液压传动的重要发展方向

罗正玉

摘要：液压传动采用何种液体关系到驱动系统传动的运行效率和经济效益，纯水以其无可比拟的绿色环保、经济便捷性，受到行业内的广泛关注。本文首先论述了纯水液压传动的优势和不足，接着分析了发展的关键技术和重要方向，以期能够为相关的实践提供些许理论参考。

现代液压技术的发展是建立在传统的水压传动技术基础之上的，运作的原理液静压力传动理论。最早的液压传动介质是水，自十九世纪后期采用纯水为介质，因纯水液压存在的润滑性能差、元件易腐蚀以及密封性等问题没有得到有效解决，以及矿物油液压传动、电气传动技术的发展，使得纯水液压传动技术曾一度停滞不前，现如今，人们越来越重视纯水液压技术的清洁性和阻燃性，这也促进了该项技术的新发展。

1.纯水液压传动的特点

工程机械运行中，行走驱动系统发挥着重要的作用，它不仅是工程机械的构成要素，也决定着工程机械运转的效率。行走驱动系统在机械的使用过程中，首先需要具有足够大的传输功率，还要求具有良好的调速、变速能力，同时还要求系统拥有非常高的使用效率，轴旋转能力和反方向传输能力标准也比较高。基于以上标准，选用最为合适的传动方式则尤为关键。液压传动方式是利用液体来作为运转的能量，可使用石油等矿物油液体，也可以使用水作为介质，而纯水液压的传动介质是纯水，包括海水与淡水，是天然水，不含有任何的添加剂。纯水的密度为1000kg/cⅡ13，压缩系数为5.2X10—4MPa，黏度为0.5～O.1mm2/s，传统液压传动技术通常使用液压油，密度为850900kg/cm3，压缩系数为7X 10—4MPa，黏度为20～50mm～/s，通过对二者的比较可知，纯水液压具有的使用优势主要体现在以下几个方面：

一是纯水液压传动造价比较低，取材容易便捷，不需要长途运输和长时间贮存，且资源总量比较大，而使用液压油必须经过冶炼提纯的过程，还需要对废液进行妥善的处理，并且要确保液压油的运输与仓储环节的安全性，使用纯水就省去了这些步骤，降低了液压传动系统的生产成本，尤其在大型液压系统使用中，经济效益非常可观。

二是具有高度的环保性，因此多用于食品加工、制药、木材加工等行业中。矿物油的应用给环境带来的污染问题非常严重，通常情况下，一升的矿物油，可以造成100万升的水污染，一旦油液在运输、储存或者使用中产生泄漏问题，直接导致周围环境中动植物的死亡，并且空气中也将充满异味，作业环境变得更加恶劣。纯水液压传动则不会出现上述问题，并且和水基液具有非常高的环境相容性，同时水的阻燃性也比较高，这就可以充分保证驱动系统作业过程中的安全性，并且能够在高温的环境下连续作业。

三是纯水的压缩系数较小，刚度则比较大，可以显著增强行走驱动系统的动态性能。在运行过程中，使用纯水液压传动能够有效补偿因水资源泄漏而损失的容积，这样就可以提高控制系统执行器的精度和运作效率。纯水的黏度非常低，由于水的比热容较大，因而对温度的变化也并不敏感，所以在运行的过程中能量消耗较少，传递的效率比较高。

四是当进行水下运转的时候，不用设置回水管道以及水箱等，传动系统的内部结构变得比较简单，系统的响应速度加快，工作的效率大为提高，且具有很强的稳定性。在传动系统的维护和保养上，使用纯水液压清洁度很高，因此维护保养的成本也比较低，运行过程中产生的杂物也很容易清理干净。

2.纯水液压传动关键技术和发展方向

根据行业的现状和发展前景可知，未来的液压传动技术，与微电子技术、传感技术和计算机控制技术的联系会更加紧密，高新技术的综合应用将促进液压传动技术的发展与更新，为工程机械行走驱动系统奠定坚实的技术基础，而使用纯水液压传动不仅具有经济效益，更为重要的是非常环保，置于应用中的瓶颈问题，也可以通过科学技术加以处理。

