液壓傳動(dòng)的重要發(fā)展方向

羅正玉

摘要：液壓傳動(dòng)采用何種液體關(guān)系到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益，純水以其無可比擬的綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)便捷性，受到行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。本文首先論述了純水液壓傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)和不足，接著分析了發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和重要方向，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)的實(shí)踐提供些許理論參考。

現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展是建立在傳統(tǒng)的水壓傳動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)之上的，運(yùn)作的原理液靜壓力傳動(dòng)理論。最早的液壓傳動(dòng)介質(zhì)是水，自十九世紀(jì)后期采用純水為介質(zhì)，因純水液壓存在的潤(rùn)滑性能差、元件易腐蝕以及密封性等問題沒有得到有效解決，以及礦物油液壓傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，使得純水液壓傳動(dòng)技術(shù)曾一度停滯不前，現(xiàn)如今，人們?cè)絹碓街匾暭兯簤杭夹g(shù)的清潔性和阻燃性，這也促進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)的新發(fā)展。

1.純水液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)

工程機(jī)械運(yùn)行中，行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，它不僅是工程機(jī)械的構(gòu)成要素，也決定著工程機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的效率。行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)械的使用過程中，首先需要具有足夠大的傳輸功率，還要求具有良好的調(diào)速、變速能力，同時(shí)還要求系統(tǒng)擁有非常高的使用效率，軸旋轉(zhuǎn)能力和反方向傳輸能力標(biāo)準(zhǔn)也比較高?；谝陨蠘?biāo)準(zhǔn)，選用最為合適的傳動(dòng)方式則尤為關(guān)鍵。液壓傳動(dòng)方式是利用液體來作為運(yùn)轉(zhuǎn)的能量，可使用石油等礦物油液體，也可以使用水作為介質(zhì)，而純水液壓的傳動(dòng)介質(zhì)是純水，包括海水與淡水，是天然水，不含有任何的添加劑。純水的密度為1000kg/cⅡ13，壓縮系數(shù)為5.2X10—4MPa，黏度為0.5～O.1mm2/s，傳統(tǒng)液壓傳動(dòng)技術(shù)通常使用液壓油，密度為850900kg/cm3，壓縮系數(shù)為7X 10—4MPa，黏度為20～50mm～/s，通過對(duì)二者的比較可知，純水液壓具有的使用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是純水液壓傳動(dòng)造價(jià)比較低，取材容易便捷，不需要長(zhǎng)途運(yùn)輸和長(zhǎng)時(shí)間貯存，且資源總量比較大，而使用液壓油必須經(jīng)過冶煉提純的過程，還需要對(duì)廢液進(jìn)行妥善的處理，并且要確保液壓油的運(yùn)輸與倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)的安全性，使用純水就省去了這些步驟，降低了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，尤其在大型液壓系統(tǒng)使用中，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

二是具有高度的環(huán)保性，因此多用于食品加工、制藥、木材加工等行業(yè)中。礦物油的應(yīng)用給環(huán)境帶來的污染問題非常嚴(yán)重，通常情況下，一升的礦物油，可以造成100萬升的水污染，一旦油液在運(yùn)輸、儲(chǔ)存或者使用中產(chǎn)生泄漏問題，直接導(dǎo)致周圍環(huán)境中動(dòng)植物的死亡，并且空氣中也將充滿異味，作業(yè)環(huán)境變得更加惡劣。純水液壓傳動(dòng)則不會(huì)出現(xiàn)上述問題，并且和水基液具有非常高的環(huán)境相容性，同時(shí)水的阻燃性也比較高，這就可以充分保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作業(yè)過程中的安全性，并且能夠在高溫的環(huán)境下連續(xù)作業(yè)。

三是純水的壓縮系數(shù)較小，剛度則比較大，可以顯著增強(qiáng)行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在運(yùn)行過程中，使用純水液壓傳動(dòng)能夠有效補(bǔ)償因水資源泄漏而損失的容積，這樣就可以提高控制系統(tǒng)執(zhí)行器的精度和運(yùn)作效率。純水的黏度非常低，由于水的比熱容較大，因而對(duì)溫度的變化也并不敏感，所以在運(yùn)行的過程中能量消耗較少，傳遞的效率比較高。

