低溫環(huán)境下液壓元件及系統(tǒng)研究綜述

陳英龍，郝新娟，宋甫俊，張?jiān)雒?，弓永?/p>

(大連海事大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院，遼寧大連 116026)

0 前言

習(xí)總書(shū)記在2017年聯(lián)合國(guó)演講中提出，要把深海、極地、外空、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域打造成各方合作的新疆域。人類(lèi)正處在大發(fā)展、大變革、大調(diào)整時(shí)期，世界多極化、經(jīng)濟(jì)全球化深入發(fā)展，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命正在孕育成長(zhǎng)。隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，很多機(jī)電液壓系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用到低溫極寒地區(qū)。某些高緯度的高寒氣候國(guó)家和地區(qū)，其溫度一般在-30 ℃左右，在冬季則會(huì)更低。極地冰層覆蓋減少推進(jìn)北極航運(yùn)海上航線(xiàn)的開(kāi)通等，這些極端溫度條件要求了傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該能在-40 ℃甚至以下的極寒環(huán)境下正常運(yùn)作，其設(shè)備的保存溫度要求也降低到了-60 ℃，這就對(duì)整個(gè)系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

現(xiàn)今最常用于傳動(dòng)系統(tǒng)方法有電機(jī)傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)精確度高，調(diào)速方便，但其推力較小，在一些重型機(jī)器中就不適用了。與電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，液壓驅(qū)動(dòng)雖然對(duì)環(huán)境要求高，但體積小，可以輸出大的推力或大轉(zhuǎn)矩，能夠大大加快工作效率。綜合比較來(lái)說(shuō)，液壓驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)低速大噸位運(yùn)動(dòng)，這是其他傳動(dòng)方式所不能及的突出優(yōu)點(diǎn)，說(shuō)明了低溫環(huán)境下液壓系統(tǒng)的研究是很有必要的。

在航空航天研究中，航空飛機(jī)完成任務(wù)時(shí)需要經(jīng)常飛行在幾千米之上的高空中，其所處的環(huán)境溫度最低可達(dá)-55 ℃。然而，極低的溫度會(huì)造成飛機(jī)上液壓系統(tǒng)的故障發(fā)生，比如航空液壓系統(tǒng)原材料的某些物理特性發(fā)生改變，以及液壓油黏度的增大影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行等。為了解決故障以及優(yōu)化飛機(jī)液壓系統(tǒng)裝置方案，杜芳莉等針對(duì)飛機(jī)用液壓系統(tǒng)產(chǎn)品在-50 ℃左右時(shí)的低溫特性進(jìn)行研究；溫育明等則研究了低溫對(duì)飛機(jī)液壓系統(tǒng)性能的影響，并提出PTC加熱片給液壓油箱加熱的方案，解決了液壓系統(tǒng)低溫問(wèn)題；陳經(jīng)躍等根據(jù)液壓泵在低溫試驗(yàn)中出現(xiàn)的滲油故障進(jìn)行低溫分析研究。通過(guò)考慮在低溫環(huán)境下航空航天領(lǐng)域的液壓?jiǎn)栴}，為低溫航空航天液壓的研究提供幫助。

此外，隨著極地區(qū)域的資源逐漸被開(kāi)發(fā)，極地溫度一般在-50 ℃左右，船舶在極地水域航行時(shí)危險(xiǎn)系數(shù)將大大增加，在發(fā)生海難事故后，船員生存和獲救的概率會(huì)大大降低。因此，對(duì)航行于極地水域船舶設(shè)備的配備要求更加嚴(yán)格。極地船舶的航行和運(yùn)作的研究面對(duì)著巨大挑戰(zhàn)的同時(shí)也成為新的發(fā)展研究趨勢(shì)。王德嶺和鄭劍根據(jù)《極地規(guī)則》提出對(duì)于極地中船舶露天液壓設(shè)備要求的應(yīng)對(duì)措施。袁艷艷等主要針對(duì)低溫環(huán)境以及大溫差工況對(duì)液壓馬達(dá)密封性的影響，考慮了研究材料在極地環(huán)境下的壓縮變形問(wèn)題。在大溫差的作用下，元件密封受到極大影響主要有4個(gè)方面：低溫材料選型及關(guān)鍵摩副匹配性設(shè)計(jì)、大溫差下關(guān)鍵摩擦副配合間隙設(shè)計(jì)、低溫密封件選型以及低溫液壓油選型。

