论文部分内容阅读
摘要：液压传动是以流体（液压油液）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。它们通过各种元件组成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有机地组合成具有一定控制功能的传动系统。液压传动是机械设备中发展速度最快的技术之一，特别是近年来随着机电一体化技术的发展与微电子、计算机技术相结合，液压传动进入了一个新的发展阶段。
关键词：液压传动 纯水液压传动 液压技术
1.目前我国纯水液压传动发展现状
液压传动从17世纪帕斯卡提出静压传递原理、1795年世界上第一台水压机诞生，已有200多年的历史， 但由于没有成熟的液压传动技术和液压元件，且工艺制造水平低下发展缓慢，气压传动几乎停滞，早在公元前，埃及人就开始采用风箱产生压缩空气助燃。从18世纪的产业革命开始逐渐应用于各类行业中。上世纪30年代，由于工艺制造水平提高，开始生产液压元件，并首先应用于机床。上世纪50、60、70年代，工艺水平很大提高，液压与气压传动技术也迅速发展，国民经济各个领域，从蓝天到水下，从军用到民用，从重工业到轻工业，到处都有液压与气压传动术，且其水平高低已成为一个国家工业发展水平的标志。
我国液压与气压传动技术从60年代开始发展较快，但其发展速度远远落后于同期发展的日本，主要由于工艺制造水平跟不上，新产品研制开发和发达国家不差上下，
纯水液压传动技术是液压领域的前沿发展方向之一 ，它起源于1605 年发现的帕斯卡定律。自那时起 ，液压传动装置一直以水作为工作介质 ，称为水液压传动时代。由于种种原因 ，水液传动一直没有得到充分的发展 ，直到 1906 年 ，用油压代替了水压传动推功了液压技术的发展 ，也就是说 ，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。二战期间 ，尤其是20世纪60、70 年代 ，液压技术得到了快速发展并日趋完善。同时 ，以油液作为介质也存在着环境污染和易燃等问题。随着社会的发展 ，人们对人类赖以生存的环境有了一个更高的要求 ，希望有一个安全无污染、高度文明、美好的环境。因此也要求科学技术向安全、生态化、艺术化、环境系统优化的目标发展。水介质本身独有的一系列特点正好满足了现代社会提出的这一要求。 因此 ，时代的要求 ，呼唤着水压传动这一古老而又崭新的技术的复出 ，纯水液压技术就应运而生了 ，也就使现代液压进入了现代水压传动的研究和应用阶段。液压传动技术经历了从水压到油压的发展阶段 ，目前又在向水压传动方向发展 ，这不是简单的重复和循坏 ，而是螺旋式上升 ，它标志液压传动技术正向更高的阶段发展。纯水液压技术己经成为现代液压界关注的热点。 随着新材料的研发成功、精密加工技术的不断进步 ，以及各种新结构的液压元件研制成功 ，使水压传动技术在最近10多年内取得了长足进步 ，使得纯水液压系统重新进入了有严格无污染要求的领域 ，具有十分诱人的应用和发展前景。同时 ，鉴于国防建设和某些特殊经济领域的迫切需要 ，以及未来市场的诱惑 ，西方国家一直在集中力量研究该项技术 ，并已取得了突破性进展 ，部分己进入实用阶段。目前 ，国外己经生产出专为纯水液压系统设计的液压元件 ，如德国 Hauhinco 公司生产的 Ehk— 3k 系柱塞泵 ，英国于 1988 年研制成功 14 MPa 的海水柱塞泵及10MPa 的海水柱塞马达。国外的纯水液压技术己进入包括海洋开发、水下作业、原子能动力工厂、钢铁工业、食品、医药等诸多领域中 ，创造了很大的经济效益。国内自 20 世纪初也开展了纯水液压传动技术的研究 ，华中理工大学进行了海水液压传动技术的研究 ，现己成功地研究出轴向柱塞式海水液压泵 ，同时 ，浙江大学流体传动及控制国家重点实验室也投入大量的人力、物力从事纯水液压技术的开发和研究工作。
2.液压技术与机械传动、电气传动相比，存在的优点：
2.1.液压传动的各种元件可以根据需要方便、灵活地来布置。
2.2.重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。