四是當(dāng)進(jìn)行水下運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，不用設(shè)置回水管道以及水箱等，傳動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快，工作的效率大為提高，且具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。在傳動(dòng)系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)上，使用純水液壓清潔度很高，因此維護(hù)保養(yǎng)的成本也比較低，運(yùn)行過程中產(chǎn)生的雜物也很容易清理干凈。

2.純水液壓傳動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向

根據(jù)行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景可知，未來的液壓傳動(dòng)技術(shù)，與微電子技術(shù)、傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的聯(lián)系會(huì)更加緊密，高新技術(shù)的綜合應(yīng)用將促進(jìn)液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與更新，為工程機(jī)械行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，而使用純水液壓傳動(dòng)不僅具有經(jīng)濟(jì)效益，更為重要的是非常環(huán)保，置于應(yīng)用中的瓶頸問題，也可以通過科學(xué)技術(shù)加以處理。

純水液壓主要的攻關(guān)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：一是密封性和潤(rùn)滑性比較差，水的黏度為O.5～0.1mln2/s，液壓油的黏度為20～50mm2/s，二者相差幾十倍，所以純水液壓傳動(dòng)的泄漏量比較大，容積的效率會(huì)因此而大幅度減少。黏度低直接導(dǎo)致潤(rùn)滑的效果差，在傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦副對(duì)偶面上，形成潤(rùn)滑膜的幾率較低，同時(shí)也難以形成具有良好性能的邊界膜，因此，系統(tǒng)運(yùn)作過程會(huì)發(fā)生干摩擦，易導(dǎo)致水壓元件卡死的問題。二是材料很容易受到腐蝕，一般情況下，水的導(dǎo)電性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于礦物型液壓油的導(dǎo)電性，并且可以導(dǎo)致很多金屬材料發(fā)生電化學(xué)腐蝕的問題，也可以導(dǎo)致一些高分子材料的迅速老化，從而也會(huì)使液壓元件出現(xiàn)腐蝕問題，進(jìn)一步影響到液壓元件的使用質(zhì)量。三是在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，比較容易出現(xiàn)氣蝕問題，這是由于水的汽化壓力比較高，水中還存在體積比為2%的空氣，并且還有許多微生物，這些都是導(dǎo)致純水產(chǎn)生氣蝕的原因。四是傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面還存在很多理論問題，根據(jù)水的理化特征來設(shè)計(jì)液壓元件和系統(tǒng)較為適宜，當(dāng)前的液壓元件和系統(tǒng)主要是根據(jù)液壓油的特征來設(shè)計(jì)的，不適用于純水液壓傳動(dòng)，因此在設(shè)計(jì)上還需要進(jìn)一步研究與探討。

雖然純水液壓在未來的發(fā)展中還有諸多亟待解決的問題，但純水液壓的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也是毋庸置疑的，該種液壓傳動(dòng)形式已經(jīng)成為液壓領(lǐng)域發(fā)展的新方向，也是促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展的重要組成部分。自上世紀(jì)80年代，將純水當(dāng)作傳動(dòng)介質(zhì)重現(xiàn)得到人們的普遍重視，業(yè)內(nèi)也對(duì)純水液壓傳動(dòng)技術(shù)理論進(jìn)行了深入的研究，在原有理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)充與完善，促使純水液壓傳動(dòng)技術(shù)逐步地成為現(xiàn)代液壓傳動(dòng)技術(shù)的熱點(diǎn)技術(shù)，也為傳動(dòng)技術(shù)開拓了新的方向。美國(guó)某公司嘗試在道路清掃車行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、垃圾車的傾卸和箱門關(guān)閉系統(tǒng)中使用純水液壓傳動(dòng)技術(shù)，實(shí)踐證明效果良好，不僅降低了系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，且不會(huì)給環(huán)境帶來絲毫污染，清潔方便。上世紀(jì)80年代伊始，美國(guó)、日本以及北歐各國(guó)都對(duì)純水液壓傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛研究，并投入了大量的人力資源、物力資源以及財(cái)力資源，對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)。液壓傳動(dòng)技術(shù)的傳遞效率比較高，可以進(jìn)行恒功率輸出控制，因此能夠更加充分地利用功率，并且系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單，可以輸出轉(zhuǎn)速無級(jí)調(diào)速，可正向運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以反向運(yùn)轉(zhuǎn)，速度剛性比較大，還具有作業(yè)動(dòng)作比較容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)。液壓傳動(dòng)在工程機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，在很多工程機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中都可以使用液壓傳動(dòng)技術(shù)，而純水液壓傳動(dòng)的適用范圍就更加廣泛，尤其是西方一些經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家，將純水液壓傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用在食品加工業(yè)、機(jī)器人的組裝與焊接、軋鋼生產(chǎn)作業(yè)車間、工程機(jī)械等方面。液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)勢(shì)是調(diào)節(jié)過程的便捷性，布局結(jié)構(gòu)上也較為靈活，依據(jù)工程機(jī)械的具體形態(tài)以及作業(yè)條件的具體要求，在使用過程中，將發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪、工作機(jī)構(gòu)等各部件分別布置在合理的部位，發(fā)動(dòng)機(jī)在任何一種調(diào)度轉(zhuǎn)速下，傳動(dòng)系統(tǒng)都可以發(fā)揮出比較大的牽引力，并且傳動(dòng)系統(tǒng)可以在比較寬的輸出轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可以保持比較高的效率，各種性能也可以達(dá)到比較良好的作業(yè)狀態(tài)。

