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关于液压系统环境保护几个问题的初探
发布时间：2017-11-22
全面协调可持续发展需要环境保护
环境是指人群周围的境况及其中可以直接、 间接影响人类生活和发展的各种自然因素和社会因素的总体。 环境包括自然因素的各种物质、现象和过程及在人类历史中的社会、经济成分。 环境科学是指研究人类在认识自然和改造自然中人和环境之间相互关系的科学。 换言之，环境科学是研究人类社会发展活动与环境演化规律之间的相互作用关系， 寻求人类社会与环境协同演化、可持续发展途径与方法的科学（见图 1）。 环境科学包括环境基础学科、 环境技术工程学科和环境社会学科等。 它研究的环境是指在自然环境的基础上，经过人类不同程度的加工改造而形成的人类生存环境。 它研究人和生存环境之间物质和能量的交换关系和转化规律以及人类生态系统的演化和发展。 它重点研究与人们健康直接相关的人们生活和从事生产的环境， 研究环境污染所引起的环境质量变化规律及其保护。
环境保护科学是一门新兴的综合性学科， 涉及到自然科学和社会科学的诸多方面。 现在环境保护已不同于最早的只是使用技术治理的方法控制污染物的排放，而是创新性地把管理手段引入环境保护领域。 环境保护是指从战略级、政策级和技术级的不同层面上，在区域、国家和全球的范围内，采取行政、法律、经济和科学技术的多方面措施，合理利用自然资源，防止环境污染和破坏、 保护生态平衡， 保障人类社会的可持续发展。 我们要遵循客观规律，正确处理经济发展与人口资源环境的关系，把建设生态文明作为一项战略任务，积极发展循环经济，建设资源节约型、环境友好型社会，使之落实到每个单位、每个家庭，实现自然生态系统和社会经济系统良性循环， 为子孙后代留下充足的发展条件和发展空间。
可持续发展的概念表明， 人口和经济的发展必须与自然资源和环境承载力相协调。 液压界的发展依赖于社会经济的发展和需求。 时代的发展形势催生了全新的环境保护途径。 这对液压界的发展提出了挑战和机遇。 促使液压界以人为本，统筹兼顾，更加推进结构调整，更加加快自主创新，更加加强节能环保，促进液压界全面协调可持续发展。
1 节省能耗，提高效率是环境保护的需要
社会经济建设和发展的增长，主机技术的进步，如自动控制制技术、计算机技术、微电子技术、摩擦磨损技术、 可靠性技术及新工艺和新材料等高技术成果广泛应用液压技术， 使传统的传动液压技术有了新的进展。 为了适应社会需求，适应机电产品向高性能、高精度、自动化和智能化方向发展需要，液压产品正向着节省能耗提高效率； 提高控制性能以适应机电一体化的发展；提高可靠性、寿命、安全性和维修性；适应环境保护（降低噪声和振动、无泄漏）等方面发展。
液压技术在将机械能转换为压力能， 或压力能转换成机械能存在着一定能量损耗， 主要反映在系统的容积损失和机械损失上。 为了节省能耗，提高效率，必须减少元件和系统的内部压力损失； 减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力；采用静压技术，新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感及二次调节系统和采用蓄能器回路。 例如从 A320 飞机液压系统过热故障分析流程图(见图 2)可知，液压系统的功率损失形式主要有机械损失和容积损失。 机械损失的增加表示机件间的摩擦增大以及液压油的流动受到的限制进一步增加。 摩擦增大的主要原因是液压油受到了污染。 应检查液压泵、油箱、回油滤、出口单向活门等附件。 容积损失是指由于高压液压油和渗漏而造成的损失，包括外漏和内漏。 对于过热故障来说，容积损失主要由系统严重内漏和系统释压活门调定压力过低导致频繁释压这两方面造成。 通过过热故障分析流程图，判定内漏点大致范围，并对内漏部件的隔高，彻底排除液压系统过热故障。 液压元件和液压系统节省能耗提高效率应在设计、制造、使用、维修等全寿命的过程更加关注。