纯水液压主要的攻关难点主要体现在以下几点：一是密封性和润滑性比较差，水的黏度为O.5～0.1mln2/s，液压油的黏度为20～50mm2/s，二者相差几十倍，所以纯水液压传动的泄漏量比较大，容积的效率会因此而大幅度减少。黏度低直接导致润滑的效果差，在传动系统摩擦副对偶面上，形成润滑膜的几率较低，同时也难以形成具有良好性能的边界膜，因此，系统运作过程会发生干摩擦，易导致水压元件卡死的问题。二是材料很容易受到腐蚀，一般情况下，水的导电性要远远高于矿物型液压油的导电性，并且可以导致很多金属材料发生电化学腐蚀的问题，也可以导致一些高分子材料的迅速老化，从而也会使液压元件出现腐蚀问题，进一步影响到液压元件的使用质量。三是在系统运行过程中，比较容易出现气蚀问题，这是由于水的汽化压力比较高，水中还存在体积比为2%的空气，并且还有许多微生物，这些都是导致纯水产生气蚀的原因。四是传动系统的设计方面还存在很多理论问题，根据水的理化特征来设计液压元件和系统较为适宜，当前的液压元件和系统主要是根据液压油的特征来设计的，不适用于纯水液压传动，因此在设计上还需要进一步研究与探讨。

虽然纯水液压在未来的发展中还有诸多亟待解决的问题，但纯水液压的应用优势也是毋庸置疑的，该种液压传动形式已经成为液压领域发展的新方向，也是促进行业健康发展的重要组成部分。自上世纪80年代，将纯水当作传动介质重现得到人们的普遍重视，业内也对纯水液压传动技术理论进行了深入的研究，在原有理论的基础上进行了补充与完善，促使纯水液压传动技术逐步地成为现代液压传动技术的热点技术，也为传动技术开拓了新的方向。美国某公司尝试在道路清扫车行走驱动系统、垃圾车的倾卸和箱门关闭系统中使用纯水液压传动技术，实践证明效果良好，不仅降低了系统的生产成本，且不会给环境带来丝毫污染，清洁方便。上世纪80年代伊始，美国、日本以及北欧各国都对纯水液压传动系统进行了广泛研究，并投入了大量的人力资源、物力资源以及财力资源，对该领域的发展作出了突出贡献。液压传动技术的传递效率比较高，可以进行恒功率输出控制，因此能够更加充分地利用功率，并且系统的结构也非常简单，可以输出转速无级调速，可正向运转，也可以反向运转，速度刚性比较大，还具有作业动作比较容易实现的优势。液压传动在工程机械中得到了广泛的应用，在很多工程机械驱动系统中都可以使用液压传动技术，而纯水液压传动的适用范围就更加广泛，尤其是西方一些经济较为发达的国家，将纯水液压传动系统应用在食品加工业、机器人的组装与焊接、轧钢生产作业车间、工程机械等方面。液压传动的主要优势是调节过程的便捷性，布局结构上也较为灵活，依据工程机械的具体形态以及作业条件的具体要求，在使用过程中，将发动机、驱动轮、工作机构等各部件分别布置在合理的部位，发动机在任何一种调度转速下，传动系统都可以发挥出比较大的牵引力，并且传动系统可以在比较宽的输出转速范围内可以保持比较高的效率，各种性能也可以达到比较良好的作业状态。

现阶段，我国使用的纯水液压传动元件的压力等级为14～21MPa，处于中高压水准，传动的流量也从最初的几十升发展为上千升，并且使用了纯水方向阀。我国最早对水压传动进行研究的是华南理工大学，并在1996年完成了对海水液压泵相关实验研究，取得了阶段性进展。近几年，浙江大学也投入了大量的人力资源、物力资源以及财力资源，对该领域进行了深入研究。纯水液压传动技术的研究和运用，不仅可以推动行业的发展，还可以带动相关产业的发展，从而有效提高社会经济发展水平。根据纯水液压传功技术的使用特点可以预知，在水下工作装置、潜水艇浮力调节问题、石油机械液压传动、海水淡化处理、冶金玻璃等工业中可以发挥更大的社会功效，并且在食品、医疗卫生、造纸等对污染度有很高要求的部门起到举足轻重的调节作用。

3.总结

综上所述，纯水液压传动具有很多无可替代的优势，取材方面极为便利，对环境不会造成污染，成本较低，不具有燃烧性，且压缩系数比较小，应用的领域非常广泛，可以替代矿物油并发挥出更好的功效。即便纯水液压传动在实际应用中也有着诸多难题尚未解决，然而随着科学技术水平的不断提高，相信这些关键难题都能得到有效解决，从而促进纯水液压传动技术的深入发展。

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