纯水液压的发展及研究的主要方向
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研究当前水液压技术的现状及发展走向
液压英才网豆豆转载1. 水液压技术的特点及研究难点直接应用水作为液压系统的传动介质,具有很多优点，但水所具有的粘度低、润滑性差、导电性强、汽化压力高等特点，也给该项技术的研究带来了困难。
(1) 密封与润滑问题。
水的粘度为0.55mm2/s~1mm2/s,约为矿物型液压油的1/50~1/40,故若在同等压力下,通过相同密封缝隙的泄漏流量将是油介质的20倍以上,这将大大降低系统的容积效率。
由于泄漏增加,密封间隙中的高速液流将对所经过的表面材料产生强烈的冲刷作用,使泄漏进一步加剧。
为了提高容积效率,就必须减小密封间隙,而密封间隙减小后,又会使磨损加大,从而会导致密封迅速失效。
(2) 耐磨损问题。
由于在水中润滑困难,摩擦副的固体表面常处于直接接触状态,很快便会受到磨损。
同时,水的腐蚀作用也会大大加速磨损的进程和加剧磨损的破坏程度。
加之介质中的微细污染物和内部残留磨屑的侵入,甚至导致三相磨损,使得水液压元件的寿命缩短,系统发生故障。
(3) 耐腐蚀问题。
水的导电性比矿物型液压油高数亿倍甚至数百亿倍,它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化学老化,使液压元件的材料受到破坏。
即使应用陶瓷材料作为金属零件的表面涂层,也有可能引起涂层或粘结层中特定相的选择性析出及基体界面的缝隙腐蚀。
(4) 抗气蚀问题。
水的汽化压力高(如50℃时为12.2 MPa),是液压油的近千万倍,加之水中存在约2%(体积比)的空气和许多微生物,特别容易诱发水汽化,导致气蚀,剥蚀零件表面材料,破坏过流的固体表面和密封件。
气蚀还会使系统的流量发生变化,产生压力波动、振动和噪声,带来许多不良影响。
为了解决这些问题,必须进行水介质中的润滑、磨损、腐蚀和气蚀的机理研究,应用新材料如精细陶瓷、增强塑料及新的表面处理方法来提高元件的耐磨、抗蚀能力,优化结构以减小或避免泄漏、磨损、腐蚀和气蚀等的影响,并采用先进制造技术,保证加工精度和质量。
纯水液压技术的应用与展望
工 程 管 理
纯 水 液 压 技 术 的应 用 与展 望
曾 曦
摘 要： 文章 首先介 绍 了液压技 术在 工业 腐蚀性强 、 腐蚀严 重 、 防漏 性差 等缺 陷 ， 但 然后用高压水射 流采 煤 ， 这将是 纯水 液压
生 产 中的 重 要 作 用 ， 其 次 概 述 了纯 水 液 压 这些缺 陷正 随着 科学技 术 的不断 进步 ， 被 技术在煤炭行业应用的雏形 。这对于有丰
一
重大工程项 目和装备可靠性的保证 。所 以 上均产生 了质的 飞跃 ， 工程 应用前 景 十分 提升机理研究及 不 同体积 、 浓度 输送 参数 说 液压传动技术的发展是实现生产过程 自 乐 观。 试验 ， 并对工 业开 采水力 提升参 数进 行 了 动化 、 尤其是 工业 自动化 不可 缺少 的重要 ２ ．应用 于食 品 、 医药 、 粮食 、 生物工 程 预测和初步优 化 ， 建 成 了既可进 行集 矿技 手段 。随着社会 的发展 ， 人们对人 类 赖 以 等要求无污染 的行业 。在美 国纯水 液压 缸 术研究和设备性 能试 验 ， 又可进 行管 道提 生存 的环 境有 了一个更 高 的要求 ， 希 望有 系统 已进入 食 品、 医药 、 粮食、 生物 工程 等 升方法和工艺参数研究的大型海洋采矿综 个 安全无污 染 、 高度 文 明、 美好 的环 境 。 要求无 污染 的行业 ， 如肉联 企业 的 肉品压
一
因此 也要 求科学技术向安全 、 生 态化 、 艺术 制设备 、 骨 肉分 离设 备 、 罐头 的制作 设备 、
合试验室 。 综上所述 ， 纯水液 压技术 因其特 有 的
化、 环境系统 优化 的 目标 发展 。水 介 质本 食 品的生产及 包装 设备 、 药 品的生 产及 包 优势 ， 已经成 为现代 液压 传动技 术新 的发 身独有 的一系列特点正好满足 了现代社会 装等设备 中已开始 采用 纯水液 压 系统 ， 大 展方 向之一。面对 国际上纯水液压技术的 提 出的这 一要求 ， 因此 ， 纯水液压技术就应 大改善 了生 产环境 ， 为生产 无公 害产 品打 快速发展和我 国加 入 ＷＴ ０这一 历史 性机 运而生 了 ， 它标 志着 液压 传动技 术正 向更 下 了基 础 。 遇与挑战 ， 大洋采矿是海洋高科技 的前 沿 ， 高 的阶段 发展 。纯水液 压技术 ， 尤 其是 深 ３ ． 应用 于 矿 山开 采。纯 水 与传 统 使 是海洋资源开发 的制 高点 ， 如何 开发 和利 海纯水液 压技 术已经成为现代液压界关注 用的液压油 和高水 基乳化 液相 比， 不仅 有 用国际海底资 源， 开 辟我 国新 的矿产 资源 的热 点 。 良好 的抗燃 性 、 散热性 ， 而且价 格也 便宜 。 基地是实现国 民经济建设可持续发展 的重 所 以使用纯水 液压 ， 对 降低煤 矿 的生产 成 二、 纯 水 液 压 技 术 的特 点 要战略 目标。相信在 ２ １ 世纪 ， 纯水 液压技 本是有益的 。在煤矿生产 中广泛使用 的液 术的应用 前景将更 加广阔 。 所谓 “ 纯水 ” 是 指纯 粹 的天然水 ， 即不 压支柱 ， 大量消耗着乳化液 。调查发现 ， 很 含任何添加剂 的水 。纯 水作为液 压传动的 多煤矿 的工人在液压 支架 和液压支柱 的使 参考文献： 工作介质 ， 具 备如下 特点 ： 无 污染 ， 有 利于
纯 水 液 压 技 术 的应 用 与展 望
曾 曦
