純水液壓傳動及應用

1、純水液壓傳動及應用摘 要：純水液壓利用過濾后的自然水作為液壓系統(tǒng)的壓力工作介質(zhì),可以避免環(huán)境污染和火災危險具有價格低廉清潔衛(wèi)生等優(yōu)點,概述了純水液壓傳動的定義、發(fā)展概況,純水液壓傳動的特點、水介質(zhì)特性引起的潤滑與密封摩擦與磨損和腐蝕與氣蝕等關(guān)鍵技術(shù)問題及其在各個行業(yè)中的應用。關(guān)鍵詞：純水液壓傳動;摩擦與磨損;腐蝕與氣蝕;主要特點;1. 引言純水液壓是在20 世紀90 年代初期發(fā)展起來的一種新型綠色液壓技術(shù),它利用過濾后的自然水直接作為液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì),能避免使用液壓油引起的環(huán)境污染和火災安全隱患,節(jié)約石油資源并有利于工作人員身體健康,此外其顯著優(yōu)點在于介質(zhì)價格低廉,來源廣泛,不需冶煉提純、運

2、輸倉儲和廢液處理,避免介質(zhì)對諸如紡織物食品和藥品等產(chǎn)品的污染.水的自清潔特性使設(shè)備維護保養(yǎng)方便.水所具有的粘度低、滑性差、導電性強等特點給純水液壓傳動技術(shù)的研究與應用帶來了困難,需要交叉液壓技術(shù)材料學摩擦學、化學與精密制造等多學科的綜合知識解決，以下主要水介質(zhì)中的潤滑與密封、摩擦與磨損、腐蝕與氣蝕等并創(chuàng)建基于水理化特征的純水液壓新設(shè)計理論與設(shè)計方法。純水液壓傳動是現(xiàn)代液壓研究領(lǐng)域的前沿方向之一。使得純水液壓傳動技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和其它領(lǐng)域有著十分廣泛的應用前景，且對節(jié)約能源，保護環(huán)境，開發(fā)綠色液壓產(chǎn)品及可持續(xù)發(fā)展，都具有重要的意義。2. 純水液壓傳動的發(fā)展概況2.1 純水液壓傳動的定義純水液壓傳動

3、是以純水（不含任何添加劑，包括淡水和海水）為工作介質(zhì)，通過驅(qū)動裝置將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為純水的壓力能，然后通過管道、液壓控制裝置及調(diào)節(jié)裝置等，借助執(zhí)行裝置，將純水的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負載實現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運動的液壓傳動技術(shù)。純水的分類如表1 所示。同時也是具有高度創(chuàng)新性的工業(yè)技術(shù)。分 類來 源污染物含量未處理的天然水自來水自來水處理廠污染物多天然淡水江河湖泊等污染物，多酸及溶解的顆粒海水海洋和內(nèi)陸咸水湖污染物多，含鹽度高處理過的天然水去礦物質(zhì)水去Ca、Mg 的軟水一些溶解的顆粒及鈉鹽去離子水去除所有正負離子的水微生物蒸餾水去除所有生物體和非生物顆粒的水純凈水2.2 純水液壓傳動的發(fā)展概況 純

4、水液壓傳動發(fā)源于十七世紀中葉帕斯卡提出的靜壓傳動原理，在隨后的一百多年里，液壓傳動都是以水作為工作介質(zhì)，被稱為水液壓傳動的時代。十八世紀末英國制造出了第一臺水壓機。但是由于早期技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，水液壓傳動技術(shù)一直沒有得到廣泛的應用和充分的發(fā)展。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，對傳動技術(shù)提出了更高的要求，也就促進了液壓傳動技術(shù)的發(fā)展。特別是1906 年，用油壓傳動代替水壓傳動推動了液壓技術(shù)的發(fā)展。在第二次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后，由于軍事及建設(shè)需求的刺激，液壓技術(shù)得到了快速發(fā)展并日趨完善。 隨著社會的發(fā)展，人們對賴以生存的環(huán)境提出了更高的要求，特別是安全、無污染。由于以油液作為工作介質(zhì)的液壓傳動存在著

