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關于液壓系統環境保護幾個問題的初探
發布時間：2017-11-22
全面協調可持續發展需要環境保護
環境是指人群周圍的境況及其中可以直接、 間接影響人類生活和發展的各種自然因素和社會因素的總體。 環境包括自然因素的各種物質、現象和過程及在人類歷史中的社會、經濟成分。 環境科學是指研究人類在認識自然和改造自然中人和環境之間相互關系的科學。 換言之，環境科學是研究人類社會發展活動與環境演化規律之間的相互作用關系， 尋求人類社會與環境協同演化、可持續發展途徑與方法的科學（見圖 1）。 環境科學包括環境基礎學科、 環境技術工程學科和環境社會學科等。 它研究的環境是指在自然環境的基礎上，經過人類不同程度的加工改造而形成的人類生存環境。 它研究人和生存環境之間物質和能量的交換關系和轉化規律以及人類生態系統的演化和發展。 它重點研究與人們健康直接相關的人們生活和從事生產的環境， 研究環境污染所引起的環境質量變化規律及其保護。
環境保護科學是一門新興的綜合性學科， 涉及到自然科學和社會科學的諸多方面。 現在環境保護已不同于最早的只是使用技術治理的方法控制污染物的排放，而是創新性地把管理手段引入環境保護領域。 環境保護是指從戰略級、政策級和技術級的不同層面上，在區域、國家和全球的范圍內，采取行政、法律、經濟和科學技術的多方面措施，合理利用自然資源，防止環境污染和破壞、 保護生態平衡， 保障人類社會的可持續發展。 我們要遵循客觀規律，正確處理經濟發展與人口資源環境的關系，把建設生態文明作為一項戰略任務，積極發展循環經濟，建設資源節約型、環境友好型社會，使之落實到每個單位、每個家庭，實現自然生態系統和社會經濟系統良性循環， 為子孫后代留下充足的發展條件和發展空間。
可持續發展的概念表明， 人口和經濟的發展必須與自然資源和環境承載力相協調。 液壓界的發展依賴于社會經濟的發展和需求。 時代的發展形勢催生了全新的環境保護途徑。 這對液壓界的發展提出了挑戰和機遇。 促使液壓界以人為本，統籌兼顧，更加推進結構調整，更加加快自主創新，更加加強節能環保，促進液壓界全面協調可持續發展。
1 節省能耗，提高效率是環境保護的需要
社會經濟建設和發展的增長，主機技術的進步，如自動控制制技術、計算機技術、微電子技術、摩擦磨損技術、 可靠性技術及新工藝和新材料等高技術成果廣泛應用液壓技術， 使傳統的傳動液壓技術有了新的進展。 為了適應社會需求，適應機電產品向高性能、高精度、自動化和智能化方向發展需要，液壓產品正向著節省能耗提高效率； 提高控制性能以適應機電一體化的發展；提高可靠性、壽命、安全性和維修性；適應環境保護（降低噪聲和振動、無泄漏）等方面發展。
液壓技術在將機械能轉換為壓力能， 或壓力能轉換成機械能存在著一定能量損耗， 主要反映在系統的容積損失和機械損失上。 為了節省能耗，提高效率，必須減少元件和系統的內部壓力損失； 減少或消除系統的節流損失，盡量減少非安全需要的溢流量，避免采用節流系統來調節流量和壓力；采用靜壓技術，新型密封材料，減少摩擦損失；改善液壓系統性能，采用負荷傳感及二次調節系統和采用蓄能器回路。 例如從 A320 飛機液壓系統過熱故障分析流程圖(見圖 2)可知，液壓系統的功率損失形式主要有機械損失和容積損失。 機械損失的增加表示機件間的摩擦增大以及液壓油的流動受到的限制進一步增加。 摩擦增大的主要原因是液壓油受到了污染。 應檢查液壓泵、油箱、回油濾、出口單向活門等附件。 容積損失是指由于高壓液壓油和滲漏而造成的損失，包括外漏和內漏。 對于過熱故障來說，容積損失主要由系統嚴重內漏和系統釋壓活門調定壓力過低導致頻繁釋壓這兩方面造成。 通過過熱故障分析流程圖，判定內漏點大致范圍，并對內漏部件的隔高，徹底排除液壓系統過熱故障。 液壓元件和液壓系統節省能耗提高效率應在設計、制造、使用、維修等全壽命的過程更加關注。
2 環境保護需要做好液壓系統泄漏控制工作
