液压传动行业专题研究：液压传动机械大力士

　　液压系统为动力传递与控制装置，用于实现机械能-液压能-机械能的转换。机械设备一般由 原动机、传动装置、控制系统和工作机构等构成，其中传动装置的作用是把原动机输出的 能量和动力经过各种形式的转换后传送给工作机构，实现机器对外做功。根据工作介质（传 动件）区分，机械设备主要包括三种传动方式：机械传动、电气传动、流体传动。液压传 动属流体传动范畴，以具有连续流动性的油液为工作介质，利用压力能进行动力的传递、 转换与控制。除液压传动外，流体传动也包括气压传动。 液压系统基本原理为液体的静压传动：利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能， 经过各种控制阀与管路的传递，借助于液压执行元件（缸或马达）把液体压力能转为机械 能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动或回转运动。液压系统工作机构推力的大小， 取决于油液的压力高低和液压缸活塞面积的大小，而工作机构运动速度的快慢取决于在一 定时间内进入液压缸流量的多少。

　　液压系统具多种分类方式。液压系统分类形式较多，如可根据油液循环方式分为开式、闭 式；可根据用途分位固定机械用与行走机械用；可根据工作特点分为液压传动、液压控制、 混合液压等。

　　液压系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、工作介质五大基本部分组成。液 压系统一般由液压元件（即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件）与工作介质两大 部分组成，能够实现某种功能的液压元件组合在一起称为液压回路（按用途可进一步划分 为压力控制、速度控制、方向控制和多缸动作控制等多种回路），多个液压回路按一定方式 连接即组成液压系统。

　　液压泵阀技术难度相对较高。根据恒立液压公告，各类液压元件中，泵阀相较于油缸而言 成本占比、技术及价值含量更高；以挖掘机应用为例，高压油缸仅占液压系统成本的 15%-18%，液压泵阀在液压系统的价值则占比高达 60%。此外，从各类产品国产化率情况 来看，液压阀国产化率仅为 4%，且贸易逆差最大，国产替代空间广阔。

　　液压传动拖动负载及操纵控制优势显著，广泛应用于工业机械。相较于其他传动方式，液 压传动主要优点包括：①相同功率下，液压传动装置的重量轻、体积小、结构紧凑，液压 马达体积和重量只有同等功率电动机的 12%左右；②可在大范围内实现无级变速（调速范 围可达 1：2000），也可在液压装置运行过程中进行调速；③运动件的惯性小，能够频繁迅 速换向，往复回转运动可达 500 次/分，往复直线 次/分；且传动工作平稳， 系统容易实现缓冲吸振，并能自动防止过载；④与电气配合，较容易实现自动化。其缺点 主要在于：①液压传动效率较低，经过两次能量转换后，存在一定机械能与液压能的损失； ②液压传动系统工作压力较高，控制元件制造精度高，系统成本较高；③系统工作过程中 发生故障不易诊断，容易产生泄露；④因有泄露与弹性变形大，不易做到精确定比传动； ⑤液压油液的性能及使用寿命受温度影响较大，适用的环境温度比机械传动小。液压传动 突出优点在于其可输出较大的推力或转矩，可实现低速大吨位运动，基本所有工程领域均 有应用液压传动，且在大功率、自动化控制时，液压传动优势显著。

　　液压传动为最常见流体传动方式。虽同属流体传动，但液压传动相较气压传动在功率与质 量比、转矩与转动惯量比、响应速度、可控性、负载刚度、调速范围等方面均具优势，应 用更为广泛，在流体传动中占比超 70%，故讨论流体传动一般重点讨论液压传动。

　　全球液压工业已进入成熟发展阶段，我国为第一大液压市场。根据国际流体动力统计委员 会，2021 年全球液压市场规模已达 304 亿欧元（约合人民币 2000 亿）。我国液压市场规模 全球占比持续提升，由 2010 年的 27%，提升至 2021 年的 35%，我国已成为全球第一大 液压市场。

　　我国液压传动渗透率有待提升，液压市场规模有望进一步增长。根据 World Bank 与国际流 体动力统计委员会 2020 年数据，美国制造业增加值仅约我国的 60%，但液压市场规模几 乎与我国持平，对比中、美液压产品销售额与制造业增加值比，美国约为 0.52%，我国仅 为 0.32%，表明我国液压传动制造业渗透率略低于美国。从应用场景来看，我国下游应用 集中度较美国更高，第一大应用领域-工程机械占比超 40%（2019），而美国则仅为 26%， 进一步验证我国下游应用场景犹待开发。整体来看，我国液压应用渗透率仍有提升空间， 液压传动市场规模有望进一步增长。