摘 要： 文章 首先介 绍 了液压技 术在 工业 腐蚀性强 、 腐蚀严 重 、 防漏 性差 等缺 陷 ， 但 然后用高压水射 流采 煤 ， 这将是 纯水 液压
生 产 中的 重 要 作 用 ， 其 次 概 述 了纯 水 液 压 这些缺 陷正 随着 科学技 术 的不断 进步 ， 被 技术在煤炭行业应用的雏形 。这对于有丰
一
重大工程项 目和装备可靠性的保证 。所 以 上均产生 了质的 飞跃 ， 工程 应用前 景 十分 提升机理研究及 不 同体积 、 浓度 输送 参数 说 液压传动技术的发展是实现生产过程 自 乐 观。 试验 ， 并对工 业开 采水力 提升参 数进 行 了 动化 、 尤其是 工业 自动化 不可 缺少 的重要 ２ ．应用 于食 品 、 医药 、 粮食 、 生物工 程 预测和初步优 化 ， 建 成 了既可进 行集 矿技 手段 。随着社会 的发展 ， 人们对人 类 赖 以 等要求无污染 的行业 。在美 国纯水 液压 缸 术研究和设备性 能试 验 ， 又可进 行管 道提 生存 的环 境有 了一个更 高 的要求 ， 希 望有 系统 已进入 食 品、 医药 、 粮食、 生物 工程 等 升方法和工艺参数研究的大型海洋采矿综 个 安全无污 染 、 高度 文 明、 美好 的环 境 。 要求无 污染 的行业 ， 如肉联 企业 的 肉品压
一
因此 也要 求科学技术向安全 、 生 态化 、 艺术 制设备 、 骨 肉分 离设 备 、 罐头 的制作 设备 、
合试验室 。 综上所述 ， 纯水液 压技术 因其特 有 的
化、 环境系统 优化 的 目标 发展 。水 介 质本 食 品的生产及 包装 设备 、 药 品的生 产及 包 优势 ， 已经成 为现代 液压 传动技 术新 的发 身独有 的一系列特点正好满足 了现代社会 装等设备 中已开始 采用 纯水液 压 系统 ， 大 展方 向之一。面对 国际上纯水液压技术的 提 出的这 一要求 ， 因此 ， 纯水液压技术就应 大改善 了生 产环境 ， 为生产 无公 害产 品打 快速发展和我 国加 入 ＷＴ ０这一 历史 性机 运而生 了 ， 它标 志着 液压 传动技 术正 向更 下 了基 础 。 遇与挑战 ， 大洋采矿是海洋高科技 的前 沿 ， 高 的阶段 发展 。纯水液 压技术 ， 尤 其是 深 ３ ． 应用 于 矿 山开 采。纯 水 与传 统 使 是海洋资源开发 的制 高点 ， 如何 开发 和利 海纯水液 压技 术已经成为现代液压界关注 用的液压油 和高水 基乳化 液相 比， 不仅 有 用国际海底资 源， 开 辟我 国新 的矿产 资源 的热 点 。 良好 的抗燃 性 、 散热性 ， 而且价 格也 便宜 。 基地是实现国 民经济建设可持续发展 的重 所 以使用纯水 液压 ， 对 降低煤 矿 的生产 成 二、 纯 水 液 压 技 术 的特 点 要战略 目标。相信在 ２ １ 世纪 ， 纯水 液压技 本是有益的 。在煤矿生产 中广泛使用 的液 术的应用 前景将更 加广阔 。 所谓 “ 纯水 ” 是 指纯 粹 的天然水 ， 即不 压支柱 ， 大量消耗着乳化液 。调查发现 ， 很 含任何添加剂 的水 。纯 水作为液 压传动的 多煤矿 的工人在液压 支架 和液压支柱 的使 参考文献： 工作介质 ， 具 备如下 特点 ： 无 污染 ， 有 利于
液压传动的重要研究方向——纯水液压传动
如 高压清 洗、消 防 、装 卸等 ；第二 阶段主要 是 食 品加工业 ，如 面包机 、搅拌 发酵机 、肉联 厂
的切 割系统 ；在第三 阶段应 用领域 将扩 展到 工
（ 可忽 略） 、清 洁维护 成本 （ 较低 ） ，其经济 性 时 远 远高 于其 他介 质 。
（ ）其他 比较 ４
程机械 占主 要 份额 ，通 用 机械 也 将 有所 应 用 。
７ ０ ×１ —
５ ２ １ ．× ０
纯水 与矿物基 液压 油的 物理化 学性能存 在
着 较大 的区别 （ 表 ２ ，其 优 势 主要 表 现在 下 见 ）
述 方面 ：
（ ）安全性 １
热膨胀系数／ Ｋ一 比热 容 ／Ｊ・ ｇ ・ ｋ ｋ 一 Ｋ一 热 导 率 ／ ・ｍ一 Ｋ。 ｗ ・ 。 。
＊李 虹 ，女 ， １６ 生 ，硕 士 ，讲 师 。淮 南市 ，２ ２ ０ 。 ９ ８年 ３ ０ １
３ 纯 水 液压 传 动 的 应 用
一
般认 为纯水 液压 传动 的应用 可分 为三个
阶段 。第一 阶段 主要包 括几个 小 的特 殊领域 ，
维普资讯
时 间
旺
回油管道 、水箱 等 ，使 系统 简化 。
表 ２ 纯 水 与 液 压 油 的 主要 理 化 性 能 比 较
性 能 液 压 油
８０ ９０ ５ ￣ ０
图 ２ 纯水液压传动的应用阶段
纯 水
１ ０ ００
４ 纯水 液压传 动的优 势
密 度 ／ ｇ・ｔ３ ｋ ｎ
压缩系数／ ａ ＭＰ
要求 ，新 型材料 、精密 加工技 术及 新结 构 的发 展和研 究 ，使 得纯 水液 压传 动技术 基本 克服 了
水液压技术优势及应用前景
水液压技术优势及应用前景水液压技术是一种相对新的液压动力传输技术，以水为工作介质，具有比油液压技术更高的技术优势。
水液压技术的优势主要体现在以下方面：1.环保性能更好水液压技术以水为工作介质，因此在使用过程中不会产生有毒有害的废弃物，对环境污染的影响较小，可以有效保护环境。
2.高效性更佳传统油液压技术机械设备易因液压油的低温、分离等问题影响使用效果和寿命，而水液压技术使用水作为工作介质，水拥有更好的热扩散性和高温稳定性,使得设备能够在高温、高频、高压的情况下依然保持优秀的工作性能和效率。
3.可靠性更高水液压系统几乎不会出现由于泄漏造成设备故障的情况，比传统油液压更加可靠，且可在水质污染严重的情况下正常运行。
4.适用性更广水液压技术适用范围包括油田、工程机械、齿轮、塑料成型、金属成型等多种领域，同时还适用于动力分配系统、拖拉机、牵引和交通设施等特殊领域，具有广泛应用前景和经济价值。
