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【新闻】高污染耐受度液压泵的设计铂热电阻

发布时间:2020-11-02 21:47:43 来源:良胜五金网

由于各种因素的影响,液压系统的工作介质不可

避免地受到各种污染,它们主要是固体颗粒、空气、

水、微生物、化学制品、辐射、静电、热能、磁性等,

其中固体颗粒是最主要的污染源,这些污染物的存在

严重影响着液压系统和元件的性能、使用寿命及工作

可靠性。因此,控制或降低液压系统油液的污染度是

设计制造、使用维护液压系统的各环节中不可忽视的

内容,而提高液压元件的污染耐受能力也是确保液压

系统可靠工作的重要方面,液压泵性能的优劣直接决

定着整个液压系统能否正常工作,国内外众多学者的

理论分析与试验研究及作者在设计、使用液压泵及对

液压泵故障与故障机理的分析结果表明,当系统污染

度控制在正常范围值时,液压泵的失效主要为液压栗

各摩擦副材料及表面工艺选择不理想而引起摩擦副过

早的污染磨损、从而导致其容积效率急剧下降直至丧

失工作性能,并且随着液压栗向高压、高速、高精度

方向的发展,油液污染对液压泵工作可靠性及寿命的

影响愈显突出。因此,如何提高液压栗的污染耐受能

力进而延长其工作寿命、确保液压系统的工作可靠性

是液压栗设计应该高度重视的问题。本文分析了液压

柱塞泵在其所在液压系统油液污染特性一定时影响其

污染耐受能力的诸多因素,指出了在结构形式确定的

情况下设计高污染耐受度液压柱塞栗所要求的摩擦副

材料与主要表面工艺。

1液压泵污染耐受度及影响因素分析

液压泵的基本性能参数包括压力、排量、流量、

效率、功率、扭矩、转速和吸人能力等,而污染耐受

度也是液压泵的一个重要指标,液压泵的污染耐受度

是指导泵的性能和寿命受油液中污染物影响的程度,

也就是液压泵对污染的敏感性,即在一定的条件下,

液压泵能够容耐的最大油液污染度,一般认为,液压泵的污染敏感度和污染耐受度具有相反的含义。E.C.Fitch教授领导的美国俄克拉荷马州立大学流体动

力研究中心及文献、等对液压泵的污染敏感性进行了研究,提出了液压泵污染磨损理论及评定液

压栗污染耐受度的方法。泵的污染寿命即液压泵污染

磨损失效前工作时间是反映液压栗污染耐受度的重要

指标之一,液压栗的污染耐受度高其污染磨损寿命无

疑会长,而液压泵的容积效率又是栗的污染寿命期内

的重要功能指标,实际使用中,液压泵的容积效率值

往往比较大,可以说,液压系统中所有组合件的工作

性能在很大程度上取决于栗的容积效率,一般认为,

液压泵的容积效率下降到70~75%时系统已不能正常工作,即认为液压泵已因泄漏而失效,液压泵容积效

率的下降又主要因各摩擦副的磨损,而各摩擦副的磨

损又主要取决于油液污染及摩擦副本身的耐磨能力。

液压泵污染磨损失效前的工作时间即为泵的污染寿命

可表示为

式中:

?泵在时间r时的流量,即泵的最低允许流量;

?泵的额定流量;?

?尺寸区间为i的现场污染物浓度,一般地说液压泵在现场使用条件下,污染物

不断地从外界侵人,同时又不断地被滤油器滤除,因此现场条件下可以认为

是定值;

一液压泵对尺寸区间i的污染颗粒的污染

磨损系数,由试验确定。

液压泵的污染寿命又可表示为:

式中:T?

一泵的污染寿命;

??泵的相对容积效率,7vr=l-tt3

一泵各摩擦副的平均间隙;

一的下降速度;

一与泵结构、使用参数有关的常数。

栗中摩擦副的变化是由其自身的磨损引起,其磨

损量和磨损速度取决于摩擦副表面的材料及其热处理

情况、运动副的初始间隙、污染颗粒特性、大小分布、

浓度及形状、运动摩擦副中压力场、速度场等,因此,

平均间隙/1的大小是这些自变量的函数,即h=f{a,8,H,Ap,式中:a??污染颗粒的尺寸;d??污染颗粒的浓度;

H??污染颗粒的硬度;

Ap??栗的进、出口压差;

9??泵的设计参数;

T??泵的污染寿命。

式中:C?