2 环境保护需要做好液压系统泄漏控制工作
泄漏控制是液压产品环境保护的重要内容之一。如果液压元件和液系统达不到泄漏指标， 液压泄漏会引起系统压力调不高；执行机构速度不稳定；使系统效率降低、油温升高；造成油液和其它物资的浪费；污染环境有碍人体健康；可能引起控制失灵、元件损坏；外泄漏可能引起火灾等。 如果泄漏得不到控制，将会影响液压产品的正常应用和液压技术的发展。 液压系统的泄漏主要有缝隙泄漏、多孔隙泄漏、黏附泄漏及动力泄漏等几种形式。 产生外部泄漏的主要部位有：管接头的螺纹连接处，不承受负载的固定接合面，承受压力负载的固定接合面，轴向滑动表面密封处，转轴密封处等。产生泄漏的原因有设计和制造装配方面的问题， 又有维护、 保养等方面的问题。 针对固定联接处和动密封处的泄漏控制应具体分析泄漏原因， 依据密封原因采取不同的方法进行泄漏控制。 泄漏控制主要包括两个方面：既要防止液体泄漏到外部造成环境污染，又要防止外部环境对系统侵害。 环境对系统的侵害也是应该引起注意的问题，应注意解决系统的密封问题，例如隔离式油箱， 设计新型的活塞杆防护装置等。 无泄漏（leak free） 将是世界各国液压界今后努力的重要方向之一。 便如发展集成化和复合化的液压元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头、电动机和泵的组合装置等。
3 环境保护需要做好液压系统噪声控制工作
噪声控制是液压产品环境保护的重要内容之一。噪声可分为连续噪声、脉冲噪声和有调噪声。 脉冲噪声常发生于撞击过程中，其特点是持续的时间短，激振的强度高。 液压装置的噪声是一个和泵、阀、装置等整个系统都有关的复杂问题。如图 3 所示为液压噪声的发生过程。 液压噪声产生的各种原因有单个元件噪声，如液压泵、电动机、压力阀、电磁换向阀、风扇冷却器、流量阀、电液伺服阀和油箱等产生的噪声；有系统噪声，由于压力脉动、液压撞击、旋转部件、往复零件等引起的振动向各处传播，引起系统谐振，产生噪声。液压元件及系统产生三种类型的噪声能量， 通常分别称为空气传播噪声、结构传播噪声和液体传播噪声。 降低液压噪声的措施有四个方面。①从元件本身着手、选用低噪声元件，具体措施如选用设计低噪声泵、溢流阀、单向阀、浸油型电磁阀等，着眼点是降低单个元件的噪声。②从系统着手，降低液体传播噪声，具体措施如排除系统空气，改变管道长度，调整元件安装位置，采用滤波器，阻抗合理匹配等，着眼点是降低气穴噪声、冲击压噪声、压力脉动噪声等。 ③防振，降低结构传播噪声，具体措施采用隔振体、防振垫，采用集成块，无导管化，油箱设加强筋，合理选择频率比等，着眼点是减小本体振动和避免谐振。 ④隔声、吸声，降低空气传播噪声，具体措施把液压泵罩起来，泵浸在油中，合理选用材料等，着眼点是阻止噪声在空气中传播，吸收噪声和减小噪声。
液压噪声控制不仅与单个液压元件的设计制造有关，而且与液压系统的设计和安装布局等有关。 在设计时，人们把重点放在液压泵和系统参数的匹配上，原因在于如果设计和安装布局不好， 液压泵和系统参数不匹配是液压系统噪声的主要根源， 而控制液压泵噪声的基本原理和方法，亦适用于液压执行元件。 噪声产生于振动，噪声源的控制主要是控制振动。 液压噪声控制不仅与液压元件和系统的设计和安装布局有关， 而且与主机的振动与噪声控制密切有关。 噪声控制技术的新进展体现在噪声控制工程设计的软件化、智能化，重点开展交通运输噪声控制的研究， 有源噪声控制和声学材料等方面。 当前对声环境影响最广泛的噪声源是交通运输工具。 因此汽车、铁路、飞机降噪技术是当前噪声源控制研究的重点对象。 飞机噪声控制研究进步是巨大的，目前二代涡轮风扇发动机的噪声比 20 世纪60 年代初的涡轮喷气发动机降低了约 20dB。 随着计算方法和计算工具的飞快发展， 飞机设计者运用 CFD、CAA、FEM、SEA 等技术在设计阶段就可以充分评估结构动力学特性、飞机舱内外的噪声水平。 有源噪声控制技 术 在 飞 机 上 的 应 用 取 得 了 突 破 。 英 国 UltraElectronics 公司的有源噪声控制系统在 SAAB2000 和Q400 Dash8 飞机上安装了 800 多套。 波音公司提出了“流动墙纸”半主动控制的概念，即利用微工艺在很薄的板上设计流体自适应放大器，不需要控制器、控制电路和复杂算法。 美英两国科学家更是提出了“无噪声飞机”模型的新概念。 这种飞机将采用发动机顶置、机身与机翼一体化、 低噪声超大功率发动机及特殊机翼等四大技术，可以降低起飞降落的噪声，使其达到普通洗衣机的噪声水平， 从而令机场周围的居民根本感觉不到。
