【正文】 供了非常必要的技術(shù)保證。在現(xiàn)在的工程技術(shù)中，活塞泵是最廣泛應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)單元。在水力活塞泵中、不良的潤(rùn)滑比在液壓中更可能發(fā)生，在水力系統(tǒng)中，首要的目標(biāo)就是對(duì)在活塞泵和活塞馬達(dá)中用原水做為壓力介質(zhì)的研制開(kāi)發(fā)。為了解決利用原水做為潤(rùn)滑劑所能遇到的問(wèn)題，一些重要的滑動(dòng)副像汽缸體，配流盤，活塞，缸徑，旋轉(zhuǎn)斜盤，滑塊支座等應(yīng)該被加以重視。水力活塞泵（馬達(dá)）在許多發(fā)達(dá)國(guó)家都已經(jīng)被開(kāi)發(fā)，像美國(guó)、英國(guó)、日本、德國(guó)、芬蘭等。泵和馬達(dá)是有明顯區(qū)分的，英國(guó)的沼澤公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種使用原水的擁有固定排水量的軸流泵，其中泵和馬達(dá)都是旋轉(zhuǎn)斜盤型。軸承的中心和單元的扭矩定中心被設(shè)計(jì)在同一線上，其目的是為了使受壓后配流盤活塞的傾斜減到最小。全部的摩擦面都使用不銹鋼的聚合體接觸面。一種應(yīng)用陶瓷活塞的適應(yīng)性泵已經(jīng)成功地把壓力實(shí)現(xiàn)到14Mpa，它的外殼是就是用不銹鋼制成的。徑向活塞泵在德國(guó)的研制開(kāi)發(fā)下，已經(jīng)擁有了固定的排水量。泵的設(shè)計(jì)主要是基于應(yīng)用新的和非傳統(tǒng)的材料，因此一套獨(dú)立的潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)于泵來(lái)說(shuō)不可缺少的，所以那些泵的工作介質(zhì)和工業(yè)水都可以作為一種潤(rùn)滑劑。典型泵的額定值是：流速達(dá)到242l／min,p壓力達(dá)到32MPa。在丹麥那種有高壓泵軸的泵是基于旋轉(zhuǎn)斜盤的運(yùn)動(dòng)規(guī)則設(shè)計(jì)成為一成套的機(jī)組。全部的摩擦表面像圓柱面、止推板，活塞等都使用增強(qiáng)塑料或者是不銹鋼，因而通常被單獨(dú)地制造。為了避免腐蝕，泵的外殼和凸緣都是由鉻鎳特種合金和特種黃銅所制成，而泵也要設(shè)計(jì)成為能夠便于活動(dòng)部件利用水本身所能保持的潤(rùn)滑。要想確保泵擁有較強(qiáng)的使用壽命，泵的所有部件都要用抗腐蝕的材料制成，當(dāng)泵的壓力是16Mpa時(shí)，軸向活塞泵也能夠當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)的馬達(dá)使用，并且它也能被應(yīng)用于普通的自來(lái)水和海水中。當(dāng)泵的壓力是21 Mpa時(shí)，它的使用壽命為8000 小時(shí)左右。在高水位流體水力十年來(lái)的研究和開(kāi)發(fā)之后，從1990到今天由中國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)贊助，在華中科技大學(xué)進(jìn)行的一種新的海水液壓支架的研究和發(fā)展計(jì)劃正在進(jìn)行。最近，一種新型的帶吸力套管的海水水力活塞泵已經(jīng)被開(kāi)發(fā)了。許多的研究都集中在了新材料、結(jié)構(gòu)、以及大量的實(shí)驗(yàn)上，而這些也都將在此作以特別的介紹，同時(shí)水壓技術(shù)在一些方面的應(yīng)用也將被詳細(xì)描述。1．水力液壓系統(tǒng)軸向活塞泵圖表1顯示了海水液壓系統(tǒng)軸向活塞泵的示意圖，它是一種帶有穩(wěn)定排水量的軸向旋轉(zhuǎn)斜盤式七位活塞泵，并且工作介質(zhì)是海水或者是原水，這種機(jī)泵的額定值是:流量可達(dá)到40l／min,最大壓力可達(dá)到14MPa，一般工作壓力為10MPa。