泄漏控制是液壓產品環境保護的重要內容之一。如果液壓元件和液系統達不到泄漏指標， 液壓泄漏會引起系統壓力調不高；執行機構速度不穩定；使系統效率降低、油溫升高；造成油液和其它物資的浪費；污染環境有礙人體健康；可能引起控制失靈、元件損壞；外泄漏可能引起火災等。 如果泄漏得不到控制，將會影響液壓產品的正常應用和液壓技術的發展。 液壓系統的泄漏主要有縫隙泄漏、多孔隙泄漏、黏附泄漏及動力泄漏等幾種形式。 產生外部泄漏的主要部位有：管接頭的螺紋連接處，不承受負載的固定接合面，承受壓力負載的固定接合面，軸向滑動表面密封處，轉軸密封處等。產生泄漏的原因有設計和制造裝配方面的問題， 又有維護、 保養等方面的問題。 針對固定聯接處和動密封處的泄漏控制應具體分析泄漏原因， 依據密封原因采取不同的方法進行泄漏控制。 泄漏控制主要包括兩個方面：既要防止液體泄漏到外部造成環境污染，又要防止外部環境對系統侵害。 環境對系統的侵害也是應該引起注意的問題，應注意解決系統的密封問題，例如隔離式油箱， 設計新型的活塞桿防護裝置等。 無泄漏（leak free） 將是世界各國液壓界今后努力的重要方向之一。 便如發展集成化和復合化的液壓元件和系統，實現無管連接，研制新型密封和無泄漏管接頭、電動機和泵的組合裝置等。
3 環境保護需要做好液壓系統噪聲控制工作
噪聲控制是液壓產品環境保護的重要內容之一。噪聲可分為連續噪聲、脈沖噪聲和有調噪聲。 脈沖噪聲常發生于撞擊過程中，其特點是持續的時間短，激振的強度高。 液壓裝置的噪聲是一個和泵、閥、裝置等整個系統都有關的復雜問題。如圖 3 所示為液壓噪聲的發生過程。 液壓噪聲產生的各種原因有單個元件噪聲，如液壓泵、電動機、壓力閥、電磁換向閥、風扇冷卻器、流量閥、電液伺服閥和油箱等產生的噪聲；有系統噪聲，由于壓力脈動、液壓撞擊、旋轉部件、往復零件等引起的振動向各處傳播，引起系統諧振，產生噪聲。液壓元件及系統產生三種類型的噪聲能量， 通常分別稱為空氣傳播噪聲、結構傳播噪聲和液體傳播噪聲。 降低液壓噪聲的措施有四個方面。①從元件本身著手、選用低噪聲元件，具體措施如選用設計低噪聲泵、溢流閥、單向閥、浸油型電磁閥等，著眼點是降低單個元件的噪聲。②從系統著手，降低液體傳播噪聲，具體措施如排除系統空氣，改變管道長度，調整元件安裝位置，采用濾波器，阻抗合理匹配等，著眼點是降低氣穴噪聲、沖擊壓噪聲、壓力脈動噪聲等。 ③防振，降低結構傳播噪聲，具體措施采用隔振體、防振墊，采用集成塊，無導管化，油箱設加強筋，合理選擇頻率比等，著眼點是減小本體振動和避免諧振。 ④隔聲、吸聲，降低空氣傳播噪聲，具體措施把液壓泵罩起來，泵浸在油中，合理選用材料等，著眼點是阻止噪聲在空氣中傳播，吸收噪聲和減小噪聲。
液壓噪聲控制不僅與單個液壓元件的設計制造有關，而且與液壓系統的設計和安裝布局等有關。 在設計時，人們把重點放在液壓泵和系統參數的匹配上，原因在于如果設計和安裝布局不好， 液壓泵和系統參數不匹配是液壓系統噪聲的主要根源， 而控制液壓泵噪聲的基本原理和方法，亦適用于液壓執行元件。 噪聲產生于振動，噪聲源的控制主要是控制振動。 液壓噪聲控制不僅與液壓元件和系統的設計和安裝布局有關， 而且與主機的振動與噪聲控制密切有關。 噪聲控制技術的新進展體現在噪聲控制工程設計的軟件化、智能化，重點開展交通運輸噪聲控制的研究， 有源噪聲控制和聲學材料等方面。 當前對聲環境影響最廣泛的噪聲源是交通運輸工具。 因此汽車、鐵路、飛機降噪技術是當前噪聲源控制研究的重點對象。 飛機噪聲控制研究進步是巨大的，目前二代渦輪風扇發動機的噪聲比 20 世紀60 年代初的渦輪噴氣發動機降低了約 20dB。 隨著計算方法和計算工具的飛快發展， 飛機設計者運用 CFD、CAA、FEM、SEA 等技術在設計階段就可以充分評估結構動力學特性、飛機艙內外的噪聲水平。 有源噪聲控制技 術 在 飛 機 上 的 應 用 取 得 了 突 破 。 英 國 UltraElectronics 公司的有源噪聲控制系統在 SAAB2000 和Q400 Dash8 飛機上安裝了 800 多套。 波音公司提出了“流動墻紙”半主動控制的概念，即利用微工藝在很薄的板上設計流體自適應放大器，不需要控制器、控制電路和復雜算法。 美英兩國科學家更是提出了“無噪聲飛機”模型的新概念。 這種飛機將采用發動機頂置、機身與機翼一體化、 低噪聲超大功率發動機及特殊機翼等四大技術，可以降低起飛降落的噪聲，使其達到普通洗衣機的噪聲水平， 從而令機場周圍的居民根本感覺不到。