綜上可知，諸多領(lǐng)域都有著對(duì)低溫液壓技術(shù)的需求，研究低溫液壓不僅能夠拓展液壓領(lǐng)域的研究范圍，也是液壓領(lǐng)域研究的一個(gè)新的方向。有關(guān)低溫液壓技術(shù)的需求日益增加，使極低溫度下液壓系統(tǒng)正常運(yùn)作成為現(xiàn)在的熱門(mén)研究話(huà)題，是亟需攻克的一大難題。

目前關(guān)于低溫環(huán)境下液壓元件及系統(tǒng)的研究，主要可以分為以下3個(gè)方面：

(1)液壓介質(zhì)及材料低溫特性。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證各種類(lèi)型的油液特性并分析，從而探討其對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的影響。液壓元件材料的物理性質(zhì)都具有熱脹冷縮的特性，其體積在極低溫度下會(huì)發(fā)生一定的收縮，影響配合精度甚至系統(tǒng)的正常運(yùn)行，受到低溫以及熱沖擊的影響，熱膨脹率相似的材料作為有互相配合的元件，能夠在一定程度上減小收縮影響元件配合的問(wèn)題。

(2)液壓元件低溫特性。液壓元件之間的間隙也會(huì)受到極低溫度的影響而發(fā)生變化，對(duì)不同的液壓元件如液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓閥等進(jìn)行低溫狀況下的理論與試驗(yàn)研究，根據(jù)摩擦副的配合間隙以及油液介質(zhì)的黏溫特性進(jìn)行分析。

(3)液壓系統(tǒng)低溫啟動(dòng)特征。主要是研究液壓系統(tǒng)在啟動(dòng)性方面的特性，即通過(guò)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)低溫實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)不同的低溫保護(hù)措施，將最能影響到液壓系統(tǒng)在啟動(dòng)問(wèn)題上的方案分別優(yōu)化分析，進(jìn)一步完善試驗(yàn)方案。其中，啟動(dòng)問(wèn)題一般可分為液壓系統(tǒng)受低溫環(huán)境影響的冷啟動(dòng)問(wèn)題和在運(yùn)行后產(chǎn)生的熱量對(duì)液壓系統(tǒng)的啟動(dòng)造成的熱沖擊問(wèn)題。

雖然低溫環(huán)境下液壓元件及系統(tǒng)的研究已經(jīng)取有了一定的進(jìn)展，但目前低溫液壓相關(guān)試驗(yàn)臺(tái)和實(shí)驗(yàn)方案仍需不斷完善，還存在控制復(fù)雜及效率低等問(wèn)題。同時(shí)，目前尚缺少系統(tǒng)性介紹液壓介質(zhì)、液壓元件、液壓系統(tǒng)低溫工作特性的綜述性文獻(xiàn)。本文作者首先總結(jié)了低溫環(huán)境對(duì)液壓油性質(zhì)的改變以及油液黏度對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的影響情況，再?gòu)囊簤涸霭l(fā)，分別介紹了低溫下的摩擦副間隙和液壓元件的摩擦磨損，最后針對(duì)低溫液壓現(xiàn)存的問(wèn)題，展望了未來(lái)的研究趨勢(shì)。

1 低溫環(huán)境下液壓油的研究

1.1 低溫液壓油的低溫特性

隨著低溫環(huán)境下液壓油液研究的逐漸增多，現(xiàn)階段低溫液壓油的種類(lèi)有了更多的選擇。低溫液壓油的流動(dòng)性是一個(gè)重要性質(zhì)，判斷流動(dòng)性能的指標(biāo)為油液的凝點(diǎn)和傾點(diǎn)。液壓油的凝點(diǎn)越低，越不容易在低溫環(huán)境下凝固；其傾點(diǎn)越低，油液在低溫下的流動(dòng)性越好。

