液压发展的一种新方向——纯水液压传动.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 3 ．2 0 l 2 液压发展的一种新方向纯水液压传动 董俊宝 姜立勇 山推工程机械股份有限公司， 山东济宁2 7 2 0 7 3 摘 要 由于纯水具有许 多优点 ， 取材方便 ， 价格低廉 ， 无污染 ， 不燃烧 ， 压缩 系数小 ， 可代 替矿物油作用于各个领域 ， 因此纯水液压传动 越来越受到人们的关注。 较详细地介绍了纯水液压传动的优缺点 、 需要解决的关键 问题 以及纯水液压传动的前景展望与发展方向。 关键 字 纯水液压传 动； 应用特点 ； 攻关难点 ； 发展前 景 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 0 3 0 0 0 9 0 3 Th e Ne w D i r e c t i o n o f De v e l o p m e n t i n Hy d r a u l i c -- W a t e r Hy d r a u l i c s DONG J u n - b a o J t ANG L i - y o n g S h a n t u i C o n s t r u c t i o n Ma c h i n e r y C o ． ， L t d ． ，J i n i n g 2 7 2 0 7 3 ， C h i n a Ab s t r a c t Be c a u s e o f i t s a d v a n t a g e s ， e o n v e n i e n t ， l o w p r i c e ，n o p o l l u t i o n ， n o b u r n i n g ， c o mp r e s s i o n c o e ffic i e n t i s s ma l l ， c a n t a k e t h e p l a c e o f mi n e r al o i l i n v a r i o u s fi e l d s ， S O t h e p u r e wa t e r h y d r a u l i c t r a n s mi s s i o n b y mo r e a n d mo r e p e o p l e s a t t e n t i o n ． T h i s p a p e r i n t r o d u c e s i n d e t a i l t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f p u r e wa t e r h y d r a u l i c t r a n s mi s s i o n a n d k e y p r o b l e ms t o b e s o l v e d a n d t h e p u r e wa t e r h y d r a u l i c d r i v e p r o s p e c t s a n d d e v e l o p me n t d i r e c t i o n ． Ke y W o r d s p u r e wa t e r h y d r a u l i c t r a n s mi s s i o n ； a p p h e a t i o n； r e s e a r c h d i f f i c u l t y ； d e v e l o p me n t p r o s p e c t 液压传动是用液体作 为工作介质来传递能量 、 能 量交换和进行控制的一种传动方式。液压传动和气压 传动称为流体传动 ， 是根据 1 7世纪帕斯卡提 出的液体 静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术 ，是工程 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 8 3 1 作 者简介 董俊宝 1 9 8 6 一 ， 助理工程师 ， 主要从事液压技术方 面的科 研 、 设 计以及 改进方 向工作 。 一 一 一 -一 要的调整和维修 。根据实际操作经验 ， 进 口液压泵 、 液 压马达工作 1 O 0 0 o h后必须大修 ， 否则液压泵 、 马达因 失修可能损坏 ． 对液压系统是致命性的破坏。 3 ． 7提高管理和维护人员素质 保证维护 、 检修质量 由液压专业工程技术人员来 管理液压设备； 由具备钳工技能和液压基础知识的技术 工人来维护 、 检修液压系统； 认真分析液压事故并在维 护人员中通报学习 ， 以提高他们 的防事故能力； 加强对 管理人员和维护人员进行液压 、 机械 、 电气技术的培训 。 4 结语 随着液压传动机械的广泛应用 ，其液压系统发生 的故障 ， 是从事机械维修人员经常碰到的问题。快速分 析其故障产生 的原因并及时将其排除 ，是提高机械化 机械 ， 建筑机械 ， 农用机械 ， 冶金机械 ， 矿山机械 ， 航 天 发射等方面应用很广泛 的一门技术。