4 環境保護需要做好液壓系統污染控制和健康管理工作
液壓系統污染是指液壓系統中存在的對系統的工作、壽命和可靠性有害的物質和能量。 液壓系統污染物包括空氣、不相容液體、微生物、化學物質、熱能、電荷、磁場、輻射及各種固體顆粒等，其中比較常見的是固體顆粒、水分和空氣。 根據國內外資料表明，液壓系統的故障大約有 70%是由于油液污染引起的。 飛機液壓系統污染控制的基本目的是， 通過污染控制措施使系統油液的污染度保持在規定的污染度控制水平以內，以保證液壓系統的性能、工作可靠性和附件的使用壽命。飛機液壓污染控制貫穿于設計、 制造和維修使用的各個環節。 航空油液監控技術將朝著智能化儀器研制，新的數據處理方法，實現機載監控，網絡化遠程診斷等方面發展。 液壓系統故障診斷方法中， 較為有效的方法是：以分析診斷對象的邏輯關系、系統參數以及系統的熱力學過程為基礎的診斷方法。 例如對某一被檢元件組成液壓系統進行基本檢驗， 以分析判斷該被檢元件故障時，均以熱、噪聲、泄漏等為線索，這對診斷液壓系統故障極為有效。飛機故障預測與健康管理(Prognostics and Health Management， 簡稱 PHM)， 包括故障預測和健康管理兩個主要部分。 故障預測，是預計性診斷部件或系統完成其功能的狀態， 并確定部件的剩余壽命或正常工作的時間。健康管理，是根據診斷/預測信息、 可用資源和使用需求對維修活動做出適當決策的能力。 飛機 PHM 系統主要由機載維護監測系統和地面維護管理系統組成。 機載維護監測系統是用來監控和管理飛機的各個部件和系統， 維護系統能夠預先判斷或監控系統或部件的工作情況， 當系統或部件即將發生或已經出現故障的情況下，進行有效的管理，防止故障蔓延而影響飛行安全， 提供當前有效資源的狀態信息，為系統配置和指揮決策提供依據，從而保證任務的順利完成。 地面維護管理系統是進行飛行中記錄數據處理，判斷它們的健康狀況，對系統或部件的性能進行預先評估， 以決定是否對出現故障或即將發生故障的系統和部件進行替換和維護。
5 綠色維修為環境保護做貢獻
根據聯合國政府間氣候專業委員會（IPCC）的權威發布，二氧化碳排放是引起全球變暖的主要原因。 對環境的關注，綠色航空和綠色維修應運而生。 人們對環境保護意識的增強， 表現在為減少 “碳足跡”（Carbonfootprint） 采取的相關綠色行動上 。 碳平衡 （Carbonnetural，也稱碳中和、碳中性）指企業或個人通過節能、植樹及資助可持續能源項目等活動， 來抵消自身所產生的溫室氣體排放。Team SAI 咨詢公司稱，維修企業主要的污染排放問題是能源消耗。 一個 3700m2的機庫，每月要消耗大約 100 萬 kW?h 電。 這相當于每月產生1000t 的二氧化碳。 2009 年 2 月啟用的佛羅里州杰克遜維爾海軍航空兵基地的 P302V 機庫和停機坪工程占地26 000m2，是美國最大機庫之一，在設計中廣泛采用回收再利用材料和各種措施降低能耗。 航空維修業的環境指標，有些維修業引入了 ISO14001 標準或其它標準和精益維修，并對所做的改進工作進行評估。 例如波音737 移動生產線上采取精益生產，減少 52%的生產能耗和23%的危險品廢料。空中客車公司也通過了ISO14001 認證。
綠色維修是基于社會可持續發展理念和科學發展觀的高效、優質、低耗、環保的產品（設備裝備乃至更廣泛的有形資產）維修。 液壓系統綠色維修需節能技術，防治污染，故障診斷和再制造工程。 再制造工程主要包括：一是修復，通過測試、拆修、換件、局部加工等，恢復產品規定的狀態和能力；二是改進或改裝，通過局部修改產品的設計， 特別是引進新技術等使產品的性能得到提高，適應新的使用要求；三是回收利用，通過對廢舊產品進行測試、分類、拆卸、加工等使產品或其零件、原材料得到再利用。