　　我国液压工业起步较晚，大而不强，高端产品仍待进口替代。海外视角，17 世纪中叶，帕 斯卡提出静压传递原理，为液压传动发展奠定理论基础；20 世纪 30 年代，受益于工艺制 造水平提升，液压元件开始生产，并首先应用于机床；20 世纪 50-70 年代，液压传动技术 进入高速发展期，快速渗透进入下游应用领域。相较于海外，我国液压工业起步较晚，20 世纪 50 年代才开始生产仿苏设备应用于机床，20 世纪 60 年代才逐步产生独立的液压行业。 尽管近年来我国液压行业发展迅速、市场规模持续扩大，但由于起步晚，我国液压产业持 续落后于德国、美国、日本的液压产业体系，整体大而不强，下游主机厂商持续依赖进口， 并形成恶性循环。

　　主要液压元件贸易逆差逐步收窄，但进出口价差仍高。根据海关总署数据，我国液压油缸 2016 年起即实现贸易顺差，液压马达 2019 年以来贸易逆差逐步收窄，液压泵 2020 年以来 贸易逆差逐步收窄，液压阀 2022 年贸易逆差显著收窄。但从进出口价差上来看，2022 年 液压油缸、液压马达、液压泵进口单价分别约为出口单价的 2.0 倍、5.9 倍、5.5 倍，进出 口价差仍大，表明高端液压件仍部分依赖进口，液压阀进出口单价差异虽小，但贸易逆差 最大，仍待国产替代。结合海关总署与国际流体动力统计委员会数据估算，2021 年我国液 压缸、液压马达、液压泵、液压阀国产化率分别约为 89%、70%、60%、4%，但考虑到部 分海外企业国内建厂、国内销售金额不统计于进口额中，实际国产化率或更低，结合进出 口价差情况，实际的高端液压件国产化率也或处于较低水平。

　　液压件材料成本占比最高，钢材为主要原材料。液压系统上游包括原材料、配件、工作介 质等配套。根据艾迪精密，2022 公司液压件成本结构中，直接材料成本占比达 65%。液压 元件中液压缸、液压泵、液压阀、液压马达产品附加值高、价值量占比较大，分析邵阳液 压、万通液压的液压泵、液压油缸原材料采购情况，钢材均为主要原材料。

　　液压产品应用广泛，工程机械为最主要应用领域。液压传动可输出较大的推力，基本所有 工程领域均有应用，根据中国液压气动密封件工业协会对 2022 年国内液压行业重点联系企 业销售情况的统计，工程机械为液压产品最主要应用领域，应用占比达 60%。对比工程机 械龙头、液压龙头销售情况，二者同比增速变动趋势亦基本一致；但液压件具备更高的市 场与产品品类开拓弹性，液压企业上轮工程机械周期底部及本轮工程机械周期上行阶段表 现均好于工程机械企业。

　　全球液压行业整体集中度较高，美日欧企业垄断高端市场。全球液压行业 CR3 约 34%，集 中度较高，龙头公司集中于美、日、欧国家，主要为德国博世力士乐、美国派克汉尼汾、 丹麦丹佛斯（2021 收购美国伊顿液压业务）、日本川崎重工、日本 KYB。海外龙头发展历 程长、产品品类丰富、营收规模大，全球高端液压件市场亦基本被海外龙头垄断。 国内恒立液压一枝独秀，营收规模已逐步赶超海外。国内液压件企业规模普遍较小，上市 公司中，目前仅恒立液压营收规模超 50 亿，市占率超 10%。2022 年恒立液压液压件相关 业务收入 82 亿元，已超过日本川崎重工、日本 KYB 液压件相关营收。 国内液压企业产品品类、应用领域、销售市场仍待拓展，规模仍具提升空间。对比国内、 海外龙头，国内龙头产品品类与应用领域相对单一，液压件主要应用于工程机械领域；此 外，国内企业全球化布局能力偏弱，市场主要集中于国内。国内液压企业产品品类仍待拓 展、国际市场有待开拓，规模仍具提升空间。