5、易燃易爆、污染環(huán)境等缺點，以水作為介質(zhì)所具有的一系列特點正好滿足了這一要求。因此，純水液壓傳動就應用而生了，從而使現(xiàn)代液壓進入了現(xiàn)代水壓傳動的研究和應用階段。隨著新材料的研究成功，精密加工技術(shù)的進步，及各種新結(jié)構(gòu)液壓元件的研制，使純水液壓傳動技術(shù)在最近十多年內(nèi)取得了長足進步2。目前，西方的一些國家在純水液壓傳動的關(guān)鍵技術(shù)上已取得了突破性進展，部分技術(shù)已進入實用階段。3. 純水液壓傳動的特點3.1 純水液壓傳動的主要優(yōu)點純水的物理化學與液壓油的比較見表2 表2 純水與液壓油的理化性能比較性 能液 壓 油純 水密度（kg/m3）8509001000壓縮系數(shù)(MPa)7×10-45.2&#

6、215;10-4熱膨脹系數(shù)(K-1)（6.36.8）×10-31.8×10-3熱導率(W·m-1·K-1)0.120.150.6粘度(mm2/s)20500.50.1飽和蒸汽壓(Pa)1.2×1041.0×10-3潤滑性好差銹蝕性弱強抗燃性差好導電性弱強氣味、毒性有味，有的有毒無味，無毒儲存特性不便儲存便于儲存由上表可見，純水液壓傳動與以油液為介質(zhì)的液壓傳動相比，具有以下主要優(yōu)點：（1）純水價格低廉，資源豐富。特別是對大型液壓系統(tǒng)來說，可以節(jié)省大量燃油，經(jīng)濟效益可觀1；（2）阻燃性能好，安全性高，可在高溫環(huán)境下工作，拓寬了液壓系統(tǒng)的應

7、用領(lǐng)域，特別是在高溫明火場合更顯示出其優(yōu)越性；6（3）純水壓縮系數(shù)小，可以補償一部分由于泄露增加而造成的容積損失，使得控制系統(tǒng)的執(zhí)行器精度更高；（4）環(huán)保性好，工作時的泄露不會產(chǎn)生污染，特別適合于食品、制藥、制漆、木材加工、家具制造等行業(yè)；7（5）在水下作業(yè)時，可以省去回油管道、水箱等，使系統(tǒng)簡化；（6）維修方便，工作介質(zhì)中的雜質(zhì)易處理。3.2 純水液壓傳動的主要缺點（1）純水粘度低，僅為液壓油的1/401/508，能加大密封間隙中的流體流速，易對較軟金屬產(chǎn)生拉絲腐蝕，使泄露加劇，對于水壓泵來說，可使其容積效率降低；（2）系統(tǒng)潤滑性差。由于在純水中潤滑困難摩擦副的固體表面常處于直接接觸狀態(tài)很快

8、便會受到磨損材料的磨損主要表現(xiàn)為四種形式粘著磨損磨粒磨損表面疲勞磨損和腐蝕磨損在邊界潤滑和混合潤滑狀態(tài)下粘著磨損和磨粒磨損占主導地位表面疲勞磨損在滾動接觸中明顯可見水的腐蝕作用可在較低的接觸應力下去除腐蝕的表面材料而新鮮表面更容易受到腐蝕這兩個過程的相互作用就形成了腐蝕磨損對于絕大多數(shù)材料而言上述四種形式純水產(chǎn)生的潤滑密度只有礦物基油的1/31/20，摩擦副無法實現(xiàn)液體潤滑，高壓是極易造成相對運動表面的直接接觸，使磨損加劇，泵的壽命縮短.（3）純水具有較強的腐蝕性，容易使材料表面脆弱化，強烈的磨損會剝落受損的表面組織，加速表面磨損；且水中的微生物、PH 值及硬度也會對系統(tǒng)和元件產(chǎn)生影響；水是導