2.3.操纵控制方便可实现大范围的无级调速（调速范围达 2000：1）。
2.4.可自动实现过载保护。
2.5.一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑使用寿命长 。
2.6.很容易实现直线运动。
2.7.很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控 制过程，而且可以实现遥控 。
3.我国目前纯水液压传动面临的主要技术难题如下：
3.1. 泄漏与磨损
纯水的粘度极低通常在油的 1 /40～ 1/ 50 之下甚至更低。 因此， 一方面极易引起纯水液压元件及系统的内、外泄漏， 导致系统容积效率的降低； 另一方面纯水的润滑性很差， 在纯水液压元件的耦合摩擦副中形成液压膜比较困难， 从而导致干摩擦及卡死。 为此， 必须采用一些特殊材料、结构和较高的加工精度等技术手段。 所以纯水液压元件制造成本要高于同等性能的油压元件的制造成本。
3.2. 材料腐蚀与老化
由于水的锈蚀性和导电性很强， 能引起钢、 铜等常用金属材料的电化学腐蚀铁、及非金属材料的老化。例如常温下新鲜、流动的纯水对碳素钢锈蚀速度可达 1127mm 年， 从而降低了纯水液压元件的寿命。为此， 总是优先考虑采用不锈钢、有色金属合金和工程塑料等抗蚀性强的材料来制造纯水液压传动的元、辅件。
3.3. 液压冲击、振动和噪声
与液压油相比， 水的密度大 10%、压缩性小 25%、声速高 10%。所以， 纯水液压传动系统中阀门突然启闭等使水的流动状态发生变化时， 极易引起较油压传动更大的液压冲击、振动和噪声， 对系统的工作性能、使用寿命及人身健康造成有害影响。为此， 通常要在纯水液压系统中加装吸收和消除压力冲击、振动和噪声的蓄能器或消声器。 3.4.气蚀
尽管通常水中的气体含量比液压油中的低， 但由于水的饱和蒸气压比液压油高 107 倍， 故水中极易分离和产生出气泡， 并在高压区凝结和溃灭， 从而产生异常高温和冲击压力， 引起系统元、辅件流动表面材料疲劳和破坏、系统工作性能下降的气蚀现象。为此， 一般通过采取限制系统温度以降低介质中的气体溶解度、提高液压泵的吸入压力等措施来减小或消除
气蚀现象。
3.5.系统中容易产生水垢。
水液压传动系统中，水介质经过一段时间的运行后，随着水温的升高，循环水会在液压元件及系统管道中产生水垢，水垢受到震动或冲击后，分解为不溶于水的微小颗粒进入系统，加剧液压元件的摩擦，影响液压元件的密封性能，甚至会造成液压系统回路的阻塞。
3.6.设计理论
由于水的理化特性较特殊， 所以传统油压元件、系统的设计理论与方法不完全适用于水
压系统， 还有待通过深入细致的理论及实验研究， 建立一整套适用于纯水液压传动的设计理论和方法。但是因为液压传动有许多突出的优点，总体而言瑕不掩瑜，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等，行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等，矿山机械中的液压钻机、采煤机、提升机、 液压支架等，土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构、大洋采矿等发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等，船舶用的甲板起重机械绞车、船头门、舱壁阀、船尾推进器等，特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等，军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。
4.部分纯水液压传动的缺点及解决的方法
4.1.材料易被腐蚀。水的导电性比矿物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快速腐蚀。因此所有纯水液压元件的材料必须能够与水相容，具有优良的抗水腐蚀性能，使用不锈钢、铝合金和铜合金等材料可提高抗腐蚀性能，但仍然要注意防止缝隙腐蚀和点蚀，在水中滴加酸离子或碱离子是一种有效的解决措施。