6 海軍飛機液壓系統需要“三防”
海國航空裝裝主要在沿海地區/艦艇甲板上停放，在沿海地區/海域上空執行任務， 時刻處于海洋大氣環境之中。 海軍航空裝備直接受到海洋大氣和海水濺區的境影響， 在艦艇甲板上停放時還受到燃燒廢氣環境的影響。 為保證海軍飛機液壓系統性能、壽命、可靠性和耐久性，在設計、制造、使用、維修過程中防鹽霧，防霉變、防潮濕，統稱為“三防”。 飛機液壓系統應當設計成安全、可靠、性能好、重量輕、使用簡單以及便于維修。 同時應進行液壓系統的污染控制、溫度控制和環境控制。 液壓系統及其附件應根據實際需要進行相應環境條件下的試驗考核， 以驗證其性能在真實的環境條件下能長期、穩定、正常地發揮作用。 飛機液壓系統試驗可按 GJB150-86 軍用設備環境試驗方法進行。 由于海軍飛機使用壽命中 90%以上時間處于停放狀態，在制定熱環境技術要求時， 應以地面/海面濕熱環境為基準，同時涵蓋空中濕熱環境要求。 濕熱環境使非金屬材料體積膨脹，組織疏松、強度降低，甚至起泡、破裂和老化，同時引起金屬材料的氧化、腐蝕。 濕熱考核試驗方法參照 GJB150.9 執行。 海上的濕熱大氣條件是各種霉菌滋生的良好環境。 霉菌能腐蝕和降解一些材料，從而導致零件的直接破壞， 而其代謝產物也對金屬有腐蝕作用。 霉菌的生長能越過絕緣材料形成電氣通路，造成電氣或電子系統短路，而且霉菌本身含有大量水分，易導致金屬、非金屬材料及電子器件受潮損壞。 霉菌考核試驗方法參照 GJB150.10 執行。 在海洋大氣區，鹽霧長期作用于附件的金屬材料表面， 在金屬表面形成由解液膜，引起電化學腐蝕和酸堿溶液腐蝕，并加速零件的應力腐蝕。 電解液膜中氯離子 CL-表面活性強，能破壞各類合金的鈍化膜保護膜層，產生孔蝕，導致晶間腐、 剝蝕和應力腐蝕。鹽霧考核試驗方法參照GJB150.11 執行。
7 搞好液壓系統環境保護工作的幾點建議
（1）加強環境保護法規制定和宣傳。 國家和政府部門根據經濟發展、保護人民健康與財產安全、保護和改善環境的需要，制定一系列法律、法令、條例、規定等法規。 廣泛宣傳，更新觀念，形成共識，立法執法。 液壓系統環境保護按專業制定相應的法規。
（2）深入開展環境基礎學科的研究和應用。 例如環境物理學是研究物理環境同人類的相互作用的科學。涉及環境聲學、環境光學、環境熱學、環境電磁學、環境空氣動力學、環境輻射學等分支學科。 環境物理學是復雜的、多變的。 人體以及生物系統對機械的、聲的、熱的、輻射的環境污染產生的物理效應和生理效應，仍是環境物理學有深入研究的內容。
（3）大力開展環境技術工程學科的研究和應用。 便如環境工程學涉及水污染防治工程、 大氣污染防治工程、固體廢物的處理與利用、環境系統工程等方面。 環境醫學需要從人體與環境辯證的統一的觀點出發，研究大氣、水、土壤、城鄉規劃建設和生活居住條件等自然和社會環境因素對人體健康的影響，并研究、制定這些因素的衛生要求和標準。
（4）大力開展環境社會學科的研究和應用。 例如研究科學的環境預測方法和系統的資料數據； 研究確定衡量可持續發展的經濟和環境指標； 研究資源有效利用和生態環境的綜合規劃方法； 研究環境有效管理的體制。 加強對液壓系統環境保護管理的研究。
（5）加強液壓系統環境保護的學術和技術交流，訓練專業管理有素的人才。 加強液壓系統環境保護在國內外的交流和合作。 有利于我國液壓系統環境保護自主創新具有中國特色。
環境保護已成為涉及經濟、政治、社會、技術等諸多方面和國際化了的復雜問題。 雖然人類社會已普遍接受可持續發展的理念，并努力進行這方面的實踐，但環境保護仍存在許多矛盾和困難。 液壓系統環境保護工作的開展不僅是一種專業活動， 而且是全社會活動的全過程中的一小部分，任重而道遠，需要我們不斷地努力、探索和實踐。
摘自：中國計量測控網