現(xiàn)階段，我國(guó)使用的純水液壓傳動(dòng)元件的壓力等級(jí)為14～21MPa，處于中高壓水準(zhǔn)，傳動(dòng)的流量也從最初的幾十升發(fā)展為上千升，并且使用了純水方向閥。我國(guó)最早對(duì)水壓傳動(dòng)進(jìn)行研究的是華南理工大學(xué)，并在1996年完成了對(duì)海水液壓泵相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，取得了階段性進(jìn)展。近幾年，浙江大學(xué)也投入了大量的人力資源、物力資源以及財(cái)力資源，對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究。純水液壓傳動(dòng)技術(shù)的研究和運(yùn)用，不僅可以推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展，還可以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而有效提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。根據(jù)純水液壓傳功技術(shù)的使用特點(diǎn)可以預(yù)知，在水下工作裝置、潛水艇浮力調(diào)節(jié)問題、石油機(jī)械液壓傳動(dòng)、海水淡化處理、冶金玻璃等工業(yè)中可以發(fā)揮更大的社會(huì)功效，并且在食品、醫(yī)療衛(wèi)生、造紙等對(duì)污染度有很高要求的部門起到舉足輕重的調(diào)節(jié)作用。

3.總結(jié)

綜上所述，純水液壓傳動(dòng)具有很多無可替代的優(yōu)勢(shì)，取材方面極為便利，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，成本較低，不具有燃燒性，且壓縮系數(shù)比較小，應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，可以替代礦物油并發(fā)揮出更好的功效。即便純水液壓傳動(dòng)在實(shí)際應(yīng)用中也有著諸多難題尚未解決，然而隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，相信這些關(guān)鍵難題都能得到有效解決，從而促進(jìn)純水液壓傳動(dòng)技術(shù)的深入發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]董俊寶，姜立勇.液壓發(fā)展的一種新方向一一純水液壓傳動(dòng)[J].液壓氣動(dòng)與密封，2012，03（15）

[2]衡楊，袁銳波，等.純水液壓傳動(dòng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[c].智能“數(shù)控一代”機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)用高端論壇論文集，2013，05（21）

[3]郭澤琳.液壓發(fā)展的新方向一一純水液壓傳動(dòng)[J].科技風(fēng)，2013，07（25）

[4]陳晶田，李長(zhǎng)義.基于純水液壓傳動(dòng)的單相細(xì)水霧滅火實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，01（20）

[5]潘娜.水壓先導(dǎo)式電磁溢流閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)及可靠性研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2013，05（01）

[6]胡傳正，魏彬.電傳動(dòng)技術(shù)在工程機(jī)械上的應(yīng)用[J].工程機(jī)械，2011，08（10）

[7]李理.QUYl00型履帶式起重機(jī)行走液壓系統(tǒng)的測(cè)試與仿真研究[D].吉林大學(xué)，2011，05（01）