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液壓系統(tǒng)：機(jī)械大力士，千億市場大而不強(qiáng)

液壓系統(tǒng)概覽：機(jī)械大力士

液壓系統(tǒng)為動力傳遞與控制裝置，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能-液壓能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。機(jī)械設(shè)備一般由原動機(jī)、傳動裝置、控制系統(tǒng)和工作機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，其中傳動裝置的作用是把原動機(jī)輸出的能量和動力經(jīng)過各種形式的轉(zhuǎn)換后傳送給工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器對外做功。根據(jù)工作介質(zhì)（傳動件）區(qū)分，機(jī)械設(shè)備主要包括三種傳動方式：機(jī)械傳動、電氣傳動、流體傳動。液壓傳動屬流體傳動范疇，以具有連續(xù)流動性的油液為工作介質(zhì)，利用壓力能進(jìn)行動力的傳遞、轉(zhuǎn)換與控制。除液壓傳動外，流體傳動也包括氣壓傳動。

液壓系統(tǒng)基本原理為液體的靜壓傳動：利用液壓泵將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，經(jīng)過各種控制閥與管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件（缸或馬達(dá)）把液體壓力能轉(zhuǎn)為機(jī)械能，從而驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動。液壓系統(tǒng)工作機(jī)構(gòu)推力的大小，取決于油液的壓力高低和液壓缸活塞面積的大小，而工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度的快慢取決于在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)入液壓缸流量的多少。

液壓系統(tǒng)具多種分類方式。液壓系統(tǒng)分類形式較多，如可根據(jù)油液循環(huán)方式分為開式、閉式；可根據(jù)用途分位固定機(jī)械用與行走機(jī)械用；可根據(jù)工作特點(diǎn)分為液壓傳動、液壓控制、混合液壓等。

液壓系統(tǒng)由動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件、工作介質(zhì)五大基本部分組成。液壓系統(tǒng)一般由液壓元件（即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件）與工作介質(zhì)兩大部分組成，能夠?qū)崿F(xiàn)某種功能的液壓元件組合在一起稱為液壓回路（按用途可進(jìn)一步劃分為壓力控制、速度控制、方向控制和多缸動作控制等多種回路），多個(gè)液壓回路按一定方式連接即組成液壓系統(tǒng)。

液壓泵閥技術(shù)難度相對較高。根據(jù)恒立液壓公告，各類液壓元件中，泵閥相較于油缸而言成本占比、技術(shù)及價(jià)值含量更高；以挖掘機(jī)應(yīng)用為例，高壓油缸僅占液壓系統(tǒng)成本的15%-18%，液壓泵閥在液壓系統(tǒng)的價(jià)值則占比高達(dá) 60%。此外，從各類產(chǎn)品國產(chǎn)化率情況來看（可參考圖 17），液壓閥國產(chǎn)化率僅為 4%，且貿(mào)易逆差最大，國產(chǎn)替代空間廣闊。

大功率與自動化控制優(yōu)勢突出，液壓傳動廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械

液壓傳動拖動負(fù)載及操縱控制優(yōu)勢顯著，廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械。相較于其他傳動方式，液壓傳動主要優(yōu)點(diǎn)包括：①相同功率下，液壓傳動裝置的重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，液壓馬達(dá)體積和重量只有同等功率電動機(jī)的 12%左右；②可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級變速（調(diào)速范圍可達(dá) 1：2000），也可在液壓裝置運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)速；③運(yùn)動件的慣性小，能夠頻繁迅速換向，往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動可達(dá) 500 次/分，往復(fù)直線運(yùn)動可達(dá) 1000 次/分；且傳動工作平穩(wěn)，系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)緩沖吸振，并能自動防止過載；④與電氣配合，較容易實(shí)現(xiàn)自動化。其缺點(diǎn)主要在于：①液壓傳動效率較低，經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)換后，存在一定機(jī)械能與液壓能的損失；②液壓傳動系統(tǒng)工作壓力較高，控制元件制造精度高，系統(tǒng)成本較高；③系統(tǒng)工作過程中發(fā)生故障不易診斷，容易產(chǎn)生泄露；④因有泄露與彈性變形大，不易做到精確定比傳動；⑤液壓油液的性能及使用壽命受溫度影響較大，適用的環(huán)境溫度比機(jī)械傳動小。液壓傳動突出優(yōu)點(diǎn)在于其可輸出較大的推力或轉(zhuǎn)矩，可實(shí)現(xiàn)低速大噸位運(yùn)動，基本所有工程領(lǐng)域均有應(yīng)用液壓傳動，且在大功率、自動化控制時(shí)，液壓傳動優(yōu)勢顯著。

液壓傳動為最常見流體傳動方式。雖同屬流體傳動，但液壓傳動相較氣壓傳動在功率與質(zhì)量比、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動慣量比、響應(yīng)速度、可控性、負(fù)載剛度、調(diào)速范圍等方面均具優(yōu)勢，應(yīng)用更為廣泛，在流體傳動中占比超 70%，故討論流體傳動一般重點(diǎn)討論液壓傳動。