4 环境保护需要做好液压系统污染控制和健康管理工作
液压系统污染是指液压系统中存在的对系统的工作、寿命和可靠性有害的物质和能量。 液压系统污染物包括空气、不相容液体、微生物、化学物质、热能、电荷、磁场、辐射及各种固体颗粒等，其中比较常见的是固体颗粒、水分和空气。 根据国内外资料表明，液压系统的故障大约有 70%是由于油液污染引起的。 飞机液压系统污染控制的基本目的是， 通过污染控制措施使系统油液的污染度保持在规定的污染度控制水平以内，以保证液压系统的性能、工作可靠性和附件的使用寿命。飞机液压污染控制贯穿于设计、 制造和维修使用的各个环节。 航空油液监控技术将朝着智能化仪器研制，新的数据处理方法，实现机载监控，网络化远程诊断等方面发展。 液压系统故障诊断方法中， 较为有效的方法是：以分析诊断对象的逻辑关系、系统参数以及系统的热力学过程为基础的诊断方法。 例如对某一被检元件组成液压系统进行基本检验， 以分析判断该被检元件故障时，均以热、噪声、泄漏等为线索，这对诊断液压系统故障极为有效。飞机故障预测与健康管理(Prognostics and Health Management， 简称 PHM)， 包括故障预测和健康管理两个主要部分。 故障预测，是预计性诊断部件或系统完成其功能的状态， 并确定部件的剩余寿命或正常工作的时间。健康管理，是根据诊断/预测信息、 可用资源和使用需求对维修活动做出适当决策的能力。 飞机 PHM 系统主要由机载维护监测系统和地面维护管理系统组成。 机载维护监测系统是用来监控和管理飞机的各个部件和系统， 维护系统能够预先判断或监控系统或部件的工作情况， 当系统或部件即将发生或已经出现故障的情况下，进行有效的管理，防止故障蔓延而影响飞行安全， 提供当前有效资源的状态信息，为系统配置和指挥决策提供依据，从而保证任务的顺利完成。 地面维护管理系统是进行飞行中记录数据处理，判断它们的健康状况，对系统或部件的性能进行预先评估， 以决定是否对出现故障或即将发生故障的系统和部件进行替换和维护。
5 绿色维修为环境保护做贡献
根据联合国政府间气候专业委员会（IPCC）的权威发布，二氧化碳排放是引起全球变暖的主要原因。 对环境的关注，绿色航空和绿色维修应运而生。 人们对环境保护意识的增强， 表现在为减少 “碳足迹”（Carbonfootprint） 采取的相关绿色行动上 。 碳平衡 （Carbonnetural，也称碳中和、碳中性）指企业或个人通过节能、植树及资助可持续能源项目等活动， 来抵消自身所产生的温室气体排放。Team SAI 咨询公司称，维修企业主要的污染排放问题是能源消耗。 一个 3700m2的机库，每月要消耗大约 100 万 kW・h 电。 这相当于每月产生1000t 的二氧化碳。 2009 年 2 月启用的佛罗里州杰克逊维尔海军航空兵基地的 P302V 机库和停机坪工程占地26 000m2，是美国最大机库之一，在设计中广泛采用回收再利用材料和各种措施降低能耗。 航空维修业的环境指标，有些维修业引入了 ISO14001 标准或其它标准和精益维修，并对所做的改进工作进行评估。 例如波音737 移动生产线上采取精益生产，减少 52%的生产能耗和23%的危险品废料。空中客车公司也通过了ISO14001 认证。
