水介质液压系统关键技术的分析

　　早期的液压系统使用水作为传动介质，只是由于其腐蚀和润滑的问题，以及工作温度的限制，在20 世纪 20 年代被矿物油取代，之后，矿物油一直作为大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（含天然淡水或海水）代替矿物油作为液压系统的工作介质又引起人们的极大关注。

　　1 水的理化性能

　　广义上讲，水应是工业用水、自来水以及自然条件下得到的水（如雨水、河川水和海水）的总称。水液压技术在某些领域已经应用了多年，但水的理化性能研究却没有给予充分重视。原因之一是，这些应用领域（如煤矿、钢铁工业）使用的是 HFA、FB、HFC及 HFD（高水基合成液）等流体[2]，该流体的添加剂抑制了微生物的生长。当用自来水作为流体传动介质时，其微生物及有机物组织的存在则不可忽视。水的 PH 值、氯化物浓度、硬度、微生物含量等对水液压元件会产生一定的影响^[7]。

　　为此，流体介质为自来水时，其理化性能指标有一定的规定^[1]，见表 1。

　　总的来说，水液压系统的水的质量有 3 个方面要求，即微生物生长、氯化物和固体粒子。为了对水的质量进行控制，这几方面的指标要随时进行测量和调整。

　　2 水液压技术的特性

　　水液压技术的优点：

　　（1）无污染 众所周知，液压系统中油的泄漏是其工作环境污染的主要因素。在 21 世纪，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 天然淡水特别是海水不仅自身的成本非常低，而且，其泄漏处理成本可忽略。这对使用液压油的纺织行业来说其前景十分看好。如果水液压技术能全面取代现有的纺织液压系统，则生产成本将大大降低。

　　（3） 无燃性 在高温环境中采用无燃性的纯水是非常安全的，特别是在海军潜水艇中的应用更能显出其价值。

　　（4）损失小 纯水的粘度非常低，大约是矿物型液压油粘度的 1/40~1/50（21℃时水的运动粘度为0.984×10^-6m²/s）。在同等压力下，系统沿程损失和局部损失约为油的 1/2[2]。

　　（5）响应快 由于水的可压缩性比油小得多，其动态性能要优于液压油。因此，采用纯水作为工作介质可以使液压伺服系统的执行机构实现更准确定位。

　　水液压技术的缺点：

　　（1）润滑性能差 纯水的润滑性能很差。磨擦副对偶面（如轴向柱塞泵中的滑靴与斜盘、缸体与配流盘、柱塞与缸体等）难以形成液体润滑膜，也不能形成良好强度的边界膜，因此，很容易产生干磨擦，加剧液压元件的磨损速度，引发失效。