　　如前所述，液压系统主要由动力元件、执行元件、控制元件、液压辅件、工作介质五大部 分组成，根据中国液压气动密封件工业协会 2021 年数据，协会重点联系企业动力元件、执 行元件、控制元件、液压辅件生产价值量占比分别为 16%、47%、12%、12%。

　　动力元件主要为液压泵，以油液为介质传递动能。液压泵主要作用在于将原动机的机械能 转变为液压能，以给液压系统提供具有一定压力和流量的压力油。液压泵均为容积式，主 要依靠密封工作腔容积的变化实现吸油和压油。液压泵可按挤子结构、排量是否可调以及 可输出油液方向进行分类，其中，按挤子结构，液压泵可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵， 为最常见分类形式。液压泵主要性能参数包括压力（工作压力、额定压力、最高允许压力）、 流量（流量=排量×转速）、效率（容积效率、机械效率、总效率）。

　　各类液压泵结构原理、运转方式、性能特点各异，应用场景差异较大。液压泵需与液压机 的工况、功率大小、系统对工作性能的要求相适配。一般而言，负载小、功率小的机械设 备，选择齿轮泵、双作用叶片泵；负载大、功率大的机械设备（如龙门机床）选择柱塞泵； 精度要求较高的机械设备（如磨床）选择双作用叶片泵；辅助型液压系统（如送料设备） 选择齿轮泵。工程机械领域主要应用柱塞泵，齿轮泵、叶片泵亦有一定应用，但场景存在差异，如中大型挖掘机主要应用容积效率更高的轴向柱塞泵作为主泵（给液压马达、液压 缸供油，），用容积效率较低的齿轮泵作为先导泵（给分配阀供油）1，推土机、装载机及各 种行走式起重机等工作环境较恶劣的工程机械亦有应用经济性好、耐用性强的齿轮泵。

　　液压执行元件将液压能转换为机械能，主要包括液压马达和液压缸。液压执行元件是将液 体的压力能转换为机械能的能量转换装置，主要依靠压力油液驱动与其外伸杆或轴相连的 工作机构运动而做功，液压执行元件主要包括液压马达和液压缸。

　　液压马达将液压能转换为回转运动机械能，依靠密封工作腔容积变化工作，与液压泵结构 基本相同。液压马达是将液压能转换为回转运动机械能的执行元件，工作原理上，液压马 达与液压泵类似，均依靠密封工作腔容积变化而工作，但由于能量转换方向不同，二者结 构上互逆，液压马达为液压泵的镜像应用。与液压泵相似，液压马达按其结构类型也可分 为齿轮式、叶片式、柱塞式，此外，按照额定转速可分为高速、低速两类；按照所能传递 的转矩大小可划分为小转矩、中转矩、大转矩三类；按照每转中工作副的作用次数，可分 为单作用式和多作用式两类。

　　液压缸将液压能转换为往复直线运动机械能，为应用最广执行元件。液压缸俗称油缸，是 将液压能转换为往复直线运动或往复摆动机械能的执行元件，主要依靠压力油液驱动与其 外伸杆相连的工作机构运动而做工。液压缸种类较多，一般按其结构特点划分为活塞式、 柱塞式和组合式三类。液压缸常用性能参数为液压功率（压力、流量）和机械功率（输出 推力、运动速度）。

　　液压缸一般由缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置、排气装置五大部分组成： 1) 缸体组件：缸体组件主要包括缸筒与缸盖（包括前端盖、后端盖）。缸筒、缸盖需承受 油液压力，故耐压性、耐磨性、表面精度、密封性要求较高，一般用钢和优质铸铁制 成：当工作压力

　　0.2m/s）、高精度液压设备中的液压缸必须 设置缓冲装置。 5) 排气装置：用于排除液压缸工作时积留的空气，防止其影响液压缸及其带动的工作部 件运动的平稳性。一般液压缸通常不设置专门排气装置，主要通过缸的空载往复运动 将空气随回油带入油箱进行分离，直至运动平稳。 液压缸已形成标准化、系列化。我国各种系列液压缸的标准化工作稳步推进，目前重型机 械、工程机械、农用机械、汽车、冶金设备、组合机床、船舶等均已形成标准或系列。

