轴向柱塞泵滑靴副服役损伤与防护的研究进展_王强.pdf
《轴向柱塞泵滑靴副服役损伤与防护的研究进展_王强.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《轴向柱塞泵滑靴副服役损伤与防护的研究进展_王强.pdf(14页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 表面技术 第 52 卷 第 6 期 126 SURFACE TECHNOLOGY 2023 年 6 月 收稿日期:20220411;修订日期:20220605 Received:2022-04-11;Revised:2022-06-05 基金项目:国家自然科学基金(51501125,51975396);山西省应用基础研究计划(201901D111063);山西省回国留学人员科研资助项目(2020035)Fund:the National Natural Science Foundation of China(51501125,51975396);Natural Science Foundat
2、ion of Shanxi Province(201901D111063);Research Project Supported by Shanxi Scholarship Council of China(2020-035)作者简介:王强(1996),男,硕士生,主要研究方向为金属材料表面改性。Biography:WANG Qiang(1997-),Male,Postgraduate,Research focus:surface modification of the metallic materials.通讯作者:林乃明(1981),男,博士,副教授,主要研究方向为金属材料表面改性。Cor
3、responding author:LIN Nai-ming(1981-),Male,Doctor,Associate professor,Research focus:surface modification of the metallic materials.通讯作者:吴玉程(1962),男,博士,教授,主要研究方向为金属材料。Corresponding author:WU Yu-cheng(1962-),Male,Doctor,Professor,Research focus:metallic materials.引文格式:王强,王焕焕,袁烁,等.轴向柱塞泵滑靴副服役损伤与防护的研究进展
4、J.表面技术,2023,52(6):126-139.WANG Qiang,WANG Huan-huan,YUAN Shuo,et al.Research Progress on Service Damage and Protection of Slipper-swashplate Pairs of Axial Piston PumpJ.Surface Technology,2023,52(6):126-139.轴向柱塞泵滑靴副服役损伤与防护的研究进展 王强1,王焕焕1,袁烁1,王杰1,林乃明1,刘志奇2,曾群锋3,吴玉程4(1.太原理工大学 材料科学与工程学院,太原 030024;2.太原科技
5、大学 机械工程学院,太原 030024;3.西安交通大学 机械工程学院,西安 710049;4.合肥工业大学 有色金属与加工技术国家地方联合工程研究中心,合肥 230009)摘要:轴向柱塞泵是液压传动系统的核心动力元件,广泛应用于诸多工程领域。滑靴副是轴向柱塞泵中 3对关键摩擦副(滑靴副、配流副和柱塞副)之一,显著影响柱塞泵的服役安全。滑靴副的磨损是引起柱塞泵失效的主要原因,开展滑靴副的服役损伤与防护措施研究对柱塞泵向高速、高压化技术发展有着重要意义。概述了轴向柱塞泵的基本工作原理;介绍了滑靴副间隙润滑油膜的形成和 3 大作用(润滑、密封和承载),以及油膜特性测量方法和影响因素;阐述了滑靴副的
6、磨损机理、磨损影响因素及磨损状态评估方法;基于滑靴副的油膜特性及磨损机理,着重讨论了滑靴副延寿设计方法和失效防护措施,如优化滑靴副材料匹配、结构的延寿设计方法,以及利用表面织构化、固体润滑涂层改善滑靴副表面摩擦学性能的表面改性方法。表面织构化的原理是利用微纳米加工手段在滑靴副材料表面加工出具有一定形状、尺寸且排列规则的几何阵列来收集磨屑、储存润滑介质或通过产生流体动压效应来增强润滑进而减小磨损,固体润滑涂层则是通过改变基体表面的组织结构来提高滑靴副表面的承载力和增强滑靴副的自润滑性能。最后对轴向柱塞泵滑靴副未来的研究方向提出了展望。关键词:轴向柱塞泵;滑靴副;油膜;磨损;表面织构;固体润滑涂层
7、 中图分类号:TG174 文献标识码:A 文章编号:1001-3660(2023)06-0126-14 DOI:10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.06.012 Research Progress on Service Damage and Protection of Slipper-swashplate Pairs of Axial Piston Pump WANG Qiang1,WANG Huan-huan1,YUAN Shuo1,WANG Jie1,LIN Nai-ming1,LIU Zhi-qi2,ZENG Qun-feng3,WU Yu-cheng4(1.