近年来，在环保意识持续提升的背景下，水液压正受到越来越多的关注和重视，成为液压动力传输领域的重要发展方向。
据估计，未来几年，水液压技术在工业自动化、环保等领域有广阔的应用前景。
随着技术不断升级，未来水液压技术会在概念设计、系统结构、控制策略、检测技术等方面的进一步优化，其在传感器、执行器、控制器、网络通信等方面的应用和发展将越来越广泛和深入。
同时，为了在竞争中获取优势，水液压技术企业应该保持技术创新和不断提高产品质量，以满足市场需求。
总之，水液压技术是一种具有广泛应用前景和经济价值的技术，其环保、高效、可靠性更高、适用性更广等优势特点将带来相应的市场需求和经济效益，未来可实现水液压技术的工业化、规模化、标准化和国际化。
液压传动领域的重要发展方向——纯水液压传动研究
制造液压元件 ， 与此 同时也 要注 意预防缝 隙腐蚀 和点 蚀 ， 常 采
用 的方 法 是 在 水 里 滴 酸 、 碱离子 。
（ ２ ） 数学模型及设计 理论 、 方 法 。纯 水 与 传 统 传 动 媒 介 的
不 同会导致摩擦 副中的流 动特性 、 泄漏模 式 、 空化特 性 和传热
１ 纯 水 液 压 传 动 的 优 势 与 面 临 的挑 战
仍 然存 在瓶 颈 ， 例 如密 封和润 滑 问题 ， 另外， 诸 如磨损 、 腐蚀 等 缺陷也 会 对纯 水 液压 传动 技 术 的使用 和推 广造 成 阻 碍 。现就 纯 水 液压 传 动 的优势 及其 面 临的挑 战进行 分析 ， 并从元 件 的材料 选择 和设备 的结 构设 计 ２ 方 面对 纯水 液压传 动技 术今 后 的研 究重 点进 行简 要探讨 。
其大面积死亡 ； 同时还会对 生产场 所带来 负面影 响 ， 例如使 地 面更易打滑 ， 作业现场空气质量下降等 。若采用 纯水液 压传动 技术 ， 即使 在生产 过程 中水 发生 泄漏 ， 对产 品造 成 的影 响也 非
常有 限 。
１ ＿ ２ 纯 水 液 压 传 动 面 临 的挑 战
最近几年 ， 由于 人 们 的 环 境 保 护 意 识 越 来 越 强 ， 绿 色 设 计 逐渐兴起 ， 现 代 水 压 传 动 技 术 也 开 始 进 入 人 们 的 视 野 。尤 其 是
压 系统 中使 用 的 所 有 材 料 都 应 当具 有 良好 的 耐 腐 蚀 性 。除 此 之外 ， 系统 中一 些 关 键 位 置 的 摩 擦 副 会 承 受 很 大 的 交 变 载 荷 ，
水的低黏度 特性 会使得摩擦副边界难 以形 成润滑 ， 从 而加剧 磨 损 。所 以， 可 以使用不 锈钢 、 铝合金 和铜合 金等 耐腐蚀 材料 来
用 的方 法 是 在 水 里 滴 酸 、 碱离子 。
（ ２ ） 数学模型及设计 理论 、 方 法 。纯 水 与 传 统 传 动 媒 介 的
不 同会导致摩擦 副中的流 动特性 、 泄漏模 式 、 空化特 性 和传热
１ 纯 水 液 压 传 动 的 优 势 与 面 临 的挑 战
仍 然存 在瓶 颈 ， 例 如密 封和润 滑 问题 ， 另外， 诸 如磨损 、 腐蚀 等 缺陷也 会 对纯 水 液压 传动 技 术 的使用 和推 广造 成 阻 碍 。现就 纯 水 液压 传 动 的优势 及其 面 临的挑 战进行 分析 ， 并从元 件 的材料 选择 和设备 的结 构设 计 ２ 方 面对 纯水 液压传 动技 术今 后 的研 究重 点进 行简 要探讨 。
其大面积死亡 ； 同时还会对 生产场 所带来 负面影 响 ， 例如使 地 面更易打滑 ， 作业现场空气质量下降等 。若采用 纯水液 压传动 技术 ， 即使 在生产 过程 中水 发生 泄漏 ， 对产 品造 成 的影 响也 非
常有 限 。
１ ＿ ２ 纯 水 液 压 传 动 面 临 的挑 战
最近几年 ， 由于 人 们 的 环 境 保 护 意 识 越 来 越 强 ， 绿 色 设 计 逐渐兴起 ， 现 代 水 压 传 动 技 术 也 开 始 进 入 人 们 的 视 野 。尤 其 是
压 系统 中使 用 的 所 有 材 料 都 应 当具 有 良好 的 耐 腐 蚀 性 。除 此 之外 ， 系统 中一 些 关 键 位 置 的 摩 擦 副 会 承 受 很 大 的 交 变 载 荷 ，
水的低黏度 特性 会使得摩擦副边界难 以形 成润滑 ， 从 而加剧 磨 损 。所 以， 可 以使用不 锈钢 、 铝合金 和铜合 金等 耐腐蚀 材料 来
纯水液压系统的发展及在钢铁工业中的应用
３ 关键技 术 的研 究
取代现有的轧钢液压系统 ， 则吨钢生产成本将大 大降低。 （） 燃性 ３无 在高温环境中采用无燃性 的纯水是非常安全 的， 特别是在焦炉 、 退火炉 、 转炉的应用更能显出 其价值。一方面 ， 泄漏 的介质不会像液压 油那样 樗染地面造成安全 隐患， 另一方面 ， 泄漏的介质遇 到明火 ， 不会像液压油那样起火燃烧 ， 从而有效地 保 护人 身和设 备 。
ｆｅｆ ｒｒｓ ｌ ｏ ｌ ａ ｅａ． ｒ ｏ ｅｅ ｈ辄哳卿 ａ ｃｎ ｍａｔｇ ｉ
． ｈ ｒｓ ｎ ｐ ｐ ｒ ｅ ｃｉ ｍ Ｔ ｅｐ ｅ ｅ ｔ ａ ｅ ｔ ｒ ｄ ｂ
ｂ ｏ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔ ｆｔｅ ｐ ｏ ｉ ｈ ｙ ｒ ｕｉ ｅ ｔｒａ ｉ ｍ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｏ ｃ ｌ ｈ ｅ ｎｔｅｈ ｄ ｌ ｓｃｏ ｔ ｍａ ｎ Ｔ０ ａ ｃ
Ｄ】 砌 Ｈ ｏＦ Ｈ Ｙ ＤＲＡ Ⅱ『：Ｓ Ｉ Ｉ （ ［ ＥＭ ０Ｆ Ｐ功匝 Ｗ Ｉ Ｒ ＡＮＤ 衄 Ⅱ【 Ｎ ＆ 几 Ｉ Ｄ珊 ｌ ［ ａｌ Ｕ ＲＹ