4.2.容易发生水击现象。在纯水液压系统中，当液体流动突然停止时就会发生水击现象，它可使系统的振动和噪音增加，性能不稳定，典型的起因是快速关闭液压阀。通过系统的正确设计和元件的正确选择，可消除水击现象，使用蓄能器也能降低系统的刚度。
4.3.防冻问题及元件设计理论。由于水的理化特性不同于液压油，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，必须根据水的特性建立新的数学模型，进行新的理论和实验研究。另外，水在0℃时会结冰，影响其在低温环境下的使用，这就必须在其中加入防冻剂。
五.结束语
液压传动与控制是现代机械工程的基础技术，由于其在功率重量比、无级调速、自动 控制、过载保护等方面的独特技术优势，使其成为国民经济中各行业、各类机械装备实现传动与控制的重要技术手段。
液压传动动是工农业生产中广为应用的一门技术 。如今液压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。液压传动技术已成为工业机械、工程建筑、机械及国防 尖端产品不可缺少的重要技术。而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、 轻量化方向发展是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。
而纯水液压传动有着良好的环境友好效益，已愈来愈引起各国的普遍关注，西方一些发达国家早已率先开始了这方面的技术研究，并有成熟的产品问世。我国研究和应用纯水液压传动的组织比较少，技术水平与西方国家有很大差距，因此要积极参与这方面的研究工作，以缩小我国在此领域与西方国家的差距。可以预见，纯水液压传动技术在将来一定会取代目前的油压传动技术，成为液压传动发展的主流，具有十分广阔的发展和应用前景。
参考文献：
[1]张利平主编 1 液压气动系统设计手册 1 北京： 机械工业出版社
[2]史维祥 流体动力几个重要方面的发展 1 液压气动与密封， 2000
[3]盛敬超 1 液压流体力学 1 北京： 机械工业出版社， 19801
[4]周华等 1 环境友好的纯水液压传动技术 1999全国流体动力与机电一体化技术学术年会论文专辑 1 重庆工业高等专科学校学报
关键词：液压传动 纯水液压传动 液压技术
1.目前我国纯水液压传动发展现状
液压传动从17世纪帕斯卡提出静压传递原理、1795年世界上第一台水压机诞生，已有200多年的历史， 但由于没有成熟的液压传动技术和液压元件，且工艺制造水平低下发展缓慢，气压传动几乎停滞，早在公元前，埃及人就开始采用风箱产生压缩空气助燃。从18世纪的产业革命开始逐渐应用于各类行业中。上世纪30年代，由于工艺制造水平提高，开始生产液压元件，并首先应用于机床。上世纪50、60、70年代，工艺水平很大提高，液压与气压传动技术也迅速发展，国民经济各个领域，从蓝天到水下，从军用到民用，从重工业到轻工业，到处都有液压与气压传动术，且其水平高低已成为一个国家工业发展水平的标志。
我国液压与气压传动技术从60年代开始发展较快，但其发展速度远远落后于同期发展的日本，主要由于工艺制造水平跟不上，新产品研制开发和发达国家不差上下，
纯水液压传动技术是液压领域的前沿发展方向之一 ，它起源于1605 年发现的帕斯卡定律。自那时起 ，液压传动装置一直以水作为工作介质 ，称为水液压传动时代。由于种种原因 ，水液传动一直没有得到充分的发展 ，直到 1906 年 ，用油压代替了水压传动推功了液压技术的发展 ，也就是说 ，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。二战期间 ，尤其是20世纪60、70 年代 ，液压技术得到了快速发展并日趋完善。同时 ，以油液作为介质也存在着环境污染和易燃等问题。随着社会的发展 ，人们对人类赖以生存的环境有了一个更高的要求 ，希望有一个安全无污染、高度文明、美好的环境。因此也要求科学技术向安全、生态化、艺术化、环境系统优化的目标发展。水介质本身独有的一系列特点正好满足了现代社会提出的这一要求。 