　　液压控制元件为控制油液方向、压力和流量的元件。液压控制元件简称液压阀，液压阀主 要通过控制调节液压系统中油液的流向、压力和流量，使得执行元件及其驱动的工作装置 达到预定运动方向、推力（转矩）及速度（转速）等，以满足不同动作要求。液压阀为液 压技术产品中品种规格最多、应用最广泛、最灵活的元件。液压阀可按功用、控制信号形 式、阀芯结构形式、连接和安装方式分类，最常见为按功用划分为压力控制阀、流量控制 阀、方向控制阀。

　　压力控制阀主要用于控制液压系统中的液体压力。压力控制阀的功用是控制液压系统中的 油液压力，以满足执行元件对输出力、输出转矩及运动状态的不同要求。按功能与用途可 以分为溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀等。压力阀基本原理为：根据阀芯受力平衡原理， 利用受控液体的压力对阀芯的作用力（即液压力）与弹簧力的平衡条件，来调节阀的开口 量以改变液阻的大小。

　　1) 溢流阀：调节、稳定或限定液压系统的工作压力，当液体压力超过溢流阀的调定压力 值时，溢流阀阀口会自动打开，使油液溢回油箱（溢流）；溢流阀可以用来构成调压、 安全保护及背压等液压回路。 2) 减压阀：利用液流流过缝隙产生的压力损失，将较高的进口压力降低为所需的压力进 行输出并保持输出压力恒定；减压阀主要用于减压回路中，使单泵供油液压系统中的 某一部分油路具有比主回路低的稳定压力。 3) 顺序阀：利用油液压力作为控制信号控制油路通断，从而控制多个执行元件的先后顺 序动作；顺序阀与溢流阀动作原理相似，其主要区别在于：①顺序阀的出油口一般与 负载油路相通，而溢流阀的出油口要接回油箱；②溢流阀的弹簧腔可以与出油口沟通， 而出油口与负载油路相通的顺序阀的泄油口应单独接回油箱以免使弹簧腔有油压；③ 溢流阀的进油口最高压力由调压弹簧来限定，并且由于液流溢回油箱，所以损失了液 体的全部能量；而顺序阀的进油口压力由液压系统工况来定，进油口压力升高时阀口 将不断增大，直至全开，出油口压力油对负载做功。顺序阀可用来构成双缸顺序动作 回路及平衡回路等。 4) 平衡阀：用来防止液压缸活塞因负载自重而高速下落，即限制液压活塞的运动速度。 工程机械领域主要应用液控限速平衡阀。 5) 压力继电器：利用液体压力与弹簧力的平衡关系来启、闭内置的电气微动开关触点。

　　流量控制阀主要通过改变阀芯与阀口之间的节流通流面积的大小来控制阀的通过流量，从 而调节和控制执行元件的运动速度。流量控制阀有节流阀、调速阀和分流集流阀等，节流 阀是结构最简单、应用最广的流量阀。 1) 节流阀：最简单基本的流量控制阀，借助于控制机构使阀芯相对于阀体孔运动，以改 变阀口的过流面积从而调节输出流量；节流阀主要用于节流调速回路。 2) 调速阀：由节流阀与定差减压阀串联组成的流量控制阀，主要目的在于克服节流阀因 前后压差变化影响流量稳定的缺陷，一般减压阀串接在节流阀之前；调速阀流量稳定 性好，但压力损失较大，常用于负载变化较大而对速度稳定性又要求较高的定量泵供 油节流调速液压回路中。 3) 分流集流阀：用来保证液压系统中两个或两个以上的执行元件，在承受不同负载时仍 能获得相同或成一定比例的流量，从而使执行元件间以相同的位移或相同的速度运动 （即同步运动），故又称同步阀。

　　方向控制阀用于控制液流方向，以满足执行元件启动、停止及运动方向的变换。它主要有 单向阀和换向阀两类。方向控制阀的应用回路有锁紧回路、换向回路与卸荷回路等多种。 方向控制阀主要包括单向阀与换向阀两类。 1) 单向阀：单向阀包括普通单向阀、液控单向阀两类，前者只允许液流沿一个方向通过， 反向液流被截止；后者除普通单向阀功能外，还可按需要由外部油压控制，实现反向 接通功能；单向阀主要应用于锁紧回路，该回路广泛应用于机床夹紧机构以及汽车起 重机等起吊重物机械的支腿锁紧中。 2) 换向阀：通过改变阀芯在阀体内的相对工作位置，使阀体上的油口连通或断开，从而 改变液流的方向，控制液压执行元件的启动、停止或换向；换向阀包括滑阀式、转阀 式和球阀式三大类，其中滑阀式应用最为广泛；换向阀可组成执行元件换向回路，并 可构成卸荷回路以及执行元件串联、并联控制回路和顺序动作回路等。