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Ⅱ Ｓ ＾ Ｐ ｏＣ Ｔ Ｐ Ｉ Ⅱ＂
（ ｌ ｒ Ｗｕ ｍＩ ｎ＆ Ｓ ｅ ｃ ． ｕ ｏ ｔｌ。 ） ｅ
置。
联系＾： 王 东． 高级工程师 ． 武汉市（３ｃ ） ４ ￣ 武汉工程技 术学院 ｏ ０
众所周知 ， 液压系统 中油的泄漏是其工作环 境污染的主要囡素。欧洲许多研究表面 ， 地表水 源的污染主要是 由于液 压油的泄漏 引起 的。在 ２ 世纪， ｌ 随着人们对环境保护 的认识不断增 强， 纯水液压技术会越来越受到重视。 （） ２成本低
天然淡水不仅 自 身的成本非常低 ， 而且 ， 其泄 漏处理成本也极低（ 可忽略） 。这对大量使用液压
液压传动研究方向——纯水液压
２ 纯 水 液 压 传 动 的 研 究 内 容
会造 成钢 、 铁、 铜等金属 原料的 电化学 侵蚀和 非金属的 老 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 解质 ，
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 ： 丁作 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
不
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 ９ ６ ％。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 ５ ０ ％时 ， 矿物油的气化压力 只是 纯水 的 １ ／ １ ０ ， 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 ，
现 在 以下 几 个 方 面 。
（ １ ） 安 全 性
液压油的抗燃烧 性低溶 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 范同越 发
（ ２ ） 环 保 性
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 普及 ， 尤其适用于高温明火等环境。
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 ５ ０倍 ， 静 压轴 承的润滑薄膜厚度则 比之高 ３ 倍。 此 比纯净水形
会造 成钢 、 铁、 铜等金属 原料的 电化学 侵蚀和 非金属的 老 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 解质 ，
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 ： 丁作 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
不
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 ９ ６ ％。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 ５ ０ ％时 ， 矿物油的气化压力 只是 纯水 的 １ ／ １ ０ ， 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 ，
现 在 以下 几 个 方 面 。
（ １ ） 安 全 性
液压油的抗燃烧 性低溶 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 范同越 发
（ ２ ） 环 保 性
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 普及 ， 尤其适用于高温明火等环境。
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 ５ ０倍 ， 静 压轴 承的润滑薄膜厚度则 比之高 ３ 倍。 此 比纯净水形
水液压技术的研究现状与发展趋势
水液压技术的研究现状与发展趋势
水液压技术是一种利用水作为工作介质驱动执行器的液压技术。
它具有环境友好、无污染、能量回收利用等优势，因此在一些场合替代传统的矿物油液压系统成为一种趋势。
目前，水液压技术的研究主要集中在以下几个方面：
1. 水液压元器件的研发：包括液压泵、液压马达、液压阀等。
目前已经有一些水液压元器件被开发出来并实际应用，如径向柱塞液压泵、轴向柱塞液压马达等。
2. 水液压系统的设计与控制：水液压系统的设计要考虑工作压力、流量、泄漏等参数，控制部分主要研究液压控制阀的设计和控制策略。
3. 水液压系统的性能与可靠性研究：针对水液压系统的性能与可靠性进行研究，包括效率、响应速度、抗污染能力等指标的优化。
未来水液压技术的发展趋势有以下几个方向：
1. 提高水液压系统的性能：提高系统的效率、响应速度、负载能力等方面的性能指标，以提高水液压技术的竞争力。
2. 拓宽水液压应用领域：将水液压技术应用于更广泛的领域，如航空航天、汽车制造、建筑工程等，以满足不同行业的需求。
3. 发展水液压新材料：研究新型的密封材料、防污染液压元器件等，以提高水液压系统的可靠性和抗污染能力。
4. 提高水液压系统的节能性：研发节能的水液压系统，回收利用水液压系统中的能量，以减少能源的消耗。
综上所述，水液压技术在研究与发展方面仍有较大的空间和潜力，未来将继续向性能提升、应用拓宽、材料和节能等方向发展。
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1 所示.