航空液壓油一般適用于航空液壓系統(tǒng)中，傾點(diǎn)可達(dá)-60 ℃左右；低凝抗磨液壓油，如L-HV和L-HS，具有良好的黏溫特性和低溫特性；多級(jí)液壓油則有較高的黏度指數(shù)，低溫性能優(yōu)良，一般通過(guò)加入黏度指數(shù)改進(jìn)劑來(lái)提高黏度指數(shù)。通過(guò)對(duì)比不同液壓油的黏度隨溫度的變化，特別是在極低溫度下的黏度大小，來(lái)選擇合適的型號(hào)。

由表1和表2可知，不同型號(hào)的液壓油在低溫環(huán)境下的黏度也不同，一般會(huì)隨著溫度的降低而提高。當(dāng)溫度低于-20 ℃時(shí)，油液的黏度急劇增大，隨著溫度繼續(xù)降低，在-40 ℃及-50 ℃左右，油液的黏度成倍增大。選用時(shí)，不能只通過(guò)油液的凝固點(diǎn)或傾點(diǎn)來(lái)判斷是否符合低溫用油標(biāo)準(zhǔn)，例如選出來(lái)的液壓油雖有較低溫度的凝固點(diǎn)，但其黏溫特性較差，仍會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)作。針對(duì)上述情況，在選擇低溫液壓油時(shí)，其低溫黏度一般不要超過(guò)1 000 mm/s，具體應(yīng)結(jié)合泵的類(lèi)型及液壓系統(tǒng)工作部件的運(yùn)動(dòng)來(lái)考慮。

表1 航空液壓油部分參數(shù)

表2 其他類(lèi)型液壓油的部分參數(shù)

1.2 液壓油的低溫特性測(cè)試方法

液壓油的低溫特性主要表現(xiàn)在黏度上，即溫度升高，黏度降低，液壓油流動(dòng)性好，但與此同時(shí)會(huì)減小其潤(rùn)滑的作用；溫度降低時(shí)，黏度增大，液壓油流動(dòng)性差，在管路或者液壓元件中流動(dòng)時(shí)阻力增大，甚至導(dǎo)致整個(gè)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)滯停。例如在低溫條件下，液壓阻尼器中的油流動(dòng)性也隨著變差，導(dǎo)致阻尼力在阻尼器運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)急劇增大，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)此特性，為了找出更適合在低溫環(huán)境中應(yīng)用的液壓油型號(hào)，研究人員主要從黏度的角度著手實(shí)驗(yàn)研究。

圖1 YH-15航空液壓油的黏溫變化趨勢(shì)[19]

黃河等人提出一種液壓油的黏溫特性測(cè)試方法，通過(guò)在常壓下測(cè)試YH-15航空液壓油在-55～135 ℃內(nèi)某些溫度點(diǎn)的黏度，分段計(jì)算出YH-15航空液壓油的黏溫特性曲線(xiàn)公式，如圖1所示。孫玉清等則從液壓系統(tǒng)管路內(nèi)層流流動(dòng)、湍流流動(dòng)出發(fā)，研究液壓系統(tǒng)管路內(nèi)的速度分布。陳新峰提出一些改進(jìn)措施和方法以減少低溫工作時(shí)出現(xiàn)的故障。劉淑真和付洪瑞通過(guò)測(cè)定在-10～-40 ℃內(nèi)不同溫度時(shí)單種油樣以及混合油樣低溫運(yùn)動(dòng)黏度,研究了低溫對(duì)潤(rùn)滑油性能的影響。LIU等在研究超低溫下高速軸承的液壓伺服加載系統(tǒng)時(shí)，使用了編號(hào)為10的航空液壓油作為系統(tǒng)的介質(zhì)，它可以承受-70 ℃的低溫。

