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高污染耐受度液压泵的设计

2015-01-12 浏览量 2777

0　引言　　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泵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，并且随着液压泵向高压、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，如何提高液压泵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泵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泵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、转速和吸入能力等，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［1］、［2］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泵污染耐受度的方法。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泵污染耐受度的重要指标之一，液压泵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泵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泵的容积效率，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
(1)式中：QF——泵在时间T时的流量，即泵的最低允许流量；
QR——泵的额定流量；
nFi——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入，同时又不断地被滤油器滤除，因此现场条件下可以认为nFi是定值；
αi——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：
T=(1-ηVT)/I（2）式中：T——泵的污染寿命；
ηVT——泵的相对容积效率，ηVT=1-kh3
h——泵各摩擦副的平均间隙；
I——ηVT的下降速度；
k——与泵结构、使用参数有关的常数。
泵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h的大小是这些自变量的函数，即
h=f(a,δ,H,Δp,φ,T,…)
式中：a——污染颗粒的尺寸；
δ——污染颗粒的浓度；
H——污染颗粒的硬度；
Δp——泵的进、出口压差；
φ——泵的设计参数；
T——泵的污染寿命。
可见，影响液压泵污染寿命的因素是很多的，液压泵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

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