可见,影响液压泵污染寿命的因素是很多的,液

压栗本身可视为一个小型摩擦学系统,其污染磨损的

实质是润滑状态下的滑动表面在污染颗粒的挤压和切

削作用下产生塑性变形或疲劳、脆裂或剥落的结果。

即液压泵污染磨损机理主要有疲劳磨损机理、粘着磨

损机理、和腐蚀磨损机理。

配合面间隙是变化的,最小间隙是

颗粒是刚性球体,在//?条件下,颗粒对配

合面不产生磨损的最大直径为2;

配合面表面材料的屈服强度分别是ffsl、

泊桑比分别是"2,弹性模量分别是£1、&;

配合面1和2的最大变形量分别是疋、W?2。

文献导出了液压栗任一配合表面不发生塑性

变形的条件式:

可见,对一定结构的液压栗来说,为延长液压泵

的污染磨损寿命、提高液压泵的污染耐受力须加以控

制和改善的是污染颗粒大小、数量及液压泵运动副表

面的材料及表面工艺特性。而对任何一液压系统,其

污染控制程度总能稳定在一定的正常范围内,因此若

液压泵结构一定,设计液压泵时能够也必须加以控制

的是液压泵运动副表面的材料及表面工艺特性。

ZIwieHHKO(1950年)等人通过系统地。此时抗磨损能力最强。当表面粗糙度小于时,即表面过于光滑、

此时由于表面的分子作用,引起磨损加剧;而当表面

粗糙度大于拓《;时,即表面过于粗糙,表面的机械作

用使磨损加剧。在一定工况下,不论原来粗糙度是多

少,经磨合都要达到最优粗糙度,此后表面粗糙度就

稳定在最佳值而持续工作。一般地说,液压摩擦副的

表面粗糙度为8~0.05。摩擦副表面波纹度对零件性能的影响与表面粗糙度相类似。

在加工冷作硬化过程中,表面的塑性变形促进氧在

金属中的扩散,形成连接牢固的氧化膜,同时使表层逆

性降低而硬度提高,因而提高了摩擦副材料抗氧化磨损

与抗胶合能力,减少了粘着磨损;同时因接触疲劳裂纹

在表面硬化层中的萌生和扩展须在较高的应力和应力

循环下发生,故也提高了零件表面疲劳磨损寿命。

摩擦副零件在切削过程中,由于在切削变形、刀

具与表面的摩擦、切削热引起的相变和体积变化等原

因形成表面初应力,其中表面压缩初应力能提高材料

的抗接触疲劳强度,因为它可以降低表面最大剪应力

和等效应力,而表面拉伸应力将降低疲劳磨损寿命。

以上分析目的对表面的加工品要引起足够的重视。

2高污染耐受度液压泵设计要点

所在液压系统的过滤精度

液压系统中污染物主要是残留在系统中的铸砂、

焊渣、铁屑、涂料、漆皮,经过加油口、防尘圈等处

进人的灰尘颗粒及系统在工作中产生的各种碎片、金

属粉末、沥清质、胶质、炭渣等杂质。

根据液压栗所在液压系统的组成结构、工况参数

确定其滤油系统,即确定过滤器的数量、安装位置、

工作压力、通流能力,然后按有关准则C如英国液压设备制造者协会AHEM的根据液压系统工况参数来确

定滤油器过滤精度的要求准则)确定过滤器的绝对过

滤精度,使之满足整个系统尤其是液压泵对过滤精度

的要求。

这样,在合理设计和严格控制液压系统污染度的

情况下,我们只要合理设计选择液压泵的摩擦副材料

及表面工艺,使之满足不发生塑性变形条件式(1),

便可有效控制液压栗的污染磨损、延长栗的污染寿命。

摩擦副材料选择的依据主要是摩擦表面的压力、滑

动速度和工作温度,对以面接触的摩擦副由于其表面压

力较低,通常采用软硬配合的材料配对,对以点、线接触

的运动副由于载荷集中作用通常使用硬材料配对。

对摩擦副材料的主要技术通常为:

机械性能。由于摩擦表面的载荷及运动中的冲

击,材料应具有足够的强度。金属材料的硬度越高,

其耐磨性能好。良好的塑性使摩擦表面能迅速磨合,

但塑性低的耐磨材料在受到冲击载荷时容易脆裂。

减摩耐磨性能。良好的耐磨材料应具有较低摩

擦系数,不但本身耐磨,而且也应不使配对材料磨损

过大,所以减摩耐磨性能实质上是相配对材料的组合

性能。

热力学性能。为了保持良好的润滑条件,特别

是在边界条件润滑状态下,摩擦副材料应具有良好的

热传导性能,以降低摩擦表面的工作温度。同时材料

的热膨胀系数不宜过大,否则将引起间隙变化而导致

润滑性能改变甚至于因间隙过小而“咬死”。

润滑性能。摩擦材料与所使用的润滑油应具有

良好的油性,即能形成连接牢固的吸附膜。此外摩擦

副材料与润滑油的润滑性要好,这样润滑能覆盖摩擦

表面。

液压泵实质上本身就是一个小型摩擦学系统,在

泵的设计过程中都应根据国内外液压栗摩擦副材料的

配对方案,选择多种材料及其组合配对方案进行试验研究,最后确定最佳配对方案。当然这些配对材料应

满足摩擦副表面不发生塑性变形的条件。

摩擦副零件表面工艺

摩擦副零件表面工艺包括表面热处理、化学热处

理及表面保护处理等,其中表面热处理与化学热处理

能确保零件表面硬而耐磨,心部韧而耐冲击,而表面

保护处理能提高零件表面的耐腐蚀性、耐磨性、装饰

美观性、导电性等,尤其有的镀层还具有明显的减摩

作用,所以表面工艺对液压栗摩擦副抗污染磨损性能

有很大的影响。

当今,摩擦副表面工艺工程研究已成为目前摩擦

学研究的重点内容之一,国内外许多科研、生产部门,

广泛开展了液压泵摩擦副多种表面工艺在液压栗设计

中得到了推广和应用,如离子喷焊、堆焊、电镀厚青

铜、软氮化、硫一氮共渗、氮化和硫化、双金属浇铸、

离子注人、蒸镀Ti等。

3设计实例与结语

某液压泵摩擦副设计一览表

擦副柱塞副滑靴副配流副名称缸体柱塞滑靴斜盘配流盘缸体材料磷铬镍钼铜

求柱塞孔&0.4圆柱表面/a0.1

冰冷处理-70?-80保持1小时

磁力探伤Ra0.4Ra0.2与缸体接触面RaO.l

渗氮0.8~

冰冷处理

磁力探伤与配流盘接触

尹克里?在液压泵设计中不断应用摩擦学研究成果?液压

谭美田?金属切削微观研究?上海科学技术出版社,i988.

彭佑多?液压系统试验台污染控制设计实践,机床与液

陈柏枫?轴向柱塞栗缸体和配流盘材料选用情况简介?煤

何存兴主编?液压元件?机械工业出版社,1982

彭佑多_TDB泵的设计与研究?湘潭工学院学报,19%

作者曾经为某液压系统设计一斜盘式轴向柱塞泵,

该栗主要有三对接触比压和相对运动速度很高的摩擦

副,即柱塞与缸体构成的柱塞副、滑靴与斜盘构成滑

靴副、缸体与配流盘构成的配流副,在摩擦副的设计

过程中,我们根据国内外柱塞泵摩擦副材料的配对方

案,选取8种材料,12种配对方案进行了磨损试验,最后确定其摩擦副材料及相应表面处理工艺如表所示。表中泵各摩擦副所用材料经验算均符合式(3)条

件要求,该泵的0~50_单截AC细试验粉尘污染磨损试验后,对三对摩擦副进行检测,发现其中柱塞副

没有明显的划痕和不均匀性,而其它摩擦副有少许划

痕,但修复后其容积效率仍可提高到87%。实际工况运行结果也表明,该液压泵抗污染能力较强,工作可

靠,污染寿命达到设计寿命要求。

本文所提出的液压栗污染磨损因素及抗污染磨损

设计方法同样适用于其它液压泵的设计与研究。

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