液态金属在液压传动中的优势分析

液压传动属于流体传动的一种［9］，广泛应用于工业生产、冶金轧钢、重型施工机械、车辆动力、起重机、挖掘搬运机构、航空航天、机械自动化、日常生活、机器人、人工肌肉乃至微流控系统等机电液一体化应用领域，其水平的高低已成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志。液压传动装置中最为核心的机构在于液压传动单元。液压传动的基本原理在于利用液压泵将原动机的机械能转化为液体的压力能，在此过程中，借助于各种控制阀和管路的传递，电气控制机构适时调整和改变横截面积不同的液压管道系统内的液体流量分布和动力，来达到对各个分系统内对应单元的流量、压力及功率进行调整，进而操控工作机构的目的。

在液压传动系统各单元中，最为重要的工作介质之一是充当力传输介质的液体工质，其作用在于传递动力、润滑内部机构、降低摩擦、防锈及散热等［7］。迄今为止，国内外应用于液压传动系统中的液体介质大多未超越传统的水、油等介质的范畴。然而，由于这类液体的自身属性，如密度低、导热差、易蒸发变质等，相应液体介质的工作性能均远未达到理想。一些情况下，常规流体如油液易出现污染；水则因蒸发泄露会导致液压传动失效，而且水还存在黏度低、汽化压力高等问题，在高温下不适合工作。

通常，液压传动的能力与液体介质的密度高低密切相关，密度越大，传力系统承载的动力比越高。而且，一个优异的液压传动系统往往要求液体同时具备优良的润滑、导热等特性。基于上述考虑，笔者实验室从有别于传统液压技术的思路出发，提出一种液压传动系统［10］，将常温附近处于液态的金属流体引入到液压传动单元内作为传输动力的工作介质，以实现性能卓越的液压传动，在此基础上可进一步制成各种复杂的动力机构。此类技术曾在2016年于云南曲靖举行的第二届液态金属产业高峰论坛上由科威公司研制展出。

以液态金属作为传动介质的液压传动装置，其部分优势可归纳如下［10］：

（1）力学性能优异：可通过控制液态金属流动来获得大比例动力传输，液态金属的密度远高于常规流体如水、油等，因而能承载的压力比更高；

（2）承载温度高：传统的水介质在100℃即会沸腾，从而导致系统性能难以持续，而液态金属由于沸点可高达2 300℃以上，因而可在极高温度下实现液压传动；(www.xing528.com)

（3）机械润滑能力强：液态金属的低黏度特性十分有利于传动系统内活塞与管道之间的润滑；

（4）稳定可靠，寿命长：液态金属由于热导率高出常规流体数个量级，因而可高效地将液压传动系统内由于持续运动产生的热量迅速排散出去，这对于确保整个系统的安全可靠运行极为有利；

（5）节能安静：液态金属由于是优良的导电液体，因而可通过电磁方式驱动，这在节能、降低噪声和振动、提高系统可靠性和快速响应方面极有优势，此时动力活塞甚至可以省去，只需通过电磁泵即可驱动液态金属在相应管道内的运动，继而将能量传输到出力活塞输出所需的压力和功率；

（6）环保，维护方便：液态金属由于是封闭运行，因而对环境不会造成影响，且其性质稳定，易于维护，是一种十分环保、使用方便的流体传动介质。