8、College of Material Science and Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China;第 52 卷 第 6 期 王强,等:轴向柱塞泵滑靴副服役损伤与防护的研究进展 127 2.School of Mechanical Engineering,Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan 030024,China;3.School of Mechanical Engineering,Xian Jiaotong Universit
9、y,Xian 710049,China;4.National-Local Joint Engineering Research Centre of Nonferrous Metals and Processing Technology,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China)ABSTRACT:As a pivotal power unit in the hydraulic transmission system,the axial piston pump plays an important role in numerous engi
10、neering fields.Slipper-swashplate pairs are one of the three key friction pairs(slipper-swashplate pairs,cylinder-valve plate pairs,and piston-cylinder pairs)in axial piston pump,which significantly affects the service safety of piston pump.The wear of slipper-swashplate pairs is the main reason for
11、 the failure of piston pump.It is of great significance to study the service damage and protection measures of slipper-swashplate pairs for the development of piston pump to high speed and high pressure technology.In this review,the basic working principle of axial piston pump was firstly presented
12、in brief.Secondly,the formation and three functions(lubrication,sealing and bearing)of the lubricating oil film in the clearance of slipper-swashplate pairs as well as the measurement method and affecting factors of oil film characteristics were systematically elaborated.Then,the wear mechanism,wear
13、 affecting factors and wear state evaluation method of slipper-swashplate pairs were expounded.Based on the oil film characteristics and wear mechanism of slipper-swashplate pairs,the design method for life extension and failure protection measures of the slipper-swashplate pairs were emphatically e
14、xplored,such as the design method of optimizing the material matching and prolonging the life of the slipper-swashplate pairs,and the surface modification method of improving the tribological properties of the slipper-swashplate pairs surface by surface texturing and solid lubrication coating.Surfac
15、e texturing was to process a geometric array with a certain shape,size and regular arrangement on the surface of the slipper-swashplate pairs material by micro-nano machining means to collect wear debris,store lubricating medium or produce hydrodynamic effect to enhance lubrication and reduce wear,w
16、hile solid lubrication coating improved the bearing capacity of the slipper-swashplate pairs surface and enhanced the self-lubricating performance of the slipper-swashplate pairs by changing the organizational structure of the substrate surface.Finally,the future research direction of slipper-swashp