因此 ，时代的要求 ，呼唤着水压传动这一古老而又崭新的技术的复出 ，纯水液压技术就应运而生了 ，也就使现代液压进入了现代水压传动的研究和应用阶段。液压传动技术经历了从水压到油压的发展阶段 ，目前又在向水压传动方向发展 ，这不是简单的重复和循坏 ，而是螺旋式上升 ，它标志液压传动技术正向更高的阶段发展。纯水液压技术己经成为现代液压界关注的热点。 随着新材料的研发成功、精密加工技术的不断进步 ，以及各种新结构的液压元件研制成功 ，使水压传动技术在最近10多年内取得了长足进步 ，使得纯水液压系统重新进入了有严格无污染要求的领域 ，具有十分诱人的应用和发展前景。同时 ，鉴于国防建设和某些特殊经济领域的迫切需要 ，以及未来市场的诱惑 ，西方国家一直在集中力量研究该项技术 ，并已取得了突破性进展 ，部分己进入实用阶段。目前 ，国外己经生产出专为纯水液压系统设计的液压元件 ，如德国 Hauhinco 公司生产的 Ehk— 3k 系柱塞泵 ，英国于 1988 年研制成功 14 MPa 的海水柱塞泵及10MPa 的海水柱塞马达。国外的纯水液压技术己进入包括海洋开发、水下作业、原子能动力工厂、钢铁工业、食品、医药等诸多领域中 ，创造了很大的经济效益。国内自 20 世纪初也开展了纯水液压传动技术的研究 ，华中理工大学进行了海水液压传动技术的研究 ，现己成功地研究出轴向柱塞式海水液压泵 ，同时 ，浙江大学流体传动及控制国家重点实验室也投入大量的人力、物力从事纯水液压技术的开发和研究工作。
2.液压技术与机械传动、电气传动相比，存在的优点：
2.1.液压传动的各种元件可以根据需要方便、灵活地来布置。
2.2.重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。
2.3.操纵控制方便可实现大范围的无级调速（调速范围达 2000：1）。
2.4.可自动实现过载保护。
2.5.一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑使用寿命长 。
2.6.很容易实现直线运动。
2.7.很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控 制过程，而且可以实现遥控 。
3.我国目前纯水液压传动面临的主要技术难题如下：
3.1. 泄漏与磨损
纯水的粘度极低通常在油的 1 /40～ 1/ 50 之下甚至更低。 因此， 一方面极易引起纯水液压元件及系统的内、外泄漏， 导致系统容积效率的降低； 另一方面纯水的润滑性很差， 在纯水液压元件的耦合摩擦副中形成液压膜比较困难， 从而导致干摩擦及卡死。 为此， 必须采用一些特殊材料、结构和较高的加工精度等技术手段。 所以纯水液压元件制造成本要高于同等性能的油压元件的制造成本。
3.2. 材料腐蚀与老化
由于水的锈蚀性和导电性很强， 能引起钢、 铜等常用金属材料的电化学腐蚀铁、及非金属材料的老化。例如常温下新鲜、流动的纯水对碳素钢锈蚀速度可达 1127mm 年， 从而降低了纯水液压元件的寿命。为此， 总是优先考虑采用不锈钢、有色金属合金和工程塑料等抗蚀性强的材料来制造纯水液压传动的元、辅件。
3.3. 液压冲击、振动和噪声
与液压油相比， 水的密度大 10%、压缩性小 25%、声速高 10%。所以， 纯水液压传动系统中阀门突然启闭等使水的流动状态发生变化时， 极易引起较油压传动更大的液压冲击、振动和噪声， 对系统的工作性能、使用寿命及人身健康造成有害影响。为此， 通常要在纯水液压系统中加装吸收和消除压力冲击、振动和噪声的蓄能器或消声器。 3.4.气蚀
尽管通常水中的气体含量比液压油中的低， 但由于水的饱和蒸气压比液压油高 107 倍， 故水中极易分离和产生出气泡， 并在高压区凝结和溃灭， 从而产生异常高温和冲击压力， 引起系统元、辅件流动表面材料疲劳和破坏、系统工作性能下降的气蚀现象。为此， 一般通过采取限制系统温度以降低介质中的气体溶解度、提高液压泵的吸入压力等措施来减小或消除
气蚀现象。
3.5.系统中容易产生水垢。
