用海水或淡水取代矿物油作工作介质,并不是简单的介质替换,而是一次新的技术革命,由于介质本身特性截然不同,由此带来许多技术难题。海、淡水液压传动技术的关键技术难题与矿物油相比,水的理化性能差别甚大:1)水,特别是海水有较强的锈蚀性;2)水的粘,体积模量比油大50%,水中声速比油大10%,易产生很大的冲击、振动及噪声。
问题由于水的粘度低,摩擦副中很难形成液体润滑,也难以形成边界润滑(由于不含添加剂),常产生干摩擦。加之海、淡水液压元件的一些关键摩擦副,如轴向柱塞泵的缸体配流盘、滑靴与斜盘等,其工作条件十分恶劣,均承受很大的Pv值及交变载荷,使材料很容易受到多种形式的磨损作用的破坏。
设计理论,海、淡水液压元件摩擦副中的流动特性、泄漏特性、气蚀特性及热传导特性不同于油压元件。因此必须根据水的特性建立新的数学模型,研究新的设计理论和方法。
气蚀问题由于水的汽化压力高,水压元件及系统中很容易产生气蚀,使振动、噪声加剧,材料受到侵蚀。必须采用耐气蚀材料,同时采用新的结构型式以降低气蚀的产生及危害。
国外研究概况1)美国60年代末,美国海军率先开始进行海水液压传动的研究,目的是研制适用于海洋的水下作业工具。1984年研制出首套海水液压传动水下作业工具系统,压力一4Mpa,流量3045L/min,作业工具有冲击扳手和旋转清洗刷。1991年又研制出冲击钻、带锯、旋转式盘形工具等,组成多功能水下作业工具系统,交付美国海军水下工程队使用。目前美国有多家公司(如Elwod、Hunt等)专门从事水压元件的研究,已开发系列产品,压力已达4oMPa以上。
2)英国英国Fenner公司于1988年研制成的海水柱塞泵和压力10MPa的海水柱塞马达,应用于40Om海深的水下作业工具和水下机器人上。90年代,英国Hun大学继续改进水压柱塞泵,把水压传动系统应用于海底油井的液压控制系统中。
海、淡水液压传动技术的应用地球上水资源十分丰富,用海水或淡水作工作介质,一种大有前途的“绿色工作介质”。由于海、淡水液压传动所具有的独特优越性,已成为液压技术的一个重要研究和应用方向。