研究結(jié)果表明:低溫環(huán)境下的液壓油，不論是作為介質(zhì)還是潤(rùn)滑，其黏度會(huì)隨著溫度的降低逐漸增大，流動(dòng)性逐漸變差，這對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行都極為不利。這就表明：在選擇低溫液壓油時(shí)，應(yīng)將其黏溫特性的優(yōu)良作為第一準(zhǔn)則。當(dāng)然，如果考慮液壓系統(tǒng)的低溫啟動(dòng)問(wèn)題考慮，應(yīng)結(jié)合液壓油的低溫黏度和凝固點(diǎn)的特性。

2 低溫環(huán)境下液壓元件工作特性的研究

液壓系統(tǒng)在低溫環(huán)境下工作時(shí)，其液壓元件也會(huì)受到溫度變化的影響。液壓元件材料具有熱脹冷縮的性質(zhì)，即溫度升高，元件體積會(huì)相對(duì)增大，溫度降低體積則會(huì)相對(duì)縮小。根據(jù)這一物理特性，可以研究低溫環(huán)境液壓元件的配合間隙變化，還可以分析低溫實(shí)驗(yàn)中幾何測(cè)量發(fā)生誤差的問(wèn)題，并在元件材料選型上提前做好準(zhǔn)備，進(jìn)而避免或減少溫度因素帶來(lái)的干擾。

2.1 低溫環(huán)境下摩擦副的間隙特性

極低溫度時(shí)啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，由于整個(gè)液壓系統(tǒng)和油的溫度與環(huán)境溫度不同，液壓油在輸送到冷卻裝置前被加熱到比環(huán)境溫度高得多的溫度，會(huì)出現(xiàn)熱沖擊現(xiàn)象。這種熱膨脹現(xiàn)象會(huì)引起組件元件尺寸的動(dòng)態(tài)變化，元件之間的間隙大小也會(huì)隨著熱油和冷液壓裝置之間的溫差發(fā)生變化，其中之一是在液壓缸體孔中移動(dòng)的活塞之間的有效間隙()，如圖2所示。元件之間的間隙、還會(huì)受到元件所用材料種類(lèi)和形狀的影響。

圖2 有效間隙變化的示意圖[14]

除此之外，液壓元件之間的間隙還受到元件材料的影響，主要表現(xiàn)為不同材料的熱膨脹系數(shù)不一樣，受溫度影響時(shí)，材料體積變化也不同，導(dǎo)致間隙發(fā)生變化。就相匹配的元件而言，在熱沖擊條件下啟動(dòng)時(shí)，不同材料的液壓元件會(huì)影響它們之間有效間隙的大小，相對(duì)應(yīng)的不同材料，線(xiàn)性膨脹可能也有很大差異。在低溫環(huán)境的研究中選擇線(xiàn)膨脹系數(shù)相近的、較小的材料，這對(duì)于減小因膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生軸系間隙變化量尤為重要。然而，如今材料的熱膨脹計(jì)算和應(yīng)用方式已成體系，導(dǎo)致計(jì)算方法不適用低溫情況下變形及裝配問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，嚴(yán)不渝提出了在低溫下材料熱膨脹計(jì)算的方法并應(yīng)用驗(yàn)證。

低溫環(huán)境下，元件材料也影響到系統(tǒng)的運(yùn)行，因此選擇耐低溫的元件材料也是必要的。LIU等在研究超低溫下高速軸承的液壓伺服加載系統(tǒng)時(shí)提出，溫度是材料從韌性到脆性轉(zhuǎn)變的重要因素。目前所知的兩種低溫鋼為低溫奧氏體鋼和低溫鐵素體鋼。

2.2 低溫環(huán)境下液壓元件的摩擦磨損

低溫環(huán)境下，由于液壓元件的力學(xué)性能受到不同程度的影響，以致部分液壓元件的摩擦副之間的摩擦增大，從而影響其磨損特性。WAN等在不同溫度下施加不同大小的負(fù)載，對(duì)甲板機(jī)械液壓葉片電機(jī)中的片頭和定子進(jìn)行了低溫磨損試驗(yàn)，分析得出：低溫下摩擦副材料的硬度比常溫下要大，同時(shí)液壓油黏度增大，使摩擦因數(shù)和磨損質(zhì)量損失減小，當(dāng)溫度降至-40 ℃或更低時(shí)，它們趨于穩(wěn)定。