图 1 纯水液压研究技术研究的主要内容
收稿日期: 一 0 0 M 1 -8 作者简介: 张康智(98 )男, 17 一 , 陕西杨凌人, 教师, 主要从事机电液体一体化技术研究方面的工作.
·2 1·
万方数据
Vo 2 N 1 l 1 o
2 0 -2 08 0
机械研究与应用
蚀作用可在较低的接触应力下去除腐蚀表面, 而新鲜 表面更容易受到腐蚀, 这两个过程的相互作用形成了 腐蚀磨损. 对于大多数材料而言, 上述4 种形式的磨 损在水中都比 在油中大.由于低粘度, 水压元件中的 间隙流速很高, 高速水流会对过流表面产生严重的冲 刷作 引 用, 起过流表面材料破坏, 蚀磨损, 介质 即冲 当 中含有固 体污染颗粒时, 蚀磨损将更严重.因此, 冲 深人 理利用水的有限润滑作用, 切实有效的解决水压元件 面临的 严重粘着磨损, 磨粒磨损, 腐蚀磨损, 疲劳磨损 及冲 蚀磨损等摩擦学问题, 是能否研制出 高性能水压 元件和系统的关键. () 3 各类水压元件及系统的开发与应用研究. 水介质与矿物油介质物理化学性能的巨大差别决定 着不能将现有的液压元件用于纯水液压传动.通过 对纯水液压元件的 研究, 系统对纯水液压传动的认识 与分 析以 及对元件尺寸, 静动态性能的 研究所总结的 规律及原理, 对纯水液压传动的发展起着重要的作 用, 对纯水液压元件和系统的研究也是纯水液压 所以 传动 研究的 一个重要课题. () 4 水压元件及系统气蚀, 水击发生的机理, 危
·2 · 2
万方数据
第2 卷 第 1 1 期 20 年 2 08 月
() 元件 统的 机仿真 新〔. 及系 计算 1 水压 创 '液 〕
压仿真技术为预测液压系统的性能提供了有力的工 具, 不仅缩短了液压系统和元件的设计周期, 避免了 因重复实验及加工所带来的费用, 而且有利于及早发 现所研究的系统在动静态特性方面的薄弱环节并加 以消除.还可以通过仿真对所设计的系统进行深人 了解, 从而达到优化系统, 优化元件, 优化参数的目 的.目 前有许多成熟的仿真软件包广泛应用于液压 领域的设计过程中, 其中德国亚深工业大学的DH S 软件和英国Bt大学的Bt f是最早推出的软件, a h a/ hp 在行业中影响也最大.随着科学的发展, 又有数十款 液压仿真软件和通用的系统仿真软件应运而生.但 是现有的大多数软件, 包括一些通用仿真软件, 存在 以 下问题: ①面向 原理图建模的图形界面, 仅是一个 工具; ②只能对简单的液压系统进行仿真, 即只能对 简化的系统进行仿真; ③仿真系统不利于创新思维的 运用; ④仿真与优化脱节, 事实上仿真无法直接指导 系统的设计优化; ⑤仿真软件得不到强大的 液压元件 参数库的支持; ⑥软件参数的确定带有很大的盲目 性; ⑦实验与仿真的对比 分析功能不强; ⑧仿真结果 的再利用没有得到深人发掘.随着产品设计中强调 源头创新, 对仿真技术的 研究与软件系统的 开发提出 了 新要求. 从国 外的相关软件来看, 液压仿真技术发 展一直受到重视, 并在不断的进行开拓和完善. 仿真 技术在液压元件与系统的 创新设计中, 发挥了 重大的 作用.与其它技术一样, 液压仿真技术也将与时俱 进, 发展趋势可以归纳为几个方面: 基于网络的仿真 技术, 协同仿真技术, 基于仿真的工况监测与故障诊
ME HA C C NI AL S AR H & A P I A I N R E C E P LC T O
第2 卷 第 1 1 期
20 2月 08年
质中的气体溶解度, 提高液压泵的吸人压力等措施来 减小或消除气蚀现象.