國內(nèi)液壓千億市場大而不強(qiáng)，高端液壓件仍待進(jìn)口替代

全球液壓工業(yè)已進(jìn)入成熟發(fā)展階段，我國為第一大液壓市場。根據(jù)國際流體動力統(tǒng)計(jì)委員會，2021 年全球液壓市場規(guī)模已達(dá) 304 億歐元（約合人民幣 2000 億）。我國液壓市場規(guī)模全球占比持續(xù)提升，由 2010 年的 27%，提升至 2021 年的 35%，我國已成為全球第一大液壓市場。

我國液壓傳動滲透率有待提升，液壓市場規(guī)模有望進(jìn)一步增長。根據(jù) World Bank 與國際流體動力統(tǒng)計(jì)委員會 2020 年數(shù)據(jù)，美國制造業(yè)增加值僅約我國的 60%，但液壓市場規(guī)模幾乎與我國持平，對比中、美液壓產(chǎn)品銷售額與制造業(yè)增加值比，美國約為 0.52%，我國僅為 0.32%，表明我國液壓傳動制造業(yè)滲透率略低于美國。從應(yīng)用場景來看，我國下游應(yīng)用集中度較美國更高，第一大應(yīng)用領(lǐng)域-工程機(jī)械占比超 40%（2019），而美國則僅為 26%，進(jìn)一步驗(yàn)證我國下游應(yīng)用場景猶待開發(fā)。整體來看，我國液壓應(yīng)用滲透率仍有提升空間，液壓傳動市場規(guī)模有望進(jìn)一步增長。

我國液壓工業(yè)起步較晚，大而不強(qiáng)，高端產(chǎn)品仍待進(jìn)口替代。海外視角，17 世紀(jì)中葉，帕斯卡提出靜壓傳遞原理，為液壓傳動發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)；20 世紀(jì) 30 年代，受益于工藝制造水平提升，液壓元件開始生產(chǎn)，并首先應(yīng)用于機(jī)床；20 世紀(jì) 50-70 年代，液壓傳動技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展期，快速滲透進(jìn)入下游應(yīng)用領(lǐng)域。相較于海外，我國液壓工業(yè)起步較晚，20世紀(jì) 50 年代才開始生產(chǎn)仿蘇設(shè)備應(yīng)用于機(jī)床，20 世紀(jì) 60 年代才逐步產(chǎn)生獨(dú)立的液壓行業(yè)。
盡管近年來我國液壓行業(yè)發(fā)展迅速、市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，但由于起步晚，我國液壓產(chǎn)業(yè)持續(xù)落后于德國、美國、日本的液壓產(chǎn)業(yè)體系，整體大而不強(qiáng)，下游主機(jī)廠商持續(xù)依賴進(jìn)口，并形成惡性循環(huán)。

主要液壓元件貿(mào)易逆差逐步收窄，但進(jìn)出口價(jià)差仍高。根據(jù)海關(guān)總署數(shù)據(jù)，我國液壓油缸2016 年起即實(shí)現(xiàn)貿(mào)易順差，液壓馬達(dá) 2019 年以來貿(mào)易逆差逐步收窄，液壓泵 2020 年以來貿(mào)易逆差逐步收窄，液壓閥 2022 年貿(mào)易逆差顯著收窄。但從進(jìn)出口價(jià)差上來看，2022 年液壓油缸、液壓馬達(dá)、液壓泵進(jìn)口單價(jià)分別約為出口單價(jià)的 2.0 倍、5.9 倍、5.5 倍，進(jìn)出口價(jià)差仍大，表明高端液壓件仍部分依賴進(jìn)口，液壓閥進(jìn)出口單價(jià)差異雖小，但貿(mào)易逆差最大，仍待國產(chǎn)替代。結(jié)合海關(guān)總署與國際流體動力統(tǒng)計(jì)委員會數(shù)據(jù)估算，2021 年我國液壓缸、液壓馬達(dá)、液壓泵、液壓閥國產(chǎn)化率分別約為 89%、70%、60%、4%，但考慮到部分海外企業(yè)國內(nèi)建廠、國內(nèi)銷售金額不統(tǒng)計(jì)于進(jìn)口額中，實(shí)際國產(chǎn)化率或更低，結(jié)合進(jìn)出口價(jià)差情況，實(shí)際的高端液壓件國產(chǎn)化率也或處于較低水平。

鋼材為主要原材料，工程機(jī)械為主要應(yīng)用領(lǐng)域

液壓件材料成本占比最高，鋼材為主要原材料。液壓系統(tǒng)上游包括原材料、配件、工作介質(zhì)等配套。根據(jù)艾迪精密，2022 公司液壓件成本結(jié)構(gòu)中，直接材料成本占比達(dá) 65%。液壓元件中液壓缸、液壓泵、液壓閥、液壓馬達(dá)產(chǎn)品附加值高、價(jià)值量占比較大，分析邵陽液壓、萬通液壓的液壓泵、液壓油缸原材料采購情況，鋼材均為主要原材料。

