超高压技术发展现状

在一些特定的超高压场合，如液压支架、液压工具、粉末冶金、超高压射流、金属挤压和超高压耐压、爆破试验等，其液压系统工作压力通常在700bar左右，甚至更高的压力。目前来看，超高压液压技术与一般液压技术相比，具有以下主要特点：

1）超高压小流量。当液压系统在一定的功率运行时，因超高压液压系统所需的工作压力高，其在超过高压工况下的系统流量就很小，一般在1L/min。

2)对液压介质有特别要求。由于液压系统油液粘度、弹性模量等受系统压力和温度的影响很大，所以超高压液压系统常常需要特定的液压介质。通常而言，液压系统液压介质粘度随着压力的增大而增大，而流动性会减小；粘度随着温度的升高反而下降，又很容易引起系统油液泄漏。所以在不同应用场合的超高压液压系统中，常常有特定的专用液压介质。比如在液压支架中常用乳化液、在有些巨型模锻液压机应用水介质。

3)密封要求十分严格。在超高压液压应用环境中，密封是一个十分重要的环节。超高压液压系统压力非常高，即使有很小的泄漏量也会因为其能量高而产生局部的高温，很容易将密封件击穿。同时，同样的密封间隙在超高压环境中泄漏量也比普通压力下大的多，而超高压液压系统流量一般又很小，所以会对液压系统的正常工作产生很大的影响。目前来看，提高密封性能的主要方法主要有选择适合的材料、设计合适的密封结构以及制造技术。

4)对超高压元件高压球阀要求更严格。超高压液压系统带来的强度和密封方面的问题使得超高压液压元件有更严格的要求，其可选择的结构形式也比普通压力下少得多。在超高压液压系统的升压元件中，柱塞泵和增压器是常采用类型。因为柱塞泵具有较高的容积效率，又能够很好的适应超高压压力下的密封。而增压器又能够在较低的系统压力下通过面积比的关系产生超高压，还可以使用不同的超高压液压介质。超高压液压系统中的各类阀多采用锥阀和球阀结构，以降低加工难度并减少泄漏量。

但是，随着液压技术的发展，超高压在许多重型工业场合体现出巨大的优势。主要是因为，随着系统压力的提高，主机结构大大简化，重量大幅度降低，单位重量出力比提高，制造成本降低，制造中耗能减少，工业排放污染减少，容易实现绿色生产。随着巨型模锻液压机、橡皮囊液压成型机、人造金刚石合成压机、深海油气开发设备等重要国防工业设备需求的增长，UPLFHE需求越来越多。因此，目前超高压技术正在由超高压小流量向着超高压大流量方向转变，同时也从开关式元件向高性能比例式元件转变。

在国内，比较成熟的超高压液压系统主要集中在液压工具、液压支架以及液压测试行业中。超高压液压工具自身体积小、重量轻、携带方便，但输入力或者力矩可以很大，而且液压系统简单，研发成本低，同时超高压液压工具销量又大，因此国内多数厂家都愿意生产。刘光新等于2016年设计用于液压支架液压件试验检测的超高压大流量检测系统，其液压系统采用双作用增压器作为升压元件，可以产生1000bar，0.62L/次和750bar，1.57L/次的超高压液压源，同时使用了乳化液和63号抗磨液压油作为液压介质。再通过外接大流量乳化液源，可以满足大多数液压支架用液压件的测试工作。燕山大学的胡洋在2014年对一液压缸试验台进行改造，将试验压力成功提升到520bar用于液压支架的液压缸测试。其也是使用液压增压器获得超高压液压源。赵德春等使用大增压比的增压器，设计压力达到2000bar的超高压液压系统，用于飞机液压附件和导管的爆破试验。张新武也通过仿真论证了液压增压器用于产生超高压进行压力容器的爆破试验，并验证了超高压液压系统应用自动控制技术的可行性。山东大学罗梅伟于2005年设计一个用于测试超高压液压元件的试验台，测试压力可以达到700bar，可以完成泵性能试验、缸性能试验、溢流阀和换向阀部分性能试验。但是其文章中对于超高压液压系统设计和介绍较少，偏重于试验台控制系统的设计，不过可以看出其系统中使用的超高压比例溢流阀是HAWE公司的PMVPS系列，系统流量不会太大。

在超高压油液与密封方面，尚建国对超高压静密封和动密封件做了详细的介绍。超高压静密封多采用金属密封，邵尔硬度大的O形密封圈也可以使用。动密封可以采用间隙密封、橡胶密封圈以及特殊的自紧式密封方式。大连交通大学的田小静等对超高压螺栓拉伸机的超高压液压缸活塞间隙密封进行了数值模拟，结果表明在需要低速稳定运行的超高压液压缸中采用间隙密封是一种非常好的策略，但是密封间隙的宽度并不是越小越好，应当有一个合理的间隙值。西安交通大学的朱仁宗对液压油粘度在超高压系统中的影响做了一定的分析，这对超高压液压系统液压油型号的选择有一些实际意义。

国外的液压工业发展较早，特别是欧美等一些发达国家，液压技术一直处于领先地位。压力在315bar的液压元件技术已经普遍应用，另有局部采用超高压技术，压力可以达到420bar，这方面技术也已经相当成熟。随着市场需求的发展，国外液压技术也在不断发展，加之以前积累的液压技术开发、研制实力，又有各类液压专用仿真计算软件，为超高压元件的研发提供了有力的保障。伴随着全球巨型模锻液压机的需求增长，欧美一些液压制造厂商专门为其研制配套的液压超高压技术。各类超高压液压元件，压力等级从小到大，流量规格从小到大，都已经有了相当全面的超高压系列。可以说国外的超高压液压技术已日趋成熟，但是主要被少数厂商垄断。正因为如此，国外学者对于超高压液压元器件研究较少，应该多数为企业自主研发，技术保密。在已经公开发表的学术论文中，只有少数对超高压液压油相关特性的基础研究。Karjalainen等在2006年开始就对各类型液压油性质进行测量。他们设计了静态压力可以达到1500bar的测试台，并进行了不同压力和温度下的声速、密度、杨氏模量等值。结果表明压力达到500bar时，油液粘度增大超过一倍，杨氏模量也大大增加。在2009年其又通过实验总结了油液特性与压力的关系，密度、杨氏模量、声速等都可以用二次多项式进行拟合估计，并对绝热过程和等温过程的杨氏模量公式进行了修正，还给出了密度、运动粘度关于压力、温度的公式。（摘自浙江大学博士论文，作者：时文卓）