4 主要研究的方向
纯水的特点与矿物油不同, 现有的液压元件和系 统不能直接用于水压传动.应针对水压传动的特点 重新研制和设计新的液压元件, 认真分析水压传动所 面临的关键技术问题, 抓住主要课题重点研究, 前 目 水压研究的主要课题大致如下:
D vl m n o hdal ss m ue e n i a uj t f ac ruc t o pr w t ad m i sb c o r erh ee p et y i y e f a r t n e s e o f s s Zag g z , n Sun q n hn Kn 一 h Wag a 一 i g a i h a
第2 卷 第 1 1 期 20 年2 08 月
机械研究与应用
ME HANI AL E E C C R S ARC & AP L C T ON H P IA I
V l N 1 o 2 o 1
2 0 习2 08
纯水液压的发展及研究的主要方向
张康智, 王检强
K y d: r r l ; t hi e mis j t f a h e w rs wt h a c ky n u; n es e r o a y u e d i ee q c a u c ore c b s
1 引 言
早期的液压系统使用水作为传动介质, 但由于其 润滑和腐蚀问题, 以及工作温度的限制, 2 世纪 在 0 2 年代被矿物油取代, 0 矿物油便成为大多数液压系 统的工作介质.近年来, 由于对液压系统的安全性, 环保性, 节能性以及可持续发展的要求不断增加, 用 水代替矿物油作为液压系统的工作介质引起人们的 极大关注.
3 纯 压研究的 键技术川 水液 关
() 1 泄漏与磨损 一方面纯水的粘度通常是油
的1 0 1 0甚至更低.因此, / 一/ , 4 5 极易引起纯水液压
元件及系统的内 外泄漏, 导致系统容积效率降低; 另 外, 纯水的润滑性很差, 在纯水液压元件的偶合摩擦 副中形成油液膜比较困难, 可导致液压元件的干摩擦 或卡死.为此, 必须采用一些特殊材料, 结构或较高 的加工精度等技术手段, 所以纯水液压元件制造成本 便高于同等性能的油压元件制造成本. () 2 材料的腐蚀和老化 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. () 3 水击现象 在纯水液压系统中, 当液体流动 突然停止时会发生水击现象.它使系统的振动和噪 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, 可以消除水 击现象. 用蓄能器能降低系统的刚度, 蓄能器的 大小 根据系统的工作压力和压力极限进行选择.由于很 多水压系统都用蓄能器回路, 阀过大可导致系统冲 击, 所以良 好的设计很重要. () 尽管水中的气体比 4 气蚀 液压油中 但是 低, 由于水的饱和蒸汽压比液压油高的多, 故水中极易分 离和产生气泡, 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. 所以, 一般采用限制系 统温度以降低介
断技术, 实时仿真技术和面向复杂系 分布式建模 统的 与 仿真技术等.液压元件及系统仿真软件的研究与 开发将推动纯水液压技术的 发展, 所以液压仿真软件 的 研究对纯水液压的 发展具有重大意义.
() 压 件中 擦 题 究[ 由 纯 摩 学问 研 [. 于 水 2水 元 3 ]
中 润滑困 摩擦副的固体表面处于直接接触状态, 难, 很快便会磨损. 材料的 磨损形式主要有4 粘着磨 种: 损, 磨粒磨损, 表面疲劳磨损和磨蚀磨损.在边界润 滑和混合润滑状态下, 粘着磨损和 磨粒磨损占 主要地 位, 表面疲劳磨损在滚动接触中明显可见. 纯水的 腐
(in whil g, n ni 07, a X' aoc c cleX' Sax 7 07Ci ) a e na oe i h r l a 1 h n A sat Te r l tn ii t hi e c iun t fs wt a i wrn md m n oa rer bt c: h hdai r s so e n u wi s g r h e s o i ei ia ip n e a h r y uc m sn q h h s h e ar s g u s m r t c a c i e t k t s
害 控制政策 [. 及 研究[ 气蚀和水击是液压阀中经常 u
出现的问 随着液压系统向高速, 题, 高压及微型化发 展, 特别是纯水液压的发展, 气蚀和水击问题更为突 出. 水的汽化压力是油的千万倍, 且水中溶解气体的 提前析出又会诱发水在高于其汽化压力时产生气穴 现象, 从而导致气蚀破坏.相对于油压元件而言, 纯 水液压元件的气蚀机制发生了本质的改变, 元件内部 流场的气穴特性与对材料的侵蚀程度产生了显著差 异.因 此深人研究水压元件及系统中 气蚀, 水击发生 的机理, 充分认识其危害性, 并采取合理有效的控制 策略, 避免气蚀, 水击现象发生, 是迅速推动纯水液压 传动系统发展的重要基础. () 5 新型工程材料在水压元件中的应用研究. 海水或纯水作为液压介质都具有强烈的腐蚀性, 所以 如何选用耐腐蚀材料是研究纯水液压元件的关键问 题之一.目 前采用的新型材料如工程陶瓷, 工程塑料 及复合材料都具有优异的耐腐蚀性能和耐摩擦性能, 是理想的耐腐蚀材料.但是陶瓷的化学键主要是离 子键和 共价键, 这种化学键方向性强结合能高, 因此 陶瓷在高温下很难发生塑性变形, 其积聚的能量不能 被及时吸收, 在外载荷的重复作用下, 疏松区陶瓷颗粒 的 边界等 缺陷便成为 处的 裂纹源, 裂纹逐渐扩展, 导致 材料脱落, 产生疲劳断裂剥落坑. 工程塑料热变形温 度较 不易获得较高的表面质量, 低, 而且吸水, 尺寸稳 定 性差.因 此结合纯 水液压传动的实际情况研制新型
2 纯水液压研究的内容
根据实际生产的要求, 针对水介质的 物理和化学
性质所引起的问题, 纯水液压技术是一个多学科交叉 的研究领域, 其内容主要包括: 工作介质性能的分析, 研究和改善; 针对工作介质的特点, 研究和开发新材 料; 基于新材料, 进行水压元件的理论设计和开发; 进 行系统分析, 包括控制技术和传动技术的研究, 如图
oeti , t c b a cne it hd uc t ahm a ar d Te h ds bs avn g ad i ao t s o n h rn tn iar t r d cr n yr l s o t e b a. at r c e t dat e n d - t a o e ai e r o n o h u o e r h c d i e a s i s a a a s yr l tn ii t hi e t m is j tore c. h ed t fu os h n u i d n g ohd uc s so e n u a h a u es e ah I t n, u r f t hi e v t e f a r m sn q n e n c f r n i a c d b s e h te u e q s e c c p dt . r ie ec d
图 1 纯水液压研究技术研究的主要内容
收稿日期: 一 0 0 M 1 -8 作者简介: 张康智(98 )男, 17 一 , 陕西杨凌人, 教师, 主要从事机电液体一体化技术研究方面的工作.