水液压传动系统中，水介质经过一段时间的运行后，随着水温的升高，循环水会在液压元件及系统管道中产生水垢，水垢受到震动或冲击后，分解为不溶于水的微小颗粒进入系统，加剧液压元件的摩擦，影响液压元件的密封性能，甚至会造成液压系统回路的阻塞。
3.6.设计理论
由于水的理化特性较特殊， 所以传统油压元件、系统的设计理论与方法不完全适用于水
压系统， 还有待通过深入细致的理论及实验研究， 建立一整套适用于纯水液压传动的设计理论和方法。但是因为液压传动有许多突出的优点，总体而言瑕不掩瑜，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等，行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等，矿山机械中的液压钻机、采煤机、提升机、 液压支架等，土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构、大洋采矿等发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等，船舶用的甲板起重机械绞车、船头门、舱壁阀、船尾推进器等，特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等，军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。
4.部分纯水液压传动的缺点及解决的方法
4.1.材料易被腐蚀。水的导电性比矿物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快速腐蚀。因此所有纯水液压元件的材料必须能够与水相容，具有优良的抗水腐蚀性能，使用不锈钢、铝合金和铜合金等材料可提高抗腐蚀性能，但仍然要注意防止缝隙腐蚀和点蚀，在水中滴加酸离子或碱离子是一种有效的解决措施。
4.2.容易发生水击现象。在纯水液压系统中，当液体流动突然停止时就会发生水击现象，它可使系统的振动和噪音增加，性能不稳定，典型的起因是快速关闭液压阀。通过系统的正确设计和元件的正确选择，可消除水击现象，使用蓄能器也能降低系统的刚度。
4.3.防冻问题及元件设计理论。由于水的理化特性不同于液压油，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，必须根据水的特性建立新的数学模型，进行新的理论和实验研究。另外，水在0℃时会结冰，影响其在低温环境下的使用，这就必须在其中加入防冻剂。
五.结束语
液压传动与控制是现代机械工程的基础技术，由于其在功率重量比、无级调速、自动 控制、过载保护等方面的独特技术优势，使其成为国民经济中各行业、各类机械装备实现传动与控制的重要技术手段。
液压传动动是工农业生产中广为应用的一门技术 。如今液压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。液压传动技术已成为工业机械、工程建筑、机械及国防 尖端产品不可缺少的重要技术。而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、 轻量化方向发展是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。
而纯水液压传动有着良好的环境友好效益，已愈来愈引起各国的普遍关注，西方一些发达国家早已率先开始了这方面的技术研究，并有成熟的产品问世。我国研究和应用纯水液压传动的组织比较少，技术水平与西方国家有很大差距，因此要积极参与这方面的研究工作，以缩小我国在此领域与西方国家的差距。可以预见，纯水液压传动技术在将来一定会取代目前的油压传动技术，成为液压传动发展的主流，具有十分广阔的发展和应用前景。
参考文献：
[1]张利平主编 1 液压气动系统设计手册 1 北京： 机械工业出版社
[2]史维祥 流体动力几个重要方面的发展 1 液压气动与密封， 2000
[3]盛敬超 1 液压流体力学 1 北京： 机械工业出版社， 19801
[4]周华等 1 环境友好的纯水液压传动技术 1999全国流体动力与机电一体化技术学术年会论文专辑 1 重庆工业高等专科学校学报