水压技术的研究现状与发展

桃之夭夭

水压技术的研究现状与发展

摘要：水压技术是流体传动领域的重要研究方向，符合节能、环保、可持续发展的要求，具有很广泛的应用前景。该文阐述了纯水液压传动的发展历史，并介绍了国内外的研究进展，以及纯水液压技术在国民经济中各个领域中的应用。

关键词：水压技术；环保；可持续发展

引言

随着社会的进步和人类对生存环境要求的提高，“安全、节能、无污染”的主题已经逐渐成为人们关注的焦点。纯水是不含任何添加剂的天然水，包括海水和淡水。纯水液压技术是利用纯水作为工作介质的技术。纯水液压技术已经开始进入食品、造纸、纺织、医疗器械、消防、冶金、采矿、原子能动力厂、海洋开发等诸多领域，具有很广阔的发展前景。但是，由于水液压介质的特殊性，在发展纯水液压技术时，必然要面临许多新的技术问题，如：润滑，密封，腐蚀，磨损，气蚀，水击等问题。如果能解决好纯水介质的特点对系统的影响，水液压技术将会在液压传动系统中得到广泛的应用。目前，水液压技术也将作为流体传动与控制领域中的一个新的发展方向，也是液压领域的前沿学科之一。

随着军事、海上开采和现代机械加工等技术的发展需要，各种加工设备、冶金机械、煤矿机械、工程机械、海上钻井平台以及航空航天驱动装置对高精度同步驱动技术的需要也与日俱增，液压同步驱动技术在社会发展中起着非常重要的作用，在工业技术领域占有重要的地位。液压同步驱动与电、机械和气压同步驱动方式相比具有：结构简单、组成方便、易于控制和适宜于大功率场合等特点。双缸同步控制系统是同步驱动中的最基本也是最常见的形式，在工程实际中有着广泛的应用，而水压双缸同步控制系统应用还很少，只在一些如：军用、医药、食品等一些特殊的领域有部分的应用。因此，对水压双缸同步控制系统的研究是非常重要的，也是非常有意义的，是对水压技术发展的一次有益探索。

1.水压技术概述

水压传动是以纯水（不含任何添加剂，包括淡水和海水）为工作介质，由驱动装置将原动机的机械能转变为纯水的压力能，借助于辅助装置、控制装置及调节装置等，通过执行装置将纯水的压力能转变为机械能，实现直线或回转运动的液压传动技术。

1.1水压技术的发展

水压技术的应用已经有了几千年的历史，公元前3世纪，Archimedes将螺旋浆原理应用于水泵中来实现农用的灌溉；公元前200年左右，埃及人发明活塞泵用于灌溉；公元前100年左右，第一个水压马达被发明，而到19世纪未人们才开始利用此项发明；1795年，JosefBranmah首先发明了水压机。而纯水液压传动理论源于十七世纪中叶帕斯卡提出的静压传动原理，在随后的一百多年里，液压传动都是以纯水作为工作介质，也被称为水压传动的时代。但由于早期的科学技术水平和生产发展需求的滞后，水压技术一直没有得到充分的发展和广泛的应用。随着科学技术的不断发展，社会生产和生活领域对传动技术提出了更高的要求，促使油压传动技术的长足发展，特别是在1906年，液压技术的发展取得突破性进展，开始使用油压传动代替水压传动应用到液压传动领域。第二次世界大战期间，在机械工业发展、军队和国防建设需求的刺激下，油压技术得到了飞速发展并逐渐形成完善的体系，而此时水压技术则停止不前。

伴随着社会的不断进步，人们对生产和生活的环境提出了更高的要求，“安全、环保、可持续应用”也逐渐成为人们关注的焦点。而油压传动是以油液作为工作介质，存在着易燃、易爆、污染环境等缺点，而水压传动是以纯水作为工作介质，纯水工作介质的一系列特点满足发展的要求。因此，水压传动就再次兴起，成为现代液压传动技术研究和应用的焦点。水压传动技术伴随着新材料、新加工工艺以及新结构水压元件的出现，在最近十多年内取得了长足发展。

1977年，一家英国公司开始研究海水元件应用于海军舰艇；1994年，丹麦的Danfoss公司提出一整套管道水压产品和系统，随后设计制造了一系列水压元件，元件的效率和寿命达到甚至超过了油压元件；德国Hauhinco公司生产EHK-3K系列三柱塞曲柄连杆泵、RKP系列径向柱塞泵以及品种齐全的水压阀；芬兰Hytar Oy 公司与Tampere(TUT)液压及自动化研究所(IHA)合作开发纯水液压泵；德国汉堡工业大学研制出用于水压泵阀的新型陶瓷材料；日本MIYAKAWA公司、三菱重工、神奈川大学等对海水液压传动技术的研究。此外，在西方一些发达国家的桥梁升降回转系统、屠宰场的切骨锯系统、高尔夫球场剪草机、焊接机器人等多行业中都有水压技术的应用。在国内，华中科技大学研制出多种型号的轴向柱塞式海（淡）水液压泵，阀配流斜盘滑靴式柱塞泵、高压海水液压柱塞泵；浙江大学研制出多种水压阀。而目前国内水压技术的应用仍是以海洋工程应用为主，少量应用于煤炭矿产等工业用途以及消防。