现阶段流体传动 技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要 标志。 1 液压传动的发展 现代液压技术是 在古老的水压传动技术的基础上 发展和完善起来的， 是根据 1 7世纪帕斯卡提 出的液体 施工效率所必备 的一项重要技术。 参 考 文 献 【 1 】 张利平 ， 等． 液压气动技术速查手册【 M 】 ． 北京 化学 工业 出版 社 ． 2 0 0 6 ． 【 2 】 关 子杰 著 ． 润 滑 油 与设 备 故障 诊 断技 术【 M 】 ． 北 京 中 国石 化出版社 ． 2 0 0 7 ． I 3 】 黄志坚． 液压故障诊断的思路【 j 】 ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 9 3 ． 【 4 ] 李春． 液压故障分析与改进措施[ J ] ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 8 3 ． 【 5 ] 陈新响 ， 等． 液压 系统 主要故障分析与对策[ J ] ． 液压气动与密 封 ． 2 0 0 7 2 ． 【 6 】 乔文刚 ， 汪文龙 ， 等． 液压系统故障监测与诊断专家系统研究 [ J 】 ． 液压与气动， 2 0 0 7 1 1 ． 【 7 】 范士娟 ， 杨超 ． 液压系统故 障智 能诊 断技术现 状与发展趋势 【 J 】 ． 液压 与气动 ， 2 0 1 0 3 ． 9 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 2年 第 3期 静压力传动原理而发展起来 的一门新兴技术 ． 在 l 7世 纪末及随后的 1 0 0多年里 ， 液压传动的介质一直是水。 l 9世纪后半叶．出现了以纯水为介质的液压机械和元 件 ， 主要用于船舶锚机和起重机上。但是 ， 由于纯水存 在黏度低 、 润滑性能差和易造成元件腐蚀 、 其密封问题 一 直未能很好解决等缺点 ，以及电气传动技术的发展 和竞争 ， 曾一度导致液压技术停滞不前。 ， 在 2 0世纪初期 ， 随着石油工业的兴起和耐油合成 橡胶 的出现 ，促进 了液压传动技术 由初始的纯水液压 传动进人 占本世纪大部分时间的现有油压传动，矿物 型液压油也 以良好的综合理化性能取代 了水而成为最 主要的工作介质 ，液压元件和系统 的性能也因此得以 大大提高， 从而极大地推动了液压传动技术的进步。第 二次世界大战期间， 尤其 2 0世纪 6 0 7 O年代， 液压技术 得到了快速发展并 日臻完善 ，并进入到稳定成熟的发 展 时期【 ” 。 2 液压技术 的瓶颈 在现代液压技术的发展中， 除 了液压元件大型化 、 高压 、 微型化及计算机技术 、 信息技术 、 微电子技术 与 液压技术融为一体外， 液压技术很难形成重大突破。同 时 。 由于液压技术采用的介质是矿物油， 在高温下容易 发生燃烧现象 。 并且如果液压系统发生泄漏 ， 极易造成 环境污染。这时 ， 以水为传动介质 的液压传动 ， 又重新 进入大家的视野。水本身固有的清洁性和阻燃性 ， 满足 现代社会对工程提出的环境保护和安全要求 ，这也是 近几年来纯水液压传动技术重新被人们青睐的根本原 因 ， 同时 ， 由于现代 高科技的发展 ， 新材料技术 的发展 以及高精度加工技术 的发展 ，基本克服纯水作为传动 介质的缺点 ，使现代液压进入了现代纯水液压传动的 研 究 和应用 阶段I 2 】 。 3 纯水 液压传动 的应用特点 纯水液压传动是以纯水 不含任何添加剂的天然水， 包括海水和淡水 作为传动介质。纯水的分类， 见表 1 网 。 表 1 纯水的分类 1 0 较纯水液压传动技术与传统液压传动技术相 比， 见 表2 f ” 。 表 2 t’ 】 纯水与液压油的理化性能 比较 由表 2可看出纯水液压传动与油液液压传动相 比 具有以下的优点。 1 纯水价格低廉 ， 且不用运输存储 ， 取材方便 ， 资 源丰富。地球上很少有物质象水一样丰富和实用 ， 且随 地可取 ， 它不存在液压油的冶炼提纯 、 运输仓储 、 废液 处理等问题。特别是液压油废液的处理费用很高 ， 通常 处理费用与购买成本相近。水的价格仅为液压油的五 千分之一 ， 对于大型液压系统 中。 可 以大大节省成本 ， 经济效益可观。 2 无环境污染， 环保性好 。特别适合运用在食品、 制药 、 制漆 、 木材加工等行业 。而矿物型液压油对环境 的污染是液压行业众所周知的严重问题 。 1 L矿物油可 使 1 0 0万 L水受到污染 泄漏的油液可使周围的植物 和动物死亡 ，使工作场所的地面打滑 ，空气中充满异 味 ，工作环境变得恶劣 。但是纯水对环境没有任何危 害 。 水基液的环境相容性比液压油也要好得多。 3 水的阻燃性和安全性高 。液压油液在运用中， 极易燃烧 ， 引起火灾 ， 导致人身和设备事故 。水不燃烧 ， 可在高温环境下工作 。 扩展 了液压传动的应用范围。 4 纯水压缩系数小。水的刚度大 ， 能提高系统动 态性能。可以补偿一部分 由于泄漏增加而造成的容积 损失 ， 使得控制系统的执行器精度更高[4 】 。 