帶有軟密封的核對(duì)閥的輸入和輸出都與各自地活塞運(yùn)動(dòng)有關(guān)，在活塞組的吸入沖程過(guò)程中，水是從符合校核標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)氣口真空吸入的，然后再充滿活塞組左邊的側(cè)面間隔。在活塞組的排放沖程過(guò)程中,水是通過(guò)排泄閥的出口排出的。為了改善軸承的潤(rùn)滑，泵的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是使用油來(lái)潤(rùn)滑的，并且活塞右側(cè)邊的儲(chǔ)油器是通過(guò)利用充填帶封條繞在各個(gè)活塞上，才使得其與工作容積的側(cè)面是分開(kāi)的。所以，軸承和旋轉(zhuǎn)斜盤滑動(dòng)摩擦副都是采用油潤(rùn)滑的?；钊推讖降哪Σ潦鞘褂迷M(jìn)行潤(rùn)滑的。圖1 海水軸向活塞泵示意圖當(dāng)用原水做為潤(rùn)滑劑時(shí)，由于原水的化學(xué)活性和較低的粘性，不良的潤(rùn)滑和較高的蒸氣壓以及材料的選擇和應(yīng)用等因素在決定水壓系統(tǒng)泵的壽命中發(fā)揮著重要的作用。泵前后的外殼和汽缸組都是由經(jīng)過(guò)陽(yáng)化處理的鋁混合物所制成?；钊推滓r筒分別是由不銹鋼和增強(qiáng)聚合物所制成。進(jìn)水閥和放水閥的密封件是由聚四氟乙烯所制成，并且管閥上的軟密封件是由青銅色的不銹鋼所制成。為了減少表面的磨損，應(yīng)該使用具有較低摩擦系數(shù)的材料，尤其是一些新的聚合體，與帶有水膜的鋼相比，高分子聚合體擁有非常低的摩擦系數(shù)，與鋼和礦物油磨擦系數(shù)相比，~。近年來(lái)，在液壓泵和馬達(dá)中，高分子聚合體通常被用來(lái)作為其滑動(dòng)部分。2．實(shí)驗(yàn)性2．1實(shí)驗(yàn)設(shè)備為了調(diào)查這種泵的功能，需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性地研究。試驗(yàn)泵是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。為了研究這種由電子操縱臺(tái)來(lái)調(diào)整和控制的泵在不同的抽吸轉(zhuǎn)動(dòng)中的功能，安全閥的應(yīng)用是必不可少的，并且可用來(lái)保護(hù)此體系，節(jié)流閥就被用作加載單元，冷卻劑用來(lái)控制體系的溫度，而全液壓式元件通常是根據(jù)我們的需要所設(shè)計(jì)的。2．2試驗(yàn)方法測(cè)試的方法如下：無(wú)論是原水（純自來(lái)水）或海水（模擬海水）能被當(dāng)做壓力介質(zhì)來(lái)使用。其中模擬海水可以依照美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)制成，見(jiàn)表1。試驗(yàn)的主要特征可敘述如下：a 負(fù)載壓力應(yīng)校準(zhǔn)到 14MPa。 轉(zhuǎn)速可以完全地變到1000r/min.3 當(dāng)速度到達(dá)穩(wěn)定之后，壓力和流速應(yīng)被記錄。4 液體培養(yǎng)基的溫度應(yīng)控制在 20～40攝氏度范圍內(nèi)圖2 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖表1 海水含量 %2．3試驗(yàn)步驟這個(gè)試驗(yàn)的目的是確定容積效率的變化，對(duì)于泵來(lái)說(shuō),壓力和速度的曲線,就像真空進(jìn)口率和流率的特性曲線一樣。通常容積效率是用來(lái)描述某一泵的性能。它可描述如下： =100℅是容積效率，Ｑ是實(shí)際流量，單位時(shí)間的平均供給量，單位是l/min，Q是理論流量，單位時(shí)間的平均供給量，單位是l/min 。系統(tǒng)壓力可以通過(guò)水路的節(jié)流來(lái)校準(zhǔn)，不斷變化的流量可以改變泵的外部壓力。負(fù)載壓力應(yīng)該由0逐漸增加到14MPa。3．結(jié)果與討論3．