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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 1 11 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、 [1-3] 海水液压系统 。 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 2 22 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。 1 1 表11 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) 2 2 表22 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