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万方数据
Vo 2 N 1 l 1 o
2 0 -2 08 0
机械研究与应用
蚀作用可在较低的接触应力下去除腐蚀表面, 而新鲜 表面更容易受到腐蚀, 这两个过程的相互作用形成了 腐蚀磨损. 对于大多数材料而言, 上述4 种形式的磨 损在水中都比 在油中大.由于低粘度, 水压元件中的 间隙流速很高, 高速水流会对过流表面产生严重的冲 刷作 引 用, 起过流表面材料破坏, 蚀磨损, 介质 即冲 当 中含有固 体污染颗粒时, 蚀磨损将更严重.因此, 冲 深人 理利用水的有限润滑作用, 切实有效的解决水压元件 面临的 严重粘着磨损, 磨粒磨损, 腐蚀磨损, 疲劳磨损 及冲 蚀磨损等摩擦学问题, 是能否研制出 高性能水压 元件和系统的关键. () 3 各类水压元件及系统的开发与应用研究. 水介质与矿物油介质物理化学性能的巨大差别决定 着不能将现有的液压元件用于纯水液压传动.通过 对纯水液压元件的 研究, 系统对纯水液压传动的认识 与分 析以 及对元件尺寸, 静动态性能的 研究所总结的 规律及原理, 对纯水液压传动的发展起着重要的作 用, 对纯水液压元件和系统的研究也是纯水液压 所以 传动 研究的 一个重要课题. () 4 水压元件及系统气蚀, 水击发生的机理, 危
·2 · 2
万方数据
第2 卷 第 1 1 期 20 年 2 08 月
() 元件 统的 机仿真 新〔. 及系 计算 1 水压 创 '液 〕
压仿真技术为预测液压系统的性能提供了有力的工 具, 不仅缩短了液压系统和元件的设计周期, 避免了 因重复实验及加工所带来的费用, 而且有利于及早发 现所研究的系统在动静态特性方面的薄弱环节并加 以消除.还可以通过仿真对所设计的系统进行深人 了解, 从而达到优化系统, 优化元件, 优化参数的目 的.目 前有许多成熟的仿真软件包广泛应用于液压 领域的设计过程中, 其中德国亚深工业大学的DH S 软件和英国Bt大学的Bt f是最早推出的软件, a h a/ hp 在行业中影响也最大.随着科学的发展, 又有数十款 液压仿真软件和通用的系统仿真软件应运而生.但 是现有的大多数软件, 包括一些通用仿真软件, 存在 以 下问题: ①面向 原理图建模的图形界面, 仅是一个 工具; ②只能对简单的液压系统进行仿真, 即只能对 简化的系统进行仿真; ③仿真系统不利于创新思维的 运用; ④仿真与优化脱节, 事实上仿真无法直接指导 系统的设计优化; ⑤仿真软件得不到强大的 液压元件 参数库的支持; ⑥软件参数的确定带有很大的盲目 性; ⑦实验与仿真的对比 分析功能不强; ⑧仿真结果 的再利用没有得到深人发掘.随着产品设计中强调 源头创新, 对仿真技术的 研究与软件系统的 开发提出 了 新要求. 从国 外的相关软件来看, 液压仿真技术发 展一直受到重视, 并在不断的进行开拓和完善. 仿真 技术在液压元件与系统的 创新设计中, 发挥了 重大的 作用.与其它技术一样, 液压仿真技术也将与时俱 进, 发展趋势可以归纳为几个方面: 基于网络的仿真 技术, 协同仿真技术, 基于仿真的工况监测与故障诊
ME HA C C NI AL S AR H & A P I A I N R E C E P LC T O
第2 卷 第 1 1 期
20 2月 08年
质中的气体溶解度, 提高液压泵的吸人压力等措施来 减小或消除气蚀现象.
4 主要研究的方向
纯水的特点与矿物油不同, 现有的液压元件和系 统不能直接用于水压传动.应针对水压传动的特点 重新研制和设计新的液压元件, 认真分析水压传动所 面临的关键技术问题, 抓住主要课题重点研究, 前 目 水压研究的主要课题大致如下:
D vl m n o hdal ss m ue e n i a uj t f ac ruc t o pr w t ad m i sb c o r erh ee p et y i y e f a r t n e s e o f s s Zag g z , n Sun q n hn Kn 一 h Wag a 一 i g a i h a
第2 卷 第 1 1 期 20 年2 08 月
机械研究与应用
ME HANI AL E E C C R S ARC & AP L C T ON H P IA I
V l N 1 o 2 o 1
2 0 习2 08
纯水液压的发展及研究的主要方向
张康智, 王检强
K y d: r r l ; t hi e mis j t f a h e w rs wt h a c ky n u; n es e r o a y u e d i ee q c a u c ore c b s
1 引 言
早期的液压系统使用水作为传动介质, 但由于其 润滑和腐蚀问题, 以及工作温度的限制, 2 世纪 在 0 2 年代被矿物油取代, 0 矿物油便成为大多数液压系 统的工作介质.近年来, 由于对液压系统的安全性, 环保性, 节能性以及可持续发展的要求不断增加, 用 水代替矿物油作为液压系统的工作介质引起人们的 极大关注.
