液压泵工作介质在节能环保方向的发展探究

近年来，资源枯竭和环境污染问题受到世界各国的高度重视，各国在节省能源、发掘可再生资源、保护环境方面做了大量的工作，并且制定了相关的法律规定。
液压传动技术是一种在工业中应用较普遍的一种传动技术，与机械传动和电气传动相比，它有自己独特的优点，如：功率质量比大、工作压力和流量可调性好、可实现无级调速等优点。但是目前各类机械设备的液压系统大多采用石油型液压油作为工作介质，不仅消耗了大量的石油资源，而且造成了环境污染。因此，世界各国纷纷研究环保节能的液压传动技术，使液压传动技术更具生命力和竞争力。
液压传动技术要实现环保节能，最重要的一点是选择既环保有可再生的新型工作介质。笔者认为，节能环保型的工作介质目前有两个发展方向。一是以无污染的纯水(或海水)为工作介质，开发出相应的水液压系统。二是开发以食用油为基础的环保型生物基液压油。
下面分别作以简单的介绍。
1、水液压系统水液压技术其实是在第一次工业革命中兴起的古老技术，是液压传动技术的初始阶段，而后随着石油工业的发展，液压油取代了水作为工作介质，而随着世界各国对节能环保的呼声越来越高，许多科学又把目光投向了水这一环保工作介质。液压传动技术向水液压传动技术的发展研究，不是技术的简单的重复和循环，而是要向更高的阶段发展。
1.1 水液压技术的优点从经济性、环保性、难燃性、与工作环境的相容性以及可持续发展等方面考虑，自来水(或海水)都是一种理想的工作介质。它的主要优点有：1)成本较低;2)对生产产品无污染;3)抗燃性好;4)可压缩性小。
1.2 需要解决的难题水液压技术虽然有许多优点，但是要使这项技术真正得到应用，需要解决以下几个方面的问题。
泄漏：液压元件中大部分的运动副采用间隙配合的方式，其缝隙量的大小对泄漏量的多少影响很大，而水的粘度比液压油的粘度低，同等条件下，水比油的泄漏量要大，使系统的容积效率更低。所以，在水液压传动中，一方面要控制好配合间隙的大小，这就需要对水液压元件进行结构设计，设计出适合水液压系统的元件。另一方面，要研究新型的密封材料和密封方法，从而减少系统的泄漏。
1.3 防腐和润滑由于水的油膜强度较低，使水比油的润滑性差的多，并且水能腐蚀许多金属，导致金属表面剥落。因此选用合适的材料是水液压系统需要解决的关键问题。其中结构陶瓷由于其具有耐磨性好、抗气蚀性好、化学稳定性好、摩擦系数低等优点，用其代替部分金属材料也会大大改善液压元件的性能。但是结构陶瓷的加工工艺难度更高。目前对于水液压系统的材料开发仍处于研发阶段。但是随着材料科学的发展，水液压系统有望被广泛应用。
1.4 气蚀由于水的饱和蒸汽压比油高，因此水液压系统更容易产生气蚀现象。由于气蚀现象主要发生在泵的吸油口处和节流阀口处，因此气蚀现象的解决可以从以下两个方面考虑：
1) 改进现有阀，设计更加平滑的流道和阀口形状，从而减小经过阀口的压力损失。
2)将泵放在水箱的液面以下，以提高泵的自吸能力。
1.5 水在0℃以下会结冰如果环境的温度降到0 ℃以下，就必须在水中加防冻液。传统的防冻液含有对环境和人体有害的物质，不能用于环保型的液压系统。所以需要开发出环保型的防冻液。在美国，无毒的丙二醇防冻液已经被美国食品及药品检验局批准用于食品生产。
由以上分析可知：水液压元件以普通水或天然海水作为工作介质，所有技术难点都集中在液压元件本身。随着材料科学和加工工艺的进步，在现代技术条件下是能制造出适应纯水甚至海水的液压元件的。
但是，可以看出，以水为介质的水液压系统不能沿用传统的液压元件，所以目前处于试验阶段，技术开发和市场开发的难度均较大，现实的推广意义不大，但是由于水液压技术的一系列优点，它的发展前景还是很广阔的。
2、发展生物可降解液压油从节能和环保方面考虑，除了采用水作为工作介质以外，具有现实意义的是发展生可降解液压油液压油。
2.1 生物可降解液压油的定义生物可降解液压油是指既能满足机器液压系统的要求，其耗损产物又对环境不造成危害的液压油。润滑油的可生物降解特性是其特性中最主要的指标。可生物降解性指物质被活性有机体通过生物作用分解为简单化合物如CO2 和H2O 的能力。
2.2 生物可降解液压油的组成生物可降解液压油的组成与普通矿物型液压油一样都是由基础油和添加剂组成。但是由于其可降解性能决定了基础油和添加剂的结构与普通矿物型液压油不同。
(1) 基础油基础油在液压油中的含量通常在80% 以上，因此，基础油对润滑剂性能起着决定性作用。在国外用于生物可降解液压油的基础油主要有HETG(植物油型)和HEES(合成酯型)两种。植物油型基础油(HETG)有很好的润滑性能，并且没有毒性能够很容易地进行生物降解。植物油型基础油是基于自然界中的植物提炼的，如油菜籽、向日葵、玉米和大豆等，与合成酯型相比，植物油型基础油的价格要便宜许多，但是，植物油型基础油在高于90℃时就容易氧化，而它的倾点在-15℃左右，其高低温性能均不理想。
而合成酯型的基础油的生物可降解能力与植物型基础油相似，同时，具有很好的低温流动性能和出色的高温抗氧性能。这些与传统矿物油型基础油特性相似。因此，合成酯型基础油被广泛应用于生物可降解液压油的工作中。目前合成酯型的基础油主要存在的问题是水解安定性差，价格又非常昂贵，但是随着工艺技术的改进，这些缺点有望被克服。
(2) 添加剂传统润滑油脂添加剂都是针对矿物油而设计的，主要从满足润滑油的使用性能角度出发，很少考虑环保和健康等因素。生物可降解润滑油要求添加剂低毒性、低污染、可生物降解。因此，研制适用于生物可降解润滑油的添加剂是实现可降解润滑油实际应用的重要课题，目前这项工作在世界范围内还是起步阶段，需要科研人员对生物可降解型润滑油的添加剂进行研究，以满足实际的要求。
节能环保液压传动技术的发展必须借助信息技术、摩擦磨损技术、润滑技术以及新材料新工艺等成果的不断创新。液压技术人员应不断努力，为改善地球环境和精品制造作贡献。