袁柳櫻等通過(guò)對(duì)柱塞-缸體間的油膜厚度進(jìn)行理論計(jì)算與分析，進(jìn)一步分析柱塞-缸體間的傾角、供給壓力、柱塞自轉(zhuǎn)及偏心距等相關(guān)因素對(duì)油膜壓力分布的影響，得出一般轉(zhuǎn)速提高、摩擦熱加大，引起黏度變大、摩擦力和磨損也增加的結(jié)論。所以為提高摩擦副接觸面之間的潤(rùn)滑性能，應(yīng)合理控制滑動(dòng)面間形成的液體潤(rùn)滑膜厚度，防止摩擦副磨損或燒壞。

在液壓元件的機(jī)構(gòu)中存在著大量間隙配合，這些間隙主要是流體引起的，即配合間隙中為流體摩擦。鄧江洪等對(duì)于液壓元件結(jié)構(gòu)中配合間隙展開(kāi)研究，通過(guò)仿真研究了間隙內(nèi)油液溫度變化對(duì)元件性能的影響，發(fā)現(xiàn)液壓元件配合間隙的流體動(dòng)壓潤(rùn)滑機(jī)制中潤(rùn)滑與摩擦之間的關(guān)系(見(jiàn)圖3)，為液壓元件摩擦副設(shè)計(jì)提供參考。

圖3 潤(rùn)滑與摩擦關(guān)系圖[30]

而為了可以測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)或其他類(lèi)似的不同型號(hào)擺動(dòng)摩擦副的摩擦磨損特性，趙俊生等則設(shè)計(jì)一種擺動(dòng)摩擦副的摩擦磨損試驗(yàn)臺(tái)，它由擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和 PC控制系統(tǒng)三大部分組成。該試驗(yàn)臺(tái)為低溫環(huán)境下的摩擦副研究提供了理論基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。

3 低溫環(huán)境下液壓系統(tǒng)的研究

3.1 液壓系統(tǒng)的低溫啟動(dòng)特性

從低溫環(huán)境液壓系統(tǒng)工作特性的角度分析，常見(jiàn)的挑戰(zhàn)是冷啟動(dòng)問(wèn)題：處于極低溫度下的液壓油受到溫度影響，黏度大，直接影響泵的自吸能力，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起液壓泵不能啟動(dòng)的問(wèn)題，從而影響整個(gè)液壓系統(tǒng)的正常工作。

然而有些工況條件下，為了保證油液能夠順利流動(dòng)，油箱或油箱中的油液會(huì)被加熱，而此時(shí)執(zhí)行元件仍處于極低的環(huán)境溫度下(如極地船舶的甲板機(jī)械液壓系統(tǒng))。當(dāng)加熱后的液壓油液進(jìn)入冷部元件中時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)熱沖擊現(xiàn)象。在熱沖擊條件下，油液從液壓泵到執(zhí)行元件的流動(dòng)會(huì)形成熱傳遞，流動(dòng)的液壓油液會(huì)逐漸改變液壓元件內(nèi)零部件的溫度。由于液壓元件內(nèi)外部件溫度的不均衡，會(huì)引起元件摩擦副配合間隙的變化。工作介質(zhì)和低溫液壓元件之間的溫差越大，在啟動(dòng)期間摩擦副間隙的變化就會(huì)越明顯，當(dāng)溫差達(dá)到一定值時(shí)，摩擦副配合間隙可能完全消失，直接導(dǎo)致閥芯等運(yùn)動(dòng)部件卡死，進(jìn)而導(dǎo)致液壓元件和系統(tǒng)的故障。

如圖4所示；是幾何間隙，是裝配間隙，是有效間隙。熱沖擊條件下，液壓裝置配合元件的實(shí)際尺寸決定了幾何間隙。在液壓?jiǎn)卧慕M裝過(guò)程中，由于組裝夾具時(shí)產(chǎn)生的彈性變形Δ，從而使變小。此時(shí)的幾何間隙變?yōu)檠b配間隙。油壓作用引起的液壓元件的彈性變形Δ和子系統(tǒng)中協(xié)作元件的線(xiàn)性熱膨脹差值Δ也都影響著有效間隙。其中，當(dāng)液壓?jiǎn)卧跓釠_擊條件下供油時(shí)，單元腔內(nèi)的壓力越高，液壓元件彈性變形產(chǎn)生的有效間隙增加越多。

