德州学院　马宜辰　史振平

液压传动研究方向——纯水液压

德州学院马宜辰史振平

液压传动技术从古代水压传动技术发展而来，纯水又叫纯净水，本身具有的清洁性和阻燃性，满足了现代社会对工程提出的环境保护和高安全性的要求，从而让水液压技术受到人们的关注。本文详细介绍了纯水液压的关键技术和国内外的研究进展及实际开发。

纯水液压技术；研究开发

1　前言

近代液压传动技术在制造以及生活等领域有着非常宽泛的使用，而纯水液压传动是近现代液压传动技术发展的前进方向之一。因为纯水有许多优势，如：污染小、资源大、扛燃性高等，在世界上展开纯水液压传动研究和开发，对节约能源、保护环境都具有积极的意义，符合可持续发展观。

2　纯水液压传动的研究内容

依照现实的生产方式以及纯净水作为介质的不同物理和化学特点所引起的问题，纯水液压技术是一个多领域多学科的共同研究课题，主要研究内容有：工作介质研究、新型材料研究、水压元件研究、系统研究，这些技术相互之间产生影响，如图1所示。

图1　纯水液压传动研究内容

3　纯水液压关键技术

鉴于纯净水的物理和化学性质与通常的矿物油有较大的区别，因此元部件在材料、润滑、密封和使用寿命等方面与矿物油相比，会发生很大的改变。因此，研究与纯净水相配合的元部件，务必要解决下列关键技术：

（1）抗磨损技术。在传统的油润滑过程中，摩擦副在摩擦面上容易出现润滑薄膜，形成较强的边界膜，不易出现干燥摩擦的情况。但是纯水却与之相反，因为水的润滑性差，会出现干燥摩擦现象。此外，纯水的侵蚀性会导致损坏进度加快和加剧。加之易受到污染物影响，例如微小颗粒和残留物侵入，经常引起磨损，使得元件的使用寿命大大缩短。同时，矿物油的黏度一般随着压力的变化而变化，而纯净水却不会变化，油温的变化也远高于纯净水，所以挤压效应和热楔效应对纯净水的影响很小。例如油在润滑时，动压轴承的润滑薄膜厚度对比纯净水介质，达到其50倍，静压轴承的润滑薄膜厚度则比之高3倍，因此比纯净水形成薄膜要容易得多。

（2）抗腐蚀技术。油的侵蚀性和导电性没有纯净水高，尤其是海水中包含3.3%～3.75%盐以及CL、溶解氧、CO2、硫化氢、二氧化硫等元素，导电率是液压油的5～10倍，属于典型的自然电解质，会造成钢、铁、铜等金属原料的电化学侵蚀和非金属的老化。例如常温下高纯度、流动的纯净水对含碳的刚体腐蚀速度高达1.27毫米，这导致了元件使用年限的减少。可以通过在元部件的轮廓涂抹或使用像陶瓷、高强度塑料、不锈钢等具有耐磨、抗腐蚀、抗疲劳能力的材料解决这一问题。

（3）抗泄漏技术。前文提到纯净水的黏度不如油，在密封方面没有油效果好，这会影响到系统的容积。可以通过加强元部件结合度来控制泄漏，但因为元件之间更加紧密可能会加大磨损。所以必须找到元部件的最佳结合度。研究表明，控制好结合度，在特定情况下，容积效应能达到96%。另外，使用新型原料和适当的构造密闭环境是控制系统泄漏的方式之一。

（4）抗气蚀技术。温度达到50℃时，矿物油的气化压力只是纯水的1/10，加之纯水中包含大约2%的气体，极易产生强大的气体腐蚀，它会对零件造成侵蚀，损坏元部件完整度和气密性，气蚀还会改变泵的通过量，造成众多不良的影响，如波动、振动和噪声。因此，提高液压泵的吸入力、限制系统介质中气体消融度等方法可以减小腐蚀破坏。

（5）设计理论问题。由于其特殊的物理化学特性，通常的元部件、系统的设计理念和方式在纯水液压系统上使用是不实际的。对比油压元件，纯水液压元件摩擦副的润滑制造理念和方式将会不同，陶瓷、高分子原料等零部件的可靠度及设计理念、思路与使用材料也迥然不同。是以，必需通过详细的理念、考察和实践，才能创立一套先进的纯水液压传动的设计方案。

4　纯水液压技术的优势

纯净水和矿物油的物理化学性质有很大的不同，其优点表现在以下几个方面。

（1）安全性

液压油的抗燃烧性低,容易产生人身设备事故。纯水不易燃烧，可靠性高，降低了事故发生率，使液压技术的应用范围越发普及，尤其适用于高温明火等环境。

（2）环保性

油的污染危害非常大，而液压行业为了对付油污染试用了不少方法，但是工业污染带来的环境恶化并没有减少。纯净水是一种无味、无毒的“绿色”液体，如果发生泄漏，对周围环境无不良影响，这也是它的最大优点，使其能够进入食品工业、制药业、家具制造等行业。

表1　关键技术问题及解决方案

（3）经济性

进入现代社会，多次石油危机和油价上涨提醒我们有限资源的重要性。我们每年消费的油只有少量可以再继续利用。相反的，水作为地球上最充沛的资源，使其利用得当并且价格低廉。当同时考虑储备量、运输成本、处理成本、清洁资本时，水的经济性大大高于其他介质。

（4）其他比较

纯净水对温度变化不敏感，系统压力丧失小，不易生热,传动效应高,传输稳定性好；同时它的密度高、压缩性较低，使整个系统的强度得到加强，压缩丧失比油小很多，可抵偿部分容积丧失，可使控制系统的定位更加准确。在下水工作时，能够节省回油通道、水箱等，使系统简单。

表2　纯水与液压油的主要性能比较

5　纯水液压传动的发展

在我国，纯水液压传动的开发正处于起始阶段。国内高校从1980年展开了高水基液液压传动重点科技攻关项目的研发，1990年开始进行了海水液压传动的探究，并于1992年成功开发了单柱塞式海水液压泵样机。浙江大学流体传动及控制国家重点实验室也已建成国内第一台纯水液压元件综合性能测验台，测验纯水泵和阀的特性及使用寿命，并开展将纯水液压传动技术应用到消防等其他领域。近几年，国内高校已制造出压力为3.5MPa的轴向柱塞式海水泵，并开发了海水泵性能试验台，现在已经开发出14MPa的溢流阀和节流阀。

6　结束语

纯水液压传动相较于传统液压传动拥有非常明显的优势，虽然到目前为止还存在诸多不足，但是材料科学以及众多学科技术的发展，为提高水元件和纯水液压系统提供了良好的基础平台，工业技术的发展及材料价格的降低将使纯水液压传动技术的使用领域更加普及。可以预测，在不久的将来，纯水液压传动将更广泛应用于生产生活中。

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