　　液压辅件：动力、执行、控制元件外的各类组成元件 辅件为液压系统必要构成。液压系统辅助元件主要包括油箱、滤油器、管件、密封件、压 力表、热交换器、蓄能器等，液压辅件将影响液压系统的性能、效率、温升、噪声、寿命。

　　1) 油箱：油箱主要用于储存工作介质、散发油液热量、分离空气、沉淀杂质、分离水分 及安装元件等，油箱通常可分为整体式油箱、两用油箱和独立油箱三大类：①整体式 油箱即利用主机内腔作为油箱，结构紧凑、漏油易于回收，但结构复杂性高、散热条 件一般，容易使主机产生热变形；②两用油箱即液压油与设备的其他目的用油的公用 油箱，该类油箱可节省空间，但由于油液必须同时满足液压系统对传动介质的要求和 工件淬火、导轨润滑等其他工艺目的的要求，设计难度较大；③独立油箱与主机分开， 减少油箱发热和液压源振动对主机工作精度的影响，应用最为广泛，精密机械上一般 采用该类油箱。

　　2) 过滤器：过滤器主要用于过滤混在液压油中的杂质，降低进入系统中的油液的污染度， 维持系统正常工作。按过滤精度不同，过滤器可分为粗过滤器、普通过滤器、精过滤 器和特精过滤器四种，分别能滤去公称尺寸＞100μm、10～100μm、5～10μm 和 1~5μm 的杂质颗粒。按照滤芯材料的过滤机制来分，可划分为表面型过滤器、深度 型过滤器和吸附型过滤器三类：①表面型过滤器的过滤作用由几何面实现，滤芯材料 具有均匀的标定小孔，可滤除比小孔尺寸大的杂质；②深度型过滤器的滤芯材料一般 为多孔可透性材料，内部具有曲折通道，可吸附能够透过表面孔径的、较小的污染杂 质；③吸附型过滤器的滤芯材料可直接将杂质吸附在表面。

　　3) 蓄能器：蓄能器主要用于储存油液多余的压力能，除了作为辅助动力源外，还可用于 保持系统压力、作应急动力源及吸收液压泵脉动和冲击。按储能方式不同蓄能器主要 分为重力加载式、弹簧加载式和气体加载式三种：①重力加载式蓄能器利用重锤的位 能变化来储存、释放能量，常用于大型固定设备中；②弹簧加载式蓄能器利用弹簧构 件的压缩和变形来储存、释放能量，常在低压系统中作缓冲装置用；③气体加载式蓄 能器应用较多，它利用压缩气体（通常为氮气）储存能量，主要有活塞式、皮囊式和 隔膜式等结构，其中皮囊式应用最为广泛。

　　4) 热交换器：热交换器主要用于调节液压系统工作温度，若液压系统依靠自然冷却仍不 能使油温控制在允许的最高温度以下，或是对温度有特殊要求，则应安装冷却器，强 制冷却；反之，若环境温度太低，液压泵无法正常启动或有油温要求时，则应安装加 热器，提高油温。冷却器主要包括水冷式及风冷式两种，前者一般应用于有固定水源 的场景，后者则一般用于行走机械。液压系统中使用较多的是强制对流式多管冷却器。 加热器一般使用结构简单、能按需要自动调节最高和最低温度的电加热器。

　　5) 管件：管件主要包括油管和管接头，主要用于连接各类液压元件、输送压力油。油管 有硬管、软管两类，硬管流动阻力小，安全可靠性高且成本低，除非油管与执行机构 的运动部分一起移动，一般使用硬管。管接头是油管与油管、油管与液压元件之间的 可拆式连接件，焊接式、卡套式和扩口式管接头应用较为普遍。