1結(jié)果從流量表中，我們可以觀察到，有效流量率是在一個(gè)相對(duì)小的范圍內(nèi)起伏的，觀測(cè)數(shù)據(jù)的平均數(shù)是經(jīng)過(guò)計(jì)算并將其作為最后的結(jié)果，在三種速度狀況（1000r／min,750r／min,500r／min）下，容積效率是壓力的函數(shù)，如圖3所示，有效容積效率，在泵中也是壓力的函數(shù)，如圖4所示。3．2討論海水泵的容積效率隨著負(fù)載壓力的變化而變化，它的穩(wěn)定范圍在82% 到85%.最終，在恒等的情況下，低載的泄露能夠達(dá)到典型液壓油的40倍，因?yàn)樗恼承允呛Ｑ笏?/50。這樣就能很快地降低海水泵的容積效率。因此海水泵容積效率的提高也是泵設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。q=其中Ｑ是通過(guò)間余縫隙的滲漏，是間余縫隙厚度、是流體密度、v是流體運(yùn)動(dòng)粘性、是壓力, L是間余縫隙長(zhǎng)度，d是直徑。 圖3 容積效率和系統(tǒng)壓力的測(cè)試特性曲線 圖4 流速和系統(tǒng)壓力的測(cè)試特性曲線如果我們想要得到和液壓油同樣的流速，那么間余縫隙（比如活塞／汽缸的分界面）就將被減少大約70%左右，比如說(shuō)，厚度大約在5~40。這將會(huì)導(dǎo)致與其相配合的材料的表面粗糙度較高，,并且?guī)в袊?yán)重的機(jī)械磨耗。同時(shí)也會(huì)引起高速度流過(guò)較小的余隙,而導(dǎo)致在配合面上的流體侵蝕，這被稱作為拉絲。很顯然，這是不實(shí)際的。,如果轉(zhuǎn)速降低到1000r/min 或者750r/min時(shí)，~。4．應(yīng)用在嚴(yán)格的試驗(yàn)之后，海水泵就能夠成功地應(yīng)用于深潛的緊急復(fù)原循環(huán)系統(tǒng)。在水力體系中，大量的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)已經(jīng)被逐漸地研究和發(fā)展。以下所論及的應(yīng)用明確的顯示了水壓技術(shù)已不再被局限于靜止的應(yīng)用。4．1海洋勘探工程當(dāng)海水水力體系用于海底控制系統(tǒng)時(shí)，電源和海水泵應(yīng)該放置在工作地點(diǎn)的附近，并要求有唯一的地表電功率。對(duì)于流動(dòng)的和返回的液壓的流體將不再需要，并且昂貴的遠(yuǎn)程控制體系也是不需要的，而最后的利潤(rùn)也是相當(dāng)?shù)拿黠@。4. 2冶金工業(yè)和采礦在高溫和采礦的應(yīng)用中，材料的不可燃性具有極為重要的作用。在冶金工業(yè)（變頻器、熔爐和鋁加工）中，通過(guò)利用水壓技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的耐火的液壓技術(shù)，塑料加工設(shè)備、核工業(yè)和煤礦中的動(dòng)力, 不僅可避免火險(xiǎn)的發(fā)生，也可以減少操作費(fèi)用和環(huán)境的污染。4．3造紙業(yè) 相當(dāng)新的發(fā)展被用來(lái)制造造紙機(jī)的橫電磁波噴射切削系統(tǒng)，而造紙機(jī)所造的紙的邊緣毫無(wú)疑問(wèn)是被快速而平坦地切斷。傳統(tǒng)的方法是采用鋼切削，由于它的不可靠性以及諸多的利害關(guān)系，使得現(xiàn)在用射流的方法來(lái)進(jìn)行切削。換句話說(shuō)，主要問(wèn)題是金屬切削磨損相當(dāng)快，并且必須經(jīng)常替換，而可供選擇的方法就是用射流切削。80MPa切削法已經(jīng)在芬蘭得以發(fā)展，而目前這在我們市場(chǎng)上是見(jiàn)不到的。在瑞典有一種很有趣的帶有水壓技術(shù)的移動(dòng)式應(yīng)用操作。說(shuō)得更精確些那是廢料的包裝卡車，那種廢料卡車是一種日常的操作車輛，并且那液壓系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)成工作溫度在露天溫度的零下10度到零上40度之間。而自來(lái)水里只含有35%的丙二醇，所以這種流體被劃分為是對(duì)人和環(huán)境無(wú)危害的一類。5更深一步的研究5．1 泵（馬達(dá)）一種新型中低壓力的軸向活塞泵（馬達(dá)）在現(xiàn)今仍然在發(fā)展階段。