液壓傳動研究方向——純水液壓

德州學(xué)院　馬宜辰　史振平

液壓傳動研究方向——純水液壓

德州學(xué)院馬宜辰史振平

液壓傳動技術(shù)從古代水壓傳動技術(shù)發(fā)展而來，純水又叫純凈水，本身具有的清潔性和阻燃性，滿足了現(xiàn)代社會對工程提出的環(huán)境保護和高安全性的要求，從而讓水液壓技術(shù)受到人們的關(guān)注。本文詳細介紹了純水液壓的關(guān)鍵技術(shù)和國內(nèi)外的研究進展及實際開發(fā)。

純水液壓技術(shù)；研究開發(fā)

1　前言

近代液壓傳動技術(shù)在制造以及生活等領(lǐng)域有著非常寬泛的使用，而純水液壓傳動是近現(xiàn)代液壓傳動技術(shù)發(fā)展的前進方向之一。因為純水有許多優(yōu)勢，如：污染小、資源大、扛燃性高等，在世界上展開純水液壓傳動研究和開發(fā)，對節(jié)約能源、保護環(huán)境都具有積極的意義，符合可持續(xù)發(fā)展觀。

2　純水液壓傳動的研究內(nèi)容

依照現(xiàn)實的生產(chǎn)方式以及純凈水作為介質(zhì)的不同物理和化學(xué)特點所引起的問題，純水液壓技術(shù)是一個多領(lǐng)域多學(xué)科的共同研究課題，主要研究內(nèi)容有：工作介質(zhì)研究、新型材料研究、水壓元件研究、系統(tǒng)研究，這些技術(shù)相互之間產(chǎn)生影響，如圖1所示。

圖1　純水液壓傳動研究內(nèi)容

3　純水液壓關(guān)鍵技術(shù)

鑒于純凈水的物理和化學(xué)性質(zhì)與通常的礦物油有較大的區(qū)別，因此元部件在材料、潤滑、密封和使用壽命等方面與礦物油相比，會發(fā)生很大的改變。因此，研究與純凈水相配合的元部件，務(wù)必要解決下列關(guān)鍵技術(shù)：

（1）抗磨損技術(shù)。在傳統(tǒng)的油潤滑過程中，摩擦副在摩擦面上容易出現(xiàn)潤滑薄膜，形成較強的邊界膜，不易出現(xiàn)干燥摩擦的情況。但是純水卻與之相反，因為水的潤滑性差，會出現(xiàn)干燥摩擦現(xiàn)象。此外，純水的侵蝕性會導(dǎo)致?lián)p壞進度加快和加劇。加之易受到污染物影響，例如微小顆粒和殘留物侵入，經(jīng)常引起磨損，使得元件的使用壽命大大縮短。同時，礦物油的黏度一般隨著壓力的變化而變化，而純凈水卻不會變化，油溫的變化也遠高于純凈水，所以擠壓效應(yīng)和熱楔效應(yīng)對純凈水的影響很小。例如油在潤滑時，動壓軸承的潤滑薄膜厚度對比純凈水介質(zhì)，達到其50倍，靜壓軸承的潤滑薄膜厚度則比之高3倍，因此比純凈水形成薄膜要容易得多。

（2）抗腐蝕技術(shù)。油的侵蝕性和導(dǎo)電性沒有純凈水高，尤其是海水中包含3.3%～3.75%鹽以及CL、溶解氧、CO2、硫化氫、二氧化硫等元素，導(dǎo)電率是液壓油的5～10倍，屬于典型的自然電解質(zhì)，會造成鋼、鐵、銅等金屬原料的電化學(xué)侵蝕和非金屬的老化。例如常溫下高純度、流動的純凈水對含碳的剛體腐蝕速度高達1.27毫米，這導(dǎo)致了元件使用年限的減少?？梢酝ㄟ^在元部件的輪廓涂抹或使用像陶瓷、高強度塑料、不銹鋼等具有耐磨、抗腐蝕、抗疲勞能力的材料解決這一問題。

（3）抗泄漏技術(shù)。前文提到純凈水的黏度不如油，在密封方面沒有油效果好，這會影響到系統(tǒng)的容積。可以通過加強元部件結(jié)合度來控制泄漏，但因為元件之間更加緊密可能會加大磨損。所以必須找到元部件的最佳結(jié)合度。研究表明，控制好結(jié)合度，在特定情況下，容積效應(yīng)能達到96%。另外，使用新型原料和適當?shù)臉?gòu)造密閉環(huán)境是控制系統(tǒng)泄漏的方式之一。

