成电子元件的紧凑型导向阀。（图片：博世力士乐/Hydraforce）

他继续说道：“挑战在于，每家原始设备制造商（OEM）——甚至同一OEM的不同机型——都采用独特的策略来提高机器效率和选择替代动力源。为了保持竞争力并满足这些多样化的需求，Husco开发了灵活的模块化阀门平台，可以根据每家OEM的具体策略进行定制。”

昆内尔特别提到电气化方面，指出电液系统和纯电动系统的应用日益普及。“原始设备制造商正在集成智能液压控制系统、电动执行器（用于小型和微型机械）以及电池或混合动力系统，以提高燃油效率并减少对环境的影响。”

但即便如此，他认为液压系统仍将占有一席之地。“虽然全电动执行器在某些应用领域（主要是小型/微型机械）或大型机械的特定功能中越来越受欢迎，但在需要高功率密度和高力输出的场合，液压系统仍然至关重要，”奎内尔说道。

“液压优化对于传统机械很重要，但对于电动机械来说，其重要性或许更高，”温特断言。“以挖掘机为例，其液压系统会浪费70%的有效动力。通过降低这一比例，我们可以延长机器的运行时间，或许还能减少机器所需的电池数量，从而降低成本，加速电动汽车的普及。”

“在丹佛斯，我们不断研发更高效的液压元件并优化现有元件，但如今提升效率的关键在于系统层面。系统层面涉及的变量更多，我们可以通过软件优化机器运行，从而降低能耗。”

并非互斥

温特接着说道：“人们普遍误以为液压和电气是相互排斥的。事实上，在很多情况下，它们是互补的。”

例如，虽然电力推进系统可以取代液压推进系统，但大功率非公路机械仍然依赖液压系统来实现其强大而高效的动力转换。在一些低功率和旋转应用中，电力系统已经取代了液压系统，但要用经济高效、坚固耐用且结构紧凑的电气化解决方案来取代线性液压动力仍然很困难。

驾驶效率

温特认为电气化带来的最大影响是液压系统效率需要大幅提高。

“在第一代电动机械中，原始设备制造商往往用电动机和电池取代内燃机，而液压系统基本保持不变。在许多应用中，这会导致机器运行时间不足。换句话说，它无法在一次充电后完成一整天的工作，”温特指出。

HydraForce EHBL 数字动臂控制系统采用 HF-Impulse 2.0 软件，旨在通过 EHBL 阀门节省能源并提高精度，同时借助 HF-Impulse 2.0 配置和编程软件简化开发和维护流程。（图片：HydraForce/博世力士乐）

他继续说道：“对于第二代机械设备，原始设备制造商 (OEM) 正致力于优化液压系统，并考虑采用重力下降、独立计量、分区系统和能量回收等替代架构和技术。丹佛斯已经完成了多台机械设备的改造，包括轮式装载机和挖掘装载机。我们目前也在研发挖掘机。这些经验使我们积累了丰富的实践经验，能够指导 OEM 厂商进行各自的探索，不仅包括如何实现电气化，还包括如何优化液压系统。”

因此，尽管温特承认从长远来看，电气系统将逐渐蚕食液压系统的市场份额，但他同时也认为，在某些应用领域，液压系统反过来也会从机械解决方案手中夺取市场份额。“液压系统的需求不会在短期内断崖式下跌，”他保证道，“所以业内人士不必担心。”

施耐德温德在谈到替代能源时，效率也是其论点的核心。“无论电力系统是电气化、柴油、混合动力，还是氢能或其他能源——例如农业市场可能使用的甲烷——最终都归结于效率，”他说道。“车辆的动力容量有限，因为承载能量的空间也有限。因此，液压系统必须提高效率，才能更好地利用机器上的可用能量。”

需要新的架构

施耐德温德预见到，这种效率的提升将通过新型液压架构和系统来实现。“这将需要更低的压降、先进的控制技术以及更多电子元件和传感器的集成，”他预测道。“我认为，这将是行业面临的最大挑战——这些系统是什么样的，如何推广它们，以及客户如何将这种新型架构集成到他们的机器中？”

“这将是最大的挑战之一，但对于那些能够为客户提供此类支持、做出相应改变并实现25%、30%、40%甚至45%效率提升的公司来说，这也是一个机遇，”施耐德温德继续说道。“移动流体动力和液压领域还有很大的效率提升空间。”

编者按：本文最初发表于2025年4月刊的《电力发展》杂志。敬请关注本系列文章的第二部分，该部分将在《电力发展》杂志的后续期刊中刊登。