绿色维修是基于社会可持续发展理念和科学发展观的高效、优质、低耗、环保的产品（设备装备乃至更广泛的有形资产）维修。 液压系统绿色维修需节能技术，防治污染，故障诊断和再制造工程。 再制造工程主要包括：一是修复，通过测试、拆修、换件、局部加工等，恢复产品规定的状态和能力；二是改进或改装，通过局部修改产品的设计， 特别是引进新技术等使产品的性能得到提高，适应新的使用要求；三是回收利用，通过对废旧产品进行测试、分类、拆卸、加工等使产品或其零件、原材料得到再利用。
6 海军飞机液压系统需要“三防”
海国航空装装主要在沿海地区/舰艇甲板上停放，在沿海地区/海域上空执行任务， 时刻处于海洋大气环境之中。 海军航空装备直接受到海洋大气和海水溅区的境影响， 在舰艇甲板上停放时还受到燃烧废气环境的影响。 为保证海军飞机液压系统性能、寿命、可靠性和耐久性，在设计、制造、使用、维修过程中防盐雾，防霉变、防潮湿，统称为“三防”。 飞机液压系统应当设计成安全、可靠、性能好、重量轻、使用简单以及便于维修。 同时应进行液压系统的污染控制、温度控制和环境控制。 液压系统及其附件应根据实际需要进行相应环境条件下的试验考核， 以验证其性能在真实的环境条件下能长期、稳定、正常地发挥作用。 飞机液压系统试验可按 GJB150-86 军用设备环境试验方法进行。 由于海军飞机使用寿命中 90%以上时间处于停放状态，在制定热环境技术要求时， 应以地面/海面湿热环境为基准，同时涵盖空中湿热环境要求。 湿热环境使非金属材料体积膨胀，组织疏松、强度降低，甚至起泡、破裂和老化，同时引起金属材料的氧化、腐蚀。 湿热考核试验方法参照 GJB150.9 执行。 海上的湿热大气条件是各种霉菌滋生的良好环境。 霉菌能腐蚀和降解一些材料，从而导致零件的直接破坏， 而其代谢产物也对金属有腐蚀作用。 霉菌的生长能越过绝缘材料形成电气通路，造成电气或电子系统短路，而且霉菌本身含有大量水分，易导致金属、非金属材料及电子器件受潮损坏。 霉菌考核试验方法参照 GJB150.10 执行。 在海洋大气区，盐雾长期作用于附件的金属材料表面， 在金属表面形成由解液膜，引起电化学腐蚀和酸碱溶液腐蚀，并加速零件的应力腐蚀。 电解液膜中氯离子 CL-表面活性强，能破坏各类合金的钝化膜保护膜层，产生孔蚀，导致晶间腐、 剥蚀和应力腐蚀。盐雾考核试验方法参照GJB150.11 执行。
7 搞好液压系统环境保护工作的几点建议
（1）加强环境保护法规制定和宣传。 国家和政府部门根据经济发展、保护人民健康与财产安全、保护和改善环境的需要，制定一系列法律、法令、条例、规定等法规。 广泛宣传，更新观念，形成共识，立法执法。 液压系统环境保护按专业制定相应的法规。
（2）深入开展环境基础学科的研究和应用。 例如环境物理学是研究物理环境同人类的相互作用的科学。涉及环境声学、环境光学、环境热学、环境电磁学、环境空气动力学、环境辐射学等分支学科。 环境物理学是复杂的、多变的。 人体以及生物系统对机械的、声的、热的、辐射的环境污染产生的物理效应和生理效应，仍是环境物理学有深入研究的内容。
（3）大力开展环境技术工程学科的研究和应用。 便如环境工程学涉及水污染防治工程、 大气污染防治工程、固体废物的处理与利用、环境系统工程等方面。 环境医学需要从人体与环境辩证的统一的观点出发，研究大气、水、土壤、城乡规划建设和生活居住条件等自然和社会环境因素对人体健康的影响，并研究、制定这些因素的卫生要求和标准。
（4）大力开展环境社会学科的研究和应用。 例如研究科学的环境预测方法和系统的资料数据； 研究确定衡量可持续发展的经济和环境指标； 研究资源有效利用和生态环境的综合规划方法； 研究环境有效管理的体制。 加强对液压系统环境保护管理的研究。
（5）加强液压系统环境保护的学术和技术交流，训练专业管理有素的人才。 加强液压系统环境保护在国内外的交流和合作。 有利于我国液压系统环境保护自主创新具有中国特色。
环境保护已成为涉及经济、政治、社会、技术等诸多方面和国际化了的复杂问题。 虽然人类社会已普遍接受可持续发展的理念，并努力进行这方面的实践，但环境保护仍存在许多矛盾和困难。 液压系统环境保护工作的开展不仅是一种专业活动， 而且是全社会活动的全过程中的一小部分，任重而道远，需要我们不断地努力、探索和实践。
摘自：中国计量测控网