圖4 熱沖擊條件下確定液壓裝置配合元件間有效間隙的尺寸分析[15]

低溫環(huán)境下冷啟動(dòng)時(shí)，為了保證液壓泵的啟動(dòng)安全，有研究人員在泵內(nèi)集成了一種冷啟動(dòng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，在液壓泵工作后用于檢測(cè)液壓泵吸油口的油壓，當(dāng)吸油負(fù)壓達(dá)到了設(shè)定值，冷啟動(dòng)閥就會(huì)開(kāi)啟，補(bǔ)油泵驅(qū)動(dòng)液壓油溢流，此時(shí)液壓泵不輸出，一直處于溢流加熱，保證油液溫度滿(mǎn)足設(shè)定條件后液壓泵開(kāi)始工作；還可以在油箱內(nèi)安裝加熱器或者通過(guò)氮?dú)饧訅貉b置以及專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)自吸能力強(qiáng)的齒輪泵等方案來(lái)解決泵吸油困難的問(wèn)題。

而對(duì)于油液的熱沖擊問(wèn)題，通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算，確定熱沖擊條件下液壓組件的允許啟動(dòng)參數(shù)，可以解決熱沖擊下的啟動(dòng)問(wèn)題。而允許啟動(dòng)參數(shù)的基本設(shè)計(jì)因素又是有效間隙，有效間隙定義了協(xié)作元件表面之間間隙的尺寸。在熱沖擊條件下影響液壓組件正確啟動(dòng)的參數(shù)包括：工作介質(zhì)(液壓油)的流速、油溫和對(duì)應(yīng)環(huán)境溫度的部件的初始溫度。

在熱沖擊條件下，如果啟動(dòng)液壓部件時(shí)計(jì)算的有效間隙值為適當(dāng)?shù)恼?即大于最小間隙)，那么該部件將無(wú)故障工作。為提升低溫環(huán)境下液壓系統(tǒng)無(wú)故障啟動(dòng)性能，常用一些輔助手段進(jìn)行分析。在低環(huán)境溫度下確定液壓組件無(wú)故障啟動(dòng)的參數(shù)的3種方法為：試驗(yàn)方法、分析方法和計(jì)算機(jī)模擬方法。這3種方法對(duì)于低溫環(huán)境下無(wú)故障啟動(dòng)的研究具有重要參考意義。

3.2 低溫液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析

在極地和高寒環(huán)境下液壓研究的趨勢(shì)下，為了滿(mǎn)足在極低溫度下液壓系統(tǒng)的應(yīng)用需求，制定不同應(yīng)用領(lǐng)域液壓系統(tǒng)的原理方案，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。相關(guān)科研人員已經(jīng)針對(duì)低溫環(huán)境設(shè)計(jì)相應(yīng)的液壓系統(tǒng)，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行分析驗(yàn)證，補(bǔ)充了現(xiàn)有低溫液壓系統(tǒng)研究的盲區(qū)。

在低能耗飛機(jī)的低溫試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中，杜芳莉等對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行低溫測(cè)試試驗(yàn)，其設(shè)計(jì)原則是把需要測(cè)試的部分放到低溫環(huán)境中，而把非測(cè)試元件放在測(cè)試環(huán)境之外，這樣可以減少試驗(yàn)誤差，保證試驗(yàn)的可靠性。對(duì)所提出的2種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)而提出通過(guò)物理隔離2個(gè)不同溫度的系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)流量整流橋提高效率。該試驗(yàn)方案就其他液壓系統(tǒng)低溫試驗(yàn)的可靠性驗(yàn)證而言具有重大參考價(jià)值。

