水液压技术及元件

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1、水液压技术及元件王锡霖摘要：以水为介质的液压传动技术，由于水介质无污染、成本低、获取容易等优点，近年来逐渐受到重视。论文论述了水液压技术的发展历程，比较矿物油、水（高水基液）以及海水，三种传动介质的液压传动方式优缺点。对国外期刊中关于水液压文献进行整理，发现自2009年起发表的论文数量明显增多，研究的内容主要集中在阀、泵、马达三大液压元件上，并归纳了目前的研究现状。水液压传动的主要问题是水介质的粘度低、润滑效果差，导致系统易泄漏、摩擦副的工作情况恶劣，进而产生了密封、摩擦副材料选择等问题，由于摩擦力大也产生了控制精度不

2、足的缺点。材料、摩擦和热平衡、制造装配的研究是目前水液压技术发展的重点内容。关键词：水液压；海水液压；摩擦；密封；1引言液压传动按介质可以分为：矿物油、水两种。当中水液压传动又可分为以高水基液和海水两种为介质的传动方式。海洋开发机械中使用的液压传动形式有两种：矿物油液压系统、海水液压系统[1-3]。矿物油液压系统由于存在泄漏污染等因素，不便于在食品加工等行业应用；在海底机械系统中的应用由于受水压、海水腐蚀以及元件和系统密封等因素影响，其应用的局限性大，在海洋开发机械中，现已有了逐步使用海水液压系统取代传统矿物油液压系统

3、的趋势；同时石油资源逐渐枯竭，可以预见在今后的一段时间里使用矿物油液压系统的成本将会越来越高。论文主要阐述水液压系统及元件的特点，以及水液压系统目前的研究状况。2发展历程以水为介质的水压液压传动最初出现于17世纪末，在随后的一百多年之内液压的传动介质都是水。直到19世纪末石油工业发展迅猛，以矿物油为介质逐渐在很多行业取代了水液压传动，成为主要的液压传动介质。20世纪60年代，由于军事上的需求，美国海军开始进行关于使用海水作为介质的液压传动进行研究，也就是所谓的海水液压传动。到了80年代，由于新型材料的研究成功，以及响应

4、加工方法的完善，水液压元件的研究取得了巨大的进步。在随后的十几年里，美国和日本两国的研究在世界上占主导地位。下表1、表2分别是美、日两国的海水液压元件发展的时间表。表1美国海水液压元件研究发展时间表时间研究方研究内容1967年Vickers公司高压海水液压泵材料的研究美国海军舰船研究中心(DTNSRDC和研究高压海水液压泵和马达,目的是研制开发海水液压水下作业工具和NSRDC)及土木工程实验室(NCEL)深潜器浮力调节系统1971年美国海军舰船研究中心研制出高压海水泵1980年研制出海水液压叶片马达1984年研制出首套

5、海水液压水下作业工具系统,其动力源压力为14MPa,流量美国海军土木工程实验室为30～45L/min,作业工具有冲击扳手和旋转式螺旋桨清洗刷等1991年研制出多功能海水液压水下作业工具系统(MFTS)表2日本海水液压元件研究发展时间表时间研究方研究内容1978年三菱重工开始研制高压海水泵1980年三菱重工研制出压力21MPa、流量6.55L/min的曲柄连杆式径向三柱塞海水泵三菱重工研制出流量4L/min、额定压力63MPa(最大达75.5MPa)的曲柄连杆式径向三柱塞超高压海水泵川崎重工研制出流量达9L/min、额定

6、压力63MPa(最大达75.5MPa)的轴向柱塞式超高压海水泵1982年川崎重工研制出流量6L/min、额定压力68.5MPa(最大达82MPa)的轴向柱塞式超高压海水泵3水液压系统的特点以下分别介绍矿物油、水（高水基）、海水三种介质的液压系统特点：3.1矿物油液压系统的特点矿物油液压系统的特点：液压油对温度较敏感，粘度受温度影响大；液压油泄漏对环境存在污染，在食品加工、医疗机械、包装机械等行业应用受限，在这些行业高水基液压系统的应用较广；矿物油可燃，要求系统温度不能超过燃点；在压力较高的应用场合要求液压元件具有较高的

7、制造精度，以达到较高的密封性能，和系统耐压性能；矿物油的压缩性较大、粘度大，同时系统封闭，导致系统能量损失较大；液压油清洁度对系统性能影响大，因而要求具有较高的过滤性能。矿物油液压系统在海洋开发机械中的应用局限：使用矿物油为工作介质，系统必须封闭；当应用于海底机械系统时，随着工作海深的增加液压系统的体积、重量大大增加，同时系统密封要求较高，因而限制了最大工作海深；由于系统封闭，需要有油箱来补充和回收液压系统压力油，但是随海深增大，海水压力将导致液压泵吸油困难，需要一定的压力补偿装置。下图1为海洋开发机械中应用的矿物油液

8、压系统简图。图1传统海底油液液压系统3.2水液压系统特点直接以高水基物质（水为主体介质加上一些添加剂）为传动介质，介质来源丰富；介质对环境无污染；高水基介质不可燃，系统工作时无最高工作温度的限制；介质对温度不敏感，其粘度受我呢度影响小；介质粘度低，系统泄漏量大；水基介质的润滑效果差，对元件材料的耐磨性能有较高要求。[4,5][6]