5 水 的黏度低 ， 对温度变化不敏感 ， 系统 的能量 损失小 ， 所 以传递效率高。 6 维护方便。因为水本身具有清洁功能 ， 故系统 维护保养方便 ， 维护成本低， 工作中的杂质容易处理 。 7 水下作业时， 可以省去 回水管道 ， 水箱等 ， 使系 一 兰 ； ； 一 ； 一 方向阀和伺服阀问世嘲 。 在西方工业发达的国家， 纯水液 压传动 已在食品加工业 、 焊接机器人 、 轧钢生产线上等 得到应用， 并有向工程机械 、 通用机械扩展的趋势。 国内开展水压传动技术的研究较早 的是华 中理工 大学 。 自 1 9 8 3年以来， 华 中理工大学主要从事高水基液 压液及元件和系统的研究工作。1 9 9 6年完成海水液压 泵实验研究。近来 ， 浙江大学投人大量人力 、 物力和财 力 从事纯水液压技术的研究工作。纯水液压技术的研 究和运用 ．将给我国经济建设带来巨大的经济效益和 社会效益 。可以预测它将在 以下工业部门得到迅速的 应用及推广 水下工作装置 ， 潜艇 的浮力调节 ， 钻井平 台以及石油机械液压传动， 海水淡化处理 ， 冶金玻璃工 业 ， 原子能研究 ， 食品 ， 医疗 ， 电子 ， 造纸等众多要求无 污染的工业部门f 7 J 。 6 结 束语 纯水液压传动技术的突破 ，作为液压传动的发展 新方 向． 正蓬勃发展 ， 努力 向前 ， 必将会对工程机械行 业带来新的技术变革。 统大为简化。 8 纯水液压系统响应快 ， 稳定性好。 4 纯水液压传动的关键难点 由于纯水液压传动具有以上众多优点 ，故人类对 它在各个领域的运用有着迫不及待的期望 。但同时， 我 们也面对着众多的攻关难点 1 密封和润滑性差。水的黏度为 0 ． 5 5 ～ 1 mm 2 ／ s ， 它的 黏度为矿物油的 1 ／ 4 0 ～ 1 ／ 5 0 ， 甚至更低。因此 ， 纯水液压 传动的泄漏量将大大增加， 容积效率将大大降低。 [5 1 另一 方面。 由于水黏度低 ， 润滑性差 ， 很难在摩擦副对偶面上 形成液体润滑膜 ， 也不能形成 良好强度的边界膜 ， 所 以 容易产生干摩擦 ， 容易发生水压元件卡死现象。 2 材料容易被腐蚀 。水的导电性 比矿物型液压油 高数亿倍甚至数百亿倍 ，能引起绝大多数金属材料的 电化学腐蚀和大多数高分子材料的老化 ，故容易造成 液压元件等材料的快速腐蚀现象。 3 容易发生气蚀现象。水的汽化压力高 ， 而且水 中存在有约为体积比 2 ％的空气和许多微生物 ， 特别容 易使水气化， 产生气蚀现象。 4 设计理论。由于水的理化特性 ， 从而造成传统 油压元件设计 理论与方法不完全适用 于纯水液压 传 动 ． 还有待深入细致的理论和实验研究。 总的来说 ，虽然纯水液压传动面临着众多关键难 点 ， 但是它的优点非常突出， 随着现代高科技的发展与 研究的深人 ， 这些关键难点定能解决 。 5 纯水液压传动的发展前景 由于纯水液压传动具有无污染和不燃烧等众 多优 点 ， 它已经成为液压领域发展的新方向 ， 是整个液压行 业的新的增长点。 2 o世纪 8 0年代 以来 ， 人们重新认识 和研究历史上 以纯水作为工作介 质的纯水液压传动技术 ，并在理论 上和应用研究 上， 都得到 了持续稳定的复苏和发展 ， 正 在逐渐成为现代液压传动技术中的热点技术和新的发 展方向之一 ， 具有广阔的发展前景。美国一公司最近试 验研究采用纯水作 为液压传动介质 ，并取得 了一些 阶 段性研究成果。在道路清扫车的侧刷和卧刷驱动 、 垃圾 料箱的倾卸及箱门的关闭等系统 ，均采用纯水介质的 液压驱动。2 0世纪 8 O年代初期 ， 美 国、 英 国、 芬兰 、 丹 麦 、 日本 、 德国等国家一直投入巨大人力 、 物力和财力 ， 从事纯水液压技术的研究和开发， 并取得重大进展。 目 前 国内纯水液压元件 的压力等级 已达到 l 4 ～ 2 l MP a中 高压水平， 流量规格从几十升到上千升 ， 并有纯水比例 参 考 文 献 [ 1 】 杨华勇 ， 周华 ， 路 甬祥． 水液压技术 的研究现状与发展趋势[ J 】 ． 中国机械工程， 2 0 0 2 1 1 ． [ 2 】 王益 群 ， 曹栋璞 ， 郎静． 纯水液 压传动 以及展望[ J ] ． 机床 与液 压， 2 0 0 3 1 ． I 3 】 陈远玲 ， 杨华勇 ， 周华． 纯水液压传动技术 以及在煤矿采掘机 械中的应用[ J ] ． 矿山机械 ， 2 0 0 1 6 ． 【 4 1 唐 向阳 ， 郑华文 ， 吴 张永 ， 袁子荣． 纯水液压 系统 的现状与未 来f J 1 ． 液压与气动， 2 0 0 0 4 ． 【 5 】 贺小 峰 ， 张铁华 ， 余祖耀 ， 李壮云． 纯水液压传 动技术的研究 与应用『 J ] ． 重庆工业 高等专科学校学报， 1 9 9 9 3 ～ 4 ． 【 6 ] 许贤 良． 液压技术回顾和展望[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 2 6 ． 【 7 】 梁利华． 液压传动与电液伺服 系统[ M】 ． 哈尔滨 哈尔滨工程 大 学 出版社 ， 2 o o 5 ．