木蘭溪的流域面積約為1732km2，河道總長(zhǎng)為105km，在當(dāng)?shù)叵碛小澳赣H河”的美譽(yù)。木蘭溪的源頭位于仙游西苑鄉(xiāng)，出海口位于涵江三江口。此河流不僅孕育了莆仙的水利文化、農(nóng)耕文化，還孕育了當(dāng)?shù)氐拿袼滋厣幕?，該地區(qū)的兩岸風(fēng)光較為秀美，具有多種類(lèi)型的觀光景點(diǎn)，旅游資源較為豐富。與此同時(shí)，木蘭溪還是莆田市經(jīng)濟(jì)、政治以及文化中心，并且是重要的交通樞紐，該地區(qū)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，且人口較為集中。

在超低溫環(huán)境下，LIU等為了測(cè)試空氣軸承的疲勞性能，設(shè)計(jì)并分析了超低溫下高速軸承的液壓伺服加載系統(tǒng)。根據(jù)加載環(huán)境的要求，首先設(shè)計(jì)了一種可以克服高頻干擾影響的液壓伺服加載系統(tǒng)；然后在計(jì)算出的液壓系統(tǒng)中選擇具有相關(guān)參數(shù)的組件；最后，通過(guò)AMESim軟件對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和分析，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。為低溫試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究方法，指導(dǎo)了低溫試驗(yàn)的研究方向。

4 低溫環(huán)境液壓加熱研究

改善低溫環(huán)境下的液壓系統(tǒng)工作狀況的重要方法是加熱方法。研究人員經(jīng)常通過(guò)加熱液壓系統(tǒng)的部分裝置或部件，來(lái)達(dá)到保障系統(tǒng)正常運(yùn)作的目的。

陳新峰提出對(duì)長(zhǎng)時(shí)間暴露在低溫環(huán)境中的液壓管路和液壓缸采用電伴熱保溫，通過(guò)伴熱媒體發(fā)熱進(jìn)行熱交換，液壓管路和油缸的油液能迅速提溫，達(dá)到系統(tǒng)的工作要求。高立全和王佳在關(guān)于極寒地區(qū)中甲板機(jī)械裝置的研究中，同樣對(duì)受低溫影響大的部件設(shè)計(jì)了電伴熱裝置，通過(guò)加熱保溫保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

但對(duì)于低溫環(huán)境下的液壓系統(tǒng)而言，加熱并不能解決所有的問(wèn)題(如處在極低溫度下工作的甲板機(jī)械裝備)，因此還需要做更深入的研究。

5 結(jié)論

隨著現(xiàn)實(shí)中對(duì)液壓的低溫下性能的要求越來(lái)越緊迫，如何將液壓技術(shù)應(yīng)用到低溫環(huán)境是當(dāng)前的關(guān)注熱點(diǎn)。眾所周知，了解低溫對(duì)液壓的影響及處理低溫液壓?jiǎn)栴}則是當(dāng)前首要，然而，國(guó)內(nèi)在這方面還未有完整的敘述。因此，通過(guò)歸納低溫度環(huán)境下液壓材料、元件以及整個(gè)系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，詳細(xì)闡述了低溫對(duì)液壓油、液壓元件、液壓系統(tǒng)方案造成的影響和機(jī)制，并對(duì)當(dāng)前所提出的解決方案做整理總結(jié)。解決方案主要包括處于低溫中的裝置的保溫設(shè)計(jì)、油液循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)原理的設(shè)計(jì)、耐低溫的實(shí)驗(yàn)材料的選用等。

文中雖然歸納了低溫的液壓特性和解決措施的研究現(xiàn)狀，實(shí)際上尚有較多的相關(guān)研究并未考慮，例如，低溫下振動(dòng)對(duì)液壓的影響、低溫下泄漏對(duì)液壓的影響及低溫下溫差變化對(duì)液壓的影響等。總而言之，低溫液壓的研究終究要與現(xiàn)實(shí)接軌，尤其是隨著北極航道的研究?jī)r(jià)值與日俱增，如何實(shí)現(xiàn)低溫液壓的實(shí)際需求具有極大的研究意義?？梢?jiàn)，低溫液壓的研究和發(fā)展將迎來(lái)一個(gè)黃金時(shí)代。