（4）抗氣蝕技術(shù)。溫度達到50℃時，礦物油的氣化壓力只是純水的1/10，加之純水中包含大約2%的氣體，極易產(chǎn)生強大的氣體腐蝕，它會對零件造成侵蝕，損壞元部件完整度和氣密性，氣蝕還會改變泵的通過量，造成眾多不良的影響，如波動、振動和噪聲。因此，提高液壓泵的吸入力、限制系統(tǒng)介質(zhì)中氣體消融度等方法可以減小腐蝕破壞。

（5）設(shè)計理論問題。由于其特殊的物理化學(xué)特性，通常的元部件、系統(tǒng)的設(shè)計理念和方式在純水液壓系統(tǒng)上使用是不實際的。對比油壓元件，純水液壓元件摩擦副的潤滑制造理念和方式將會不同，陶瓷、高分子原料等零部件的可靠度及設(shè)計理念、思路與使用材料也迥然不同。是以，必需通過詳細的理念、考察和實踐，才能創(chuàng)立一套先進的純水液壓傳動的設(shè)計方案。

4　純水液壓技術(shù)的優(yōu)勢

純凈水和礦物油的物理化學(xué)性質(zhì)有很大的不同，其優(yōu)點表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）安全性

液壓油的抗燃燒性低,容易產(chǎn)生人身設(shè)備事故。純水不易燃燒，可靠性高，降低了事故發(fā)生率，使液壓技術(shù)的應(yīng)用范圍越發(fā)普及，尤其適用于高溫明火等環(huán)境。

（2）環(huán)保性

油的污染危害非常大，而液壓行業(yè)為了對付油污染試用了不少方法，但是工業(yè)污染帶來的環(huán)境惡化并沒有減少。純凈水是一種無味、無毒的“綠色”液體，如果發(fā)生泄漏，對周圍環(huán)境無不良影響，這也是它的最大優(yōu)點，使其能夠進入食品工業(yè)、制藥業(yè)、家具制造等行業(yè)。

表1　關(guān)鍵技術(shù)問題及解決方案

（3）經(jīng)濟性

進入現(xiàn)代社會，多次石油危機和油價上漲提醒我們有限資源的重要性。我們每年消費的油只有少量可以再繼續(xù)利用。相反的，水作為地球上最充沛的資源，使其利用得當并且價格低廉。當同時考慮儲備量、運輸成本、處理成本、清潔資本時，水的經(jīng)濟性大大高于其他介質(zhì)。

（4）其他比較

純凈水對溫度變化不敏感，系統(tǒng)壓力喪失小，不易生熱,傳動效應(yīng)高,傳輸穩(wěn)定性好；同時它的密度高、壓縮性較低，使整個系統(tǒng)的強度得到加強，壓縮喪失比油小很多，可抵償部分容積喪失，可使控制系統(tǒng)的定位更加準確。在下水工作時，能夠節(jié)省回油通道、水箱等，使系統(tǒng)簡單。

表2　純水與液壓油的主要性能比較

5　純水液壓傳動的發(fā)展

在我國，純水液壓傳動的開發(fā)正處于起始階段。國內(nèi)高校從1980年展開了高水基液液壓傳動重點科技攻關(guān)項目的研發(fā)，1990年開始進行了海水液壓傳動的探究，并于1992年成功開發(fā)了單柱塞式海水液壓泵樣機。浙江大學(xué)流體傳動及控制國家重點實驗室也已建成國內(nèi)第一臺純水液壓元件綜合性能測驗臺，測驗純水泵和閥的特性及使用壽命，并開展將純水液壓傳動技術(shù)應(yīng)用到消防等其他領(lǐng)域。近幾年，國內(nèi)高校已制造出壓力為3.5MPa的軸向柱塞式海水泵，并開發(fā)了海水泵性能試驗臺，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出14MPa的溢流閥和節(jié)流閥。

6　結(jié)束語

純水液壓傳動相較于傳統(tǒng)液壓傳動擁有非常明顯的優(yōu)勢，雖然到目前為止還存在諸多不足，但是材料科學(xué)以及眾多學(xué)科技術(shù)的發(fā)展，為提高水元件和純水液壓系統(tǒng)提供了良好的基礎(chǔ)平臺，工業(yè)技術(shù)的發(fā)展及材料價格的降低將使純水液壓傳動技術(shù)的使用領(lǐng)域更加普及?？梢灶A(yù)測，在不久的將來，純水液壓傳動將更廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中。

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