　　6) 压力表：压力表主要用于观察液压系统各工作点压力，液压泵出口、压力阀处、蓄能 器进油口等均应设置测压点。压力表类型较多，最常用压力表为弹簧管式压力表。

　　7) 密封装置：密封装置主要用于解决液压系统泄露问题，按照工作原理可划分为非接触 式密封和接触式密封两类，前者为间隙密封，即依靠相对运动件配合面之间的间隙进 行密封，间隙密封摩擦力小，但磨损后不能自动补偿，主要用于直径较小的圆柱面之 间，如液压泵内的柱塞与缸体之间，滑阀的阀芯与阀控之间。后者为密封圈密封，主 要利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧静、动配合面之间来防止泄露，常 用材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨酯等，密封圈密封结构简单、制造方便，磨损后有自 动补偿能力。

　　液压工作介质是液压系统的“血液”，其主要功用是传递能量和工作信号，对元件进行润滑、 防锈，冲洗系统污染物质及带走热量，提供和传递元件和系统失效的诊断信息等。液压系 统所采用的工作介质主要有通用液压油液（包括矿物型液压油、环境可接受液压油、难燃 液压液）及专用液压油液两大类，其中，矿物型液压油应用占比最高2，此外，亦有天然水 液压介质，但润滑性、防腐性等均较差，目前应用较少。油液性能和质量的优劣对液压系 统运转的可靠性、准确性和灵活性有着重大影响。

　　工程机械为我国液压传动主要应用领域，根据福事特招股书，工程机械在液压传动中应用 占比达 60%。本节我们重点分析工程机械典型产品——液压挖掘机、装载机、 叉车、高空作业平台液压系统使用情况。

　　液压挖掘机通过液压传动系统直接控制机体运动状态。液压挖掘机以机械式挖掘机为基础， 与机械式挖掘机相比，两者的主要区别在于动力装置和工作装置不同，液压挖掘机动力装 置与工作装置中采用容积式液压传动系统，直接控制各系统机构运动状态。液压挖掘机分 为全液压传动和非全液压传动两种，前者挖掘、回转、行走均采用液压传动，反之则为后 者。但一般而言，液压挖掘机工作装置、回转装置必须为液压传动，仅行走机构可选择机 械传动。

　　全液压传动挖掘机涉及液压系统主要为三大部分3： 1) 工作装置：直接用来进行挖掘作业的施工工具，利用液压缸伸缩来完成动臂升降、斗 杆推拉和转斗，接近于人手腕运动；工作装置由动臂、斗杆、铲斗及相应液压缸组成， 包括动臂、斗杆、铲斗三个液压回路。 2) 回转系统：负责回转工作装置和上部转台，便于挖掘、卸料，主要通过回转马达完成。 回转机构的运动占液压挖掘机整个工作循环时间的 50-70%，能量消耗占整机能量消耗 的 25%-40%，回转系统的发热量占总发热量 30%-40%4。 3) 行走系统：支撑挖掘机整机质量并完成行走任务，一般采用履带式和轮胎式结构，主 要通过行走马达完成。

　　装载机一般采用液压传动与机械传动相结合。装载机行走部分需求功率较大，采用液压传 动需用多泵和多马达系统，或增大系统成本，故一般采用液压传动与机械传动相结合，也 即：柴油机动力一部分通过液力变矩器和变速器驱动行驶机构，实现装载机行使，另一方 面通过液压泵驱动液压缸，实现转向和装载工作。 装载机液压系统主要包括工作装置液压系统与转向液压系统两类： 1) 工作装置：装载机工作装置主要用于铲、装、卸、运物料。轮胎式装载机工作装置多 采用反转六连杆转斗机构，主要结构包括铲斗、动臂、连杆（或托架）、摇臂、动臂油 缸、转斗油缸；履带式装载机多采用正转八连杆转斗机构，主要结构包括铲斗、动臂、 拉杆、摇臂、弯臂、转斗油缸、动臂油缸。 2) 转向系统：控制机体转向，主要由转向盘、转向器、转向油缸、转向油泵、流量转换 阀、溢流阀等组成。