9、電性較強的電解溶液能引起絕大多數(shù)老化使液壓元件的材料受到破壞在實際應用中可選擇不銹鋼鋁合金和銅合金等材料來提高抗蝕性能但要注意防止縫隙腐蝕和點蝕在水中滴加金屬材料的電化學腐蝕和大多數(shù)高分子材料的化學酸離子或堿離子是一種有效的途徑.（4）純水的飽和氣化壓力比礦物基液壓油高千倍6。隨著溫度升高，氣化壓力上升很快。且隨著壓力的升高水中的雜質(zhì)如氯化物等會使材料表面產(chǎn)生物理和化學反應，泵、閥等元件極易產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象；（5）系統(tǒng)運行溫度范圍窄。純水的工作溫度為35，比礦物基液壓油的-2090要窄得多；（6）水的密度比油大10%，彈性模量比油大50%，水中聲速比油大10%，易產(chǎn)生沖擊、振動及噪音8 ?？偟恼f來

10、，純水液壓傳動的優(yōu)點遠大于缺點。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，這些缺點一定能得到克服。4. 純水液壓傳動的研究內(nèi)容針對純水的物理和化學特性所帶來的問題，純水液壓傳動的研究內(nèi)容主要包括：工作介質(zhì)性能的分析、研究和改善；針對工作介質(zhì)的特點，研究和開發(fā)新材料；基于新材料，進行水壓元件的理論設(shè)計和開發(fā)；進行系統(tǒng)分析，包括傳動技術(shù)和控制技術(shù)的研究。5. 純水液壓傳動的應用一般認為，純水液壓傳動的應用可分為4 個階段：5第一階段，主要是一些特殊領(lǐng)域，包括：噴霧、消防滅火、貨物的裝卸；原子反應堆的冷卻；船舶、飛機的高壓清洗；9第二階段，主要是食品加工行業(yè)，包括：面包機、攪拌發(fā)酵機，及肉聯(lián)加工廠的切割系

11、統(tǒng)等；第三階段，純水液壓傳動的應用領(lǐng)域?qū)U展到工程機械及通用機械；第四階段，主要應用于深海采礦。如圖27所示6. 結(jié)語 水的運動粘度特征使得純水液壓元件中摩擦副的潤滑與密封更加困難為了保證較高的容積效率必須減小密封間隙提高加工精度.水的導電性使大多數(shù)材料引起腐蝕其中材質(zhì)和熱處理工藝對材料的耐蝕性能和腐蝕機理有重要的影響,氣蝕容易導致振動噪聲和材料的侵蝕在純水液壓泵中氣蝕初生伴隨著出口壓力低頻脈動. 純水液壓傳動技術(shù)因其獨特的優(yōu)勢，現(xiàn)已成為現(xiàn)代液壓傳動技術(shù)的前沿方向之一，是整個液壓行業(yè)新的增長點。在目前能源和環(huán)境問題日益突出的情況下，進一步研究和開發(fā)利用純水液壓傳動技術(shù)，對我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展

12、具有重要的戰(zhàn)略意義。參考文獻1王益群，曹棟璞，郎靜。純水液壓傳動及其展望。機床與液壓，2003，（1）。2曾令卓。清潔生產(chǎn)。ISO4000 與可持續(xù)發(fā)展。機床與液壓，1999（4）：89。3StrikerS.Advances make tap water hydraulics,1996:2932.4陳奎生主編。液壓與氣壓傳動。武漢：武漢理工出版社，2001。5張軍，劉家華，許賢良。純水液壓技術(shù)在液壓缸系統(tǒng)中的應用展望。煤礦機械，2003，（7）。6G.Scheffels.Developments in water hydraulicsJ.HYDRAULICS&PENUMNTICS,1996,12.7唐向陽，鄭華文，吳張永，袁子榮。純水液壓系統(tǒng)的現(xiàn)狀與未來。液壓與氣