3 纯 压研究的 键技术川 水液 关
() 1 泄漏与磨损 一方面纯水的粘度通常是油
的1 0 1 0甚至更低.因此, / 一/ , 4 5 极易引起纯水液压
元件及系统的内 外泄漏, 导致系统容积效率降低; 另 外, 纯水的润滑性很差, 在纯水液压元件的偶合摩擦 副中形成油液膜比较困难, 可导致液压元件的干摩擦 或卡死.为此, 必须采用一些特殊材料, 结构或较高 的加工精度等技术手段, 所以纯水液压元件制造成本 便高于同等性能的油压元件制造成本. () 2 材料的腐蚀和老化 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. () 3 水击现象 在纯水液压系统中, 当液体流动 突然停止时会发生水击现象.它使系统的振动和噪 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, 可以消除水 击现象. 用蓄能器能降低系统的刚度, 蓄能器的 大小 根据系统的工作压力和压力极限进行选择.由于很 多水压系统都用蓄能器回路, 阀过大可导致系统冲 击, 所以良 好的设计很重要. () 尽管水中的气体比 4 气蚀 液压油中 但是 低, 由于水的饱和蒸汽压比液压油高的多, 故水中极易分 离和产生气泡, 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. 所以, 一般采用限制系 统温度以降低介
断技术, 实时仿真技术和面向复杂系 分布式建模 统的 与 仿真技术等.液压元件及系统仿真软件的研究与 开发将推动纯水液压技术的 发展, 所以液压仿真软件 的 研究对纯水液压的 发展具有重大意义.
() 压 件中 擦 题 究[ 由 纯 摩 学问 研 [. 于 水 2水 元 3 ]
中 润滑困 摩擦副的固体表面处于直接接触状态, 难, 很快便会磨损. 材料的 磨损形式主要有4 粘着磨 种: 损, 磨粒磨损, 表面疲劳磨损和磨蚀磨损.在边界润 滑和混合润滑状态下, 粘着磨损和 磨粒磨损占 主要地 位, 表面疲劳磨损在滚动接触中明显可见. 纯水的 腐
(in whil g, n ni 07, a X' aoc c cleX' Sax 7 07Ci ) a e na oe i h r l a 1 h n A sat Te r l tn ii t hi e c iun t fs wt a i wrn md m n oa rer bt c: h hdai r s so e n u wi s g r h e s o i ei ia ip n e a h r y uc m sn q h h s h e ar s g u s m r t c a c i e t k t s
害 控制政策 [. 及 研究[ 气蚀和水击是液压阀中经常 u
出现的问 随着液压系统向高速, 题, 高压及微型化发 展, 特别是纯水液压的发展, 气蚀和水击问题更为突 出. 水的汽化压力是油的千万倍, 且水中溶解气体的 提前析出又会诱发水在高于其汽化压力时产生气穴 现象, 从而导致气蚀破坏.相对于油压元件而言, 纯 水液压元件的气蚀机制发生了本质的改变, 元件内部 流场的气穴特性与对材料的侵蚀程度产生了显著差 异.因 此深人研究水压元件及系统中 气蚀, 水击发生 的机理, 充分认识其危害性, 并采取合理有效的控制 策略, 避免气蚀, 水击现象发生, 是迅速推动纯水液压 传动系统发展的重要基础. () 5 新型工程材料在水压元件中的应用研究. 海水或纯水作为液压介质都具有强烈的腐蚀性, 所以 如何选用耐腐蚀材料是研究纯水液压元件的关键问 题之一.目 前采用的新型材料如工程陶瓷, 工程塑料 及复合材料都具有优异的耐腐蚀性能和耐摩擦性能, 是理想的耐腐蚀材料.但是陶瓷的化学键主要是离 子键和 共价键, 这种化学键方向性强结合能高, 因此 陶瓷在高温下很难发生塑性变形, 其积聚的能量不能 被及时吸收, 在外载荷的重复作用下, 疏松区陶瓷颗粒 的 边界等 缺陷便成为 处的 裂纹源, 裂纹逐渐扩展, 导致 材料脱落, 产生疲劳断裂剥落坑. 工程塑料热变形温 度较 不易获得较高的表面质量, 低, 而且吸水, 尺寸稳 定 性差.因 此结合纯 水液压传动的实际情况研制新型
2 纯水液压研究的内容
根据实际生产的要求, 针对水介质的 物理和化学
性质所引起的问题, 纯水液压技术是一个多学科交叉 的研究领域, 其内容主要包括: 工作介质性能的分析, 研究和改善; 针对工作介质的特点, 研究和开发新材 料; 基于新材料, 进行水压元件的理论设计和开发; 进 行系统分析, 包括控制技术和传动技术的研究, 如图
oeti , t c b a cne it hd uc t ahm a ar d Te h ds bs avn g ad i ao t s o n h rn tn iar t r d cr n yr l s o t e b a. at r c e t dat e n d - t a o e ai e r o n o h u o e r h c d i e a s i s a a a s yr l tn ii t hi e t m is j tore c. h ed t fu os h n u i d n g ohd uc s so e n u a h a u es e ah I t n, u r f t hi e v t e f a r m sn q n e n c f r n i a c d b s e h te u e q s e c c p dt . r ie ec d