它的活塞數(shù)是四的倍數(shù)（通常是8,12,16,20或24），而活塞一般放置在泵（馬達(dá)）軸的周圍。閥是由內(nèi)部的水力分配器和活塞組所組成，而這些三向的柱形閥做成的旋轉(zhuǎn)斜盤一般是旋轉(zhuǎn)的。在正常的自來(lái)水和原水中，泵也可以當(dāng)做馬達(dá)來(lái)用，那種被叫做活塞閥的閥門系統(tǒng)有許多的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，它沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部分并且當(dāng)它被用作馬達(dá)時(shí)不會(huì)有新增的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由于雜質(zhì)在瓣膜區(qū)內(nèi)只是受到剪切，所以它有很高的污垢耐受度。，所以它有很低的啟動(dòng)力，這種閥的另一優(yōu)勢(shì)就是它允許用凹的和直的軸結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵诒弥行牡南旅鏇](méi)有任何的機(jī)械裝置。它可以利用信息系統(tǒng)所支持的幾乎任何大小的軸承。它是一種在海水和原水中都可使用的帶有安裝排量的旋轉(zhuǎn)斜盤式的軸向八位活塞泵（馬達(dá)）。這種泵所有的軸承、活塞、沖刷式的滑動(dòng)表面都是油潤(rùn)滑的，并且是通過(guò)密封的活塞組與排水面隔開(kāi)的，所以對(duì)于泵中的許多接觸點(diǎn)處的潤(rùn)滑是有很多好處的。在泵（馬達(dá)）的設(shè)計(jì)中，為了選擇合適的材料和計(jì)算參數(shù)，一架磨耗試驗(yàn)裝備可以被用來(lái)評(píng)價(jià)流體匹配材料的潤(rùn)滑性能。在本質(zhì)上，它是帶有孔道分流閥的單個(gè)活塞旋轉(zhuǎn)斜盤泵。這種試驗(yàn)裝置的額定值是: ／r,壓力可達(dá)到 21MPa。轉(zhuǎn)速可達(dá)到2000r/min. 它可用于測(cè)試不同流體的不同的潤(rùn)滑性質(zhì)。例如海水、原水和礦物油等等。一系列的預(yù)初試驗(yàn)的研究工作已經(jīng)開(kāi)始利用這臺(tái)試驗(yàn)裝備。泵中的三個(gè)關(guān)鍵的潤(rùn)滑地帶（汽缸組／活塞／旋轉(zhuǎn)斜盤）在今天也仍然在發(fā)展之中。在水壓系統(tǒng)泵（馬達(dá)）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，選材和優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)都是非常重要的。6．綜述水壓技術(shù)是一種可以被用于多種場(chǎng)合的多用途的技術(shù)。這也使得它在開(kāi)發(fā)和研制方面成為一個(gè)很有前景的技術(shù)領(lǐng)域。在水力液壓技術(shù)系統(tǒng)中,第一個(gè)目標(biāo)就是要開(kāi)發(fā)利用原水當(dāng)做壓力介質(zhì)的活塞泵和活塞馬達(dá)，不良的潤(rùn)滑、磨損和腐蝕在水力活塞泵（馬達(dá)）中比在油壓的系統(tǒng)中更有可能發(fā)生，所以，材料的選擇，結(jié)構(gòu)與制造的優(yōu)化應(yīng)被認(rèn)為是在機(jī)泵（馬達(dá)）設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。與此同時(shí)，在泵（馬達(dá)）中，對(duì)于摩擦副的實(shí)驗(yàn)性的研究經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該為水壓系統(tǒng)軸向活塞泵和馬達(dá)的設(shè)計(jì)和發(fā)展提供好的幫助?，F(xiàn)代的水壓系統(tǒng)技術(shù)仍然是全新的，間而言之，對(duì)于制造方法中的大量問(wèn)題應(yīng)該予于解決，因而才可得到更為廣泛地電力傳輸應(yīng)用。61