　　叉车动作功能系统基本采用液压传动。叉车的动作功能系统主要包括起升系统、门架倾斜 系统、转向系统、行走系统等，各型号叉车前三类动作功能系统多采用液压传动，行走系 统可采用液压传动或机械传动，与液压挖掘机相似，采用液压传动即称全液压叉车，又称 静压传动叉车。但静压传动叉车价格较高、使用维护要求高，占比相对较低。 类比液压挖掘机，全液压叉车涉及液压系统主要包括三大部分： 1) 工作装置：叉车工作装置主要用于完成货叉的起升和门架倾斜操作，一般由货叉、叉 架、链条和滑轮、起升液压缸、倾斜液压缸组成。 2) 转向系统：叉车转向装置主要用于完成叉车行走的转向操作，主要由液压泵、转向控 制器、转向液压缸等组成。叉车转向系统非必须使用全液压式，也可使用机械式或液 压助力式，一般起重量 1 吨以下的采用构造简单的机械式，起重量大于 2 吨的采用液 压助力或全液压转向。 3) 行走系统：静压传动叉车行走系统主要执行元件为液压马达。

　　高空作业平台上车臂架系统一般采用液压传动。高空作业平台可分为下车承载系统和上车 臂架系统（即工作装置）两部分，下车承载系统主要为底盘部分及车架，上车臂架系统则 主要用于支持高空作业平台满足工作幅度与工作高度要求，完成一系列高空作业任务。高 空作业平台传动系统可分为液压机械传动系统与静液压传动系统两种，静液压传动系统即 行走系统、工作装置均采用液压传动。 全液压系统高空作业平台涉及液压系统主要包括两部分： 1) 上车臂架系统：通常由多节臂架组成，通过臂架的伸缩或折叠使作业人员完成各种作 业任务。作业平台是用来承载工作人员完成作业任务，工作平面在调平液压缸作用下 始终保持水平状态，在回转支承作用下完成相应范围内任意旋转。上车臂架系统主要 液压元件为调平液压缸、变幅液压缸。 2) 下车承载系统：主要承载作业装置、驱动系统。其中，支腿可以分担整车自重以及外 部载荷，对高空作业车起到支撑效果，用于保证作业过程中整车的稳定性和安全性， 一般通过液压油缸来实现支腿的伸缩及支撑。此外，驱动系统主要使用液压元件为液 压马达。

　　“双碳”大背景下，电动化以推动节能减排成为制造业发展大势所趋，传统的低效柴油机 逐步被电动机所取代。液压传动同样存在效率较低问题，市场普遍担忧电动化下液压传动 被其他传动方式所取代。液压传动多用于大功率场景，工程机械为最为典型应用领域，本 节我们以工程机械电动化为例分析电动化对液压传动的可能影响。

　　工程机械电动化大势所趋，或将带来液压系统应用变革。传统工程机械主要使用柴油发动 机，排量大、油耗高，环境污染较为严重，根据《中国移动源环境管理年报（2022）》，2021 年非道路移动源（主要包括工程机械、农业机械、小型通用机械、船舶、飞机、铁路机车 等）排放二氧化硫、HC、氮氧化物、PM 分别为 16.8 万吨、42.9 万吨、478.9 万吨、23.4 万吨，其中工程机械排放 HC、氮氧化物、PM 占比分别为 26.5%、30.0%、32.1%，工程 机械节能减排重要性不断提升，企业通过电喷内燃发动机、高效率液压柱塞泵等不断提升 工程机械能量利用率，但工程机械动力源、液压系统、负载三者功率始终不能完全匹配， 工程机械内燃发动机、液压系统能量损失各占总能量损失 35%左右，电动化可有效提升动 力能效，成为工程机械节能技术大势所趋。作为液压系统下游第一大应用领域，工程机械 电动化也或将带动液压系统应用变革，以恒立液压为代表的国内液压龙头亦积极布局电动 化相关产品。

　　工程机械电动化即将主驱动单元由发动机替换为电机，工程机械电动化关键技术包括5： 1) 变转速动力协调控制技术：电机相较发动机调速特性好（目标转速响应时间缩短）、过 载能力强（峰值功率可达额定功率 2 倍以上）、高效区间增加（电机 80%的工作区间 效率高于 90%），传统液压控制技术也可相应有所革新，如液压泵供油控制方式不再 局限于恒速变排量控制，可拓宽为定排量变转速控制、排量自适应-变转速控制以及变 排量-变转速控制，大大增强液压动力源的供油匹配能力及控制灵活性；多路阀配流系 统可进行优化，提高液压驱动系统的效率。2) 整机电液控制技术：可利用机电液一体化对电动工程机械系统构型和关键零部件进行 改造，如分布式独立电液控制系统、电动缸技术、基于电动/发电机-泵/马达的闭式液 压系统、新型电机直驱式油缸泵技术、电动/发电－泵/马达旋转四象限驱动与再生一体 化系统以及新型电动机变转速控制型的液压变压器等。 3) 能量回收技术：电动工程机械可引入电储能单元，实现能量回收。