液壓產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，工程機(jī)械為最主要應(yīng)用領(lǐng)域。液壓傳動可輸出較大的推力，基本所有工程領(lǐng)域均有應(yīng)用，根據(jù)中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會對 2022 年國內(nèi)液壓行業(yè)重點(diǎn)聯(lián)系企業(yè)銷售情況的統(tǒng)計(jì)，工程機(jī)械為液壓產(chǎn)品最主要應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用占比達(dá) 60%。對比工程機(jī)械龍頭、液壓龍頭銷售情況，二者同比增速變動趨勢亦基本一致；但液壓件具備更高的市場與產(chǎn)品品類開拓彈性，液壓企業(yè)上輪工程機(jī)械周期底部及本輪工程機(jī)械周期上行階段表現(xiàn)均好于工程機(jī)械企業(yè)。

國內(nèi)恒立液壓一枝獨(dú)秀，龍頭規(guī)模仍具提升空間

全球液壓行業(yè)整體集中度較高，美日歐企業(yè)壟斷高端市場。全球液壓行業(yè) CR3 約 34%，集中度較高，龍頭公司集中于美、日、歐國家，主要為德國博世力士樂、美國派克漢尼汾、丹麥丹佛斯（2021 收購美國伊頓液壓業(yè)務(wù)）、日本川崎重工、日本 KYB。海外龍頭發(fā)展歷程長、產(chǎn)品品類豐富、營收規(guī)模大，全球高端液壓件市場亦基本被海外龍頭壟斷。
國內(nèi)恒立液壓一枝獨(dú)秀，營收規(guī)模已逐步趕超海外。國內(nèi)液壓件企業(yè)規(guī)模普遍較小，上市公司中，目前僅恒立液壓營收規(guī)模超 50 億，市占率超 10%。2022 年恒立液壓液壓件相關(guān)業(yè)務(wù)收入 82 億元，已超過日本川崎重工、日本 KYB 液壓件相關(guān)營收。
國內(nèi)液壓企業(yè)產(chǎn)品品類、應(yīng)用領(lǐng)域、銷售市場仍待拓展，規(guī)模仍具提升空間。對比國內(nèi)、海外龍頭，國內(nèi)龍頭產(chǎn)品品類與應(yīng)用領(lǐng)域相對單一，液壓件主要應(yīng)用于工程機(jī)械領(lǐng)域；此外，國內(nèi)企業(yè)全球化布局能力偏弱，市場主要集中于國內(nèi)。國內(nèi)液壓企業(yè)產(chǎn)品品類仍待拓展、國際市場有待開拓，規(guī)模仍具提升空間。

液壓系統(tǒng)拆分：五大部分各司其職、相輔相成

如前所述，液壓系統(tǒng)主要由動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、液壓輔件、工作介質(zhì)五大部分組成，根據(jù)中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會 2021 年數(shù)據(jù)，協(xié)會重點(diǎn)聯(lián)系企業(yè)動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、液壓輔件生產(chǎn)價(jià)值量占比分別為 16%、47%、12%、12%。
動力元件：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能

動力元件主要為液壓泵，以油液為介質(zhì)傳遞動能。液壓泵主要作用在于將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，以給液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的壓力油。液壓泵均為容積式，主要依靠密封工作腔容積的變化實(shí)現(xiàn)吸油和壓油。液壓泵可按擠子結(jié)構(gòu)、排量是否可調(diào)以及可輸出油液方向進(jìn)行分類，其中，按擠子結(jié)構(gòu)，液壓泵可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵，為最常見分類形式。液壓泵主要性能參數(shù)包括壓力（工作壓力、額定壓力、最高允許壓力）、流量（流量=排量×轉(zhuǎn)速）、效率（容積效率、機(jī)械效率、總效率）。

各類液壓泵結(jié)構(gòu)原理、運(yùn)轉(zhuǎn)方式、性能特點(diǎn)各異，應(yīng)用場景差異較大。液壓泵需與液壓機(jī)的工況、功率大小、系統(tǒng)對工作性能的要求相適配。一般而言，負(fù)載小、功率小的機(jī)械設(shè)備，選擇齒輪泵、雙作用葉片泵；負(fù)載大、功率大的機(jī)械設(shè)備（如龍門機(jī)床）選擇柱塞泵；精度要求較高的機(jī)械設(shè)備（如磨床）選擇雙作用葉片泵；輔助型液壓系統(tǒng)（如送料設(shè)備）選擇齒輪泵。工程機(jī)械領(lǐng)域主要應(yīng)用柱塞泵，齒輪泵、葉片泵亦有一定應(yīng)用，但場景存在差異，如中大型挖掘機(jī)主要應(yīng)用容積效率更高的軸向柱塞泵作為主泵（給液壓馬達(dá)、液壓缸供油，），用容積效率較低的齒輪泵作為先導(dǎo)泵（給分配閥供油）1，推土機(jī)、裝載機(jī)及各種行走式起重機(jī)等工作環(huán)境較惡劣的工程機(jī)械亦有應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性好、耐用性強(qiáng)的齒輪泵。

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