1.2水压技术的特点

水压传动的工作介质为纯水。纯水与液压油物理和化学性质相比，存在密度较高、压缩性较小；阻燃性，安全性好；粘度小，对温度变化不敏感；无污染，是一种“绿色”液压介质等优点，也存在润滑性差、腐蚀严重等缺点，这些特性决定了水压技术有着自己独有的特点。另外，水压驱动在“安全、环保和可持续利用”上有绝对的优势，而且与其它驱动方式相比，也有着独特的优点。

水压传动的主要优点：

① 纯水资源丰富，来源广泛，价格低廉。对于水压系统来说，可以节省大量燃油，降低投资成本，提高经济效益；

② 纯水阻燃性好，安全性高。对于高温环境以及对明火要求高的工作场合，水压传动显示出其独特的优越性；

③ 纯水无污染，环保，是一种“绿色”的液压介质。工作时的产生的泄漏不会造成环境污染，特别适合于食品、制药、制漆、木材加工、家具制造等对环保条件要求高的行业；

④ 纯水密度较大，压缩性小，可以补偿一部分由于泄漏而造成的容积损失统对执行器的控制精度更高；

⑤ 在水下工作时，可以省去水箱、回水管道等元件，简化系统结构；

⑥ 维修方便，纯水工作介质中的杂质易处理。

水压传动的主要缺点：

① 纯水粘度低，密封间隙中流体的流速加快，泄漏加剧，系统的容积效率降低，对密封性能要求高；

② 纯水本身无润滑作用。摩擦副在工作过程中无法实现润滑，高压时容易造成相对运动表面的直接接触，使磨损加剧，发热严重，缩短元件的寿命；

③ 纯水具有较强的腐蚀性，容易使材料表面脆弱化，加速材料表面的磨损，对元件和系统性能产生影响，对元件材料性能要求较高；

④ 纯水中容易溶入气体，随着温度升高，气化压力上升很快，且随着压力的升高，极易产生气蚀现象；

⑤ 纯水密度较大，系统运行过程中，惯性比较大，易产生冲击、振动和噪声。

综合说来，水压传动的优点远大于缺点。且伴随科学技术的发展和深入，这些缺点将慢慢得到解决，使水压技术得到广泛而深入的应用。所以，水压传动将有一个很广阔的发展和应用空间。

1.3水压传动的应用

水压传动的应用可分为四个阶段：  

第一阶段：主要是一些特殊领域，包括：喷雾、消防灭火、货物的装卸；原子反应堆的冷却；船舶、飞机跑道的高压清洗。

第二阶段：主要是食品加工行业，包括：面包机、搅拌发酵机、肉联加工厂的切割系统等。

第三阶段：水压传动的应用将扩展到工程机械及通用机械领域。

第四阶段：主要应用于深海采矿

2.水压技术展望

目前，全世界只有近20个企业生产水压元件及系统，水压产品所占的市场份额还不足整个液压元件市场的5%。随着水压传动技术的普及推广，人们对水压传动系统的性能要求会越来越高，研究和开发具有高频响、高可靠性和高精度的水压伺服控制元件及控制技术以实现液压参数的遥控和闭环控制是今后水压传动与控制技术发展的必然趋势。

由于海水液压传动技术与海洋环境相容、无环境污染、安全、高效、操作简单、性能稳定，在海洋环境条件下具有独特使用优势，在水下作业、海洋资源调查、海洋石油勘探与开发、海上救捞、海洋波能利用、盐业工程、船舶工程、海洋平台建设等海洋工程领域具有极其广阔的应用前景。特别是随着海洋作业深度的增加、海底矿产资源勘探开发进程的加快及深潜技术的发展，加之深海海洋环境复杂，高压、黑暗、海底暗流、海水腐蚀以及海洋生物侵扰等恶劣的海洋条件给海洋水下作业工具的性能提出了更高的要求，积极研究与开发海水液压伺服控制元件及控制技术是实现高性能和高可靠性水下作业机器人的关键技术，能够大大提升水下作业工具的性能，增加作业的深度及作业的灵活性、准确性、安全性和可靠性，提高作业效率。

3.结束语

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进展。这不是简单重复和循环，而是标志着液压传动技术正在走向它的更高级阶段——纯水液压技术，尤其深海纯水液压技术的重大进展将成为液压界关注热点。随着材料科学的迅速发展和机械加工工艺水平的不断提高，为研发高性能的水压元件和系统奠定了坚实的物质基础。因水压传动在清洁卫生、无污染、安全抗燃、资源广泛、经济性等诸多方面有其独特的优点可以预见，在不久的将来，纯水液压系统将越来越多地进入航空、工业、交通、生活等领域。

参考文献

[1].赵恩刚，纯水液压传动技术的现状与应用展望[J]. 流体传动与控制 2006（18）

[2].何存兴，林建亚.液压元件[M].北京：机械工业出版社.1990.

[3].左岗永，水压双缸同步系统的模糊PID控制的研究 兰州理工大学学位论文 2010

田丽红     122080202011    机械电子工程