　　工作系统三类驱动模式中，模式 1）不再使用液压系统，模式 2）3）均不影响液压泵、液 压缸的使用（但或涉及技术变动），但模式 3）不再使用液压阀。具体来看： 模式 1）采用电动缸：电动缸即采用电动机带动各种螺杆（如滑动丝杠、滚珠丝杠）旋转， 通过螺母转化为直线运动，并推动滑台沿各种导轨（如滑动导轨、滚珠导轨、高刚性直线 导轨）做往复直线运动，属于机械传动，主要优点包括节能，寿命长，不受温度波动影响、 具有较强的环境适应能力，传动效率高，定位精度高，结构简单、占用空间小、维护方便 等，在直线传动可部分替代液压缸，但电动缸承载负荷能力较弱且价格较高，短期不适合 应用于中大型工程机械。 模式 3）采用泵控液压系统：泵控液压系统主要液压泵的流量来控制执行元件的速度，与阀 控技术相比，采用容积控制取代节流控制，消除了节流损耗，机电液一体化逐步完善之下， 应用占比或将提升，或带来液压阀使用结构的变化。 整体来看，从应用视角上，短中期工程机械工作系统相关液压元件受电动化影响相对较小， 但液压阀使用结构或会产生变化；长期来看，随电动缸技术迭代，不排除部分工作系统液 压元件或被取代。

　　回转/行走系统驱动模式 1）不再采用液压系统，模式 2）3）均不影响液压泵、液压马达的 使用（但或涉及技术变动），但模式 3）不再使用液压阀。根据《大型重载作业机器人电液 控制技术》（2020），电动工程机械的行走系统中液压马达使用是否发生变化尚不明确，或 需结合工况应用；回转系统中，考虑到功率重量比等要求，液压马达或仍为必须液压元件。 工程机械电动化或将带动液压系统设计变化。如前所述，短中期来看，由于工程机械功率 等级较高，液压传动或仍为主要传动方式之一，但各类液压元件或需结合电动化技术变化 而变化，如液压泵需向宽转速范围、四象限工作能力、更高转速方向迭代；多路阀需适应 电动化后液压泵供油控制方式的改变等。故液压系统虽然仍为必须，但结构设计或将发生 较大变化，需考虑与电气系统相协调的能力。

　　结合工程机械电动化关键技术，工程机械工作、回转、行走系统驱动模式皆可有所转变， 其中：1）工作系统：短中期相关液压元件受电动化影响相对较小，但液压阀使用结构或因 控制方式变化受到影响，长期来看，随电动缸技术迭代，不排除部分工作系统液压元件或 被取代；2）回转系统：考虑到功率重量比等要求，液压马达或仍为必须液压元件；3）行 走系统：液压马达使用是否发生变化尚不明确，或需结合工况应用，如挖掘机主要工作方 式为定点作业，替换液压马达效用不明显。整体来看，工程机械电动化下，液压传动或仍 为主要传动方式之一，但各类液压元件或需结合电动化技术变化，需考虑与电气系统相协 调能力。与工程机械相似，农业机械、矿山机械等液压传动下游应用领域亦在推进电动化 进程，类比工程机械电动化中液压系统的变化，我们认为，对于作业环境恶劣、抗冲击性 要求严格、功率质量比要求较高领域短中期液压系统仍为不可替代的传动方式。

　　工程机械电动化处于起步阶段，产业链龙头领先布局。电动化为工程机械节能技术大势所 趋，根据 BCG，纯电工程机械 2020 年国内渗透率不足 1%（不含叉车），预计 2025~2026 年将迎来纯电工程机械的爆发点，到 2035 年，纯电动工程机械的渗透率或将达到 30%。 尽管电动工程机械当前渗透率较低、市场接受度有待提升，但工程机械产业链龙头均加速 电动化布局，三一重工、徐工机械、中联重科、恒立液压等均已推出电动化相关产品。

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