17、late pairs in axial piston pump was prospected.KEY WORDS:axial piston pump;slipper-swashplate pairs;oil film;wear;surface texture;solid lubrication coating 动力传送方式有液压传动、电力传动、气动传动、机械传动等,液压传动依靠密封容器内受静压力的液体传送动力,也是进行能量控制和传递的一种重要传动方式1-3。液压传动的动力源是液压泵,其性能与可靠性在很大程度上决定了液压传动系统的能量转换效率4-5。轴向柱塞泵是液压泵的一种,其工作原理如下:当输
18、入轴转动时,泵缸体与柱塞做周向转动,柱塞一端连接滑靴始终与斜盘接触,柱塞沿轴向做往复运动,当缸体有效容积逐渐增大时,从配流盘低压进液口吸入液压介质,完成吸液过程的标准是吸液容积最大;当缸体有效容积逐渐减小时,通过配流盘高压出液口排出液压介质,当达到设计排液容积最大时排液完成;吸液和排液的交替过程实现了机械能和压力能之间的相互转换6。轴向柱塞泵因具有体积小、惯性小、传动平稳、易于实现过载保护等优点,广泛应用于农机建筑和重型机械中,其主要结构由斜盘、滑靴、柱塞、缸体、配流盘、主轴等组成,图 1 为轴向柱塞泵结构示意图7-11。轴向柱塞泵在运转过程中通过柱塞的往复运动引起柱塞腔容积变化从而实现高低压
19、转换,保持高水平的容积效率对摩擦副的密封性和润滑性有极高的要求,然而轴向柱塞泵中摩擦副的密封与润滑通常又是自相矛盾的,这就需要对其摩擦磨损性能进行研 图 1 轴向柱塞泵结构示意图11 Fig.1 Schematic diagram for structure of axial piston pump11 究。泵的性能与寿命取决于关键摩擦副的耐磨性,磨损会增加液压介质泄漏量,缩短泵的使用寿命,降低工作效率,甚至造成重大人员伤亡12。研究表明,磨损约占设备故障与失效的 80%9。柱塞泵中主要有 3对关键摩擦副:斜盘与滑靴组成的滑靴副13;柱塞与缸体组成的柱塞副14;缸体与配流盘组成的配流副15。滑
20、靴副是柱塞泵中主要的传力部件,其工况恶劣、苛刻,长期工作在高速、高压、重载的状态下,运动和受力复杂。润滑油膜破坏失效导致滑靴副磨损是造成柱塞泵故障的主要原因之一16。当前,滑靴副的磨损128 表 面 技 术 2023 年 6 月 是限制柱塞泵向高压高速化、低噪声、长寿命和大容量发展的核心因素。因此,研究滑靴副油膜分布、厚度和润滑等特性,分析损伤机理及诱因,并基于滑靴副的磨损失效机理对其进行防护、优化及延寿设计,是研制高性能泵的重要技术手段17-19。轴向柱塞泵服役损伤与防护方法如表 1 所示。表 1 轴向柱塞泵滑靴副服役损伤与防护方法 Tab.1 Service damage and prot
21、ection method of slipper-swashplate pairs of axial piston pump Damage Protection measures The main form of damage failure:wear The conditions of occurrence:dry friction,boundary lubrication and mixed lubrication Influencing factors:temperature,rotation speed,outlet pressure,load,hydraulic medium,etc
22、 Evaluation methods:wear debris information,returning oil flow,surface vibration signals,etc Optimizing material pairing of slipper-swashplate pairs Improving the struc-tural design of slipper-swashplate pairs Using of surface tex-ture technology and so-lid lubricating coating technology 本文主要针对制约滑靴副
23、性能提升的润滑、密封与延寿设计等问题进行研究。介绍了柱塞泵的基本工作原理、滑靴副的油膜润滑特性、磨损分析及预测方法。着重总结了针对滑靴副的延寿设计方法与表面改性技术,并结合国内外相关技术的研究进展,展望了提升滑靴副性能的技术的发展趋势。旨在为轴向柱塞泵高速高压化发展提供设计优化和理论指导。1 滑靴副油膜特性 当以液压油为液压介质的柱塞泵工作时,斜盘和滑靴之间会形成一层间隙油膜,可根据该油膜厚度与两运动表面粗糙度的不同将间隙油膜润滑分为厚膜润滑与薄膜润滑。厚膜润滑即润滑油膜的厚度大于两运动表面粗糙度之和,流体产生承载力承受全部的载荷,将运动表面完全隔离开,也称为完全润滑状态。薄膜润滑即润滑油膜厚
24、度小于两运动表面粗糙度之和,膜厚介于完全润滑和干摩擦之间,油膜承载能力不足以完全隔离开两运动表面,通常也称为混合润滑状态或边界润滑状态。润滑油膜不能太厚也不能太薄,太厚的润滑油膜会破坏柱塞泵的密封性,增加泄漏量,降低容积效率;当润滑油膜太薄时,滑靴副容易发生过度磨损甚至出现“烧靴”现象,使泵的使用寿命缩短20-21。工作时,在不产生泄漏的情况下,厚膜润滑是一种理想的滑靴副润滑状态。适宜厚度的间隙油膜具有 3 大主要作用:(1)润滑,根据流体静压和动压原理,在滑靴副配对偶件相对运动和密封带内外压差的共同作用下,一定黏度的油液进入滑靴副间隙形成润滑油膜,将配对偶件隔离开;(2)密封,利用间隙油膜的
25、降压节流作用阻止柱塞腔内的油液向壳体泄漏,合理设计密封带可以大大降低摩擦副的泄漏量;(3)承载,间隙油膜由动压效应、挤压效应和静压效应产生的支承力平衡外负载力22。为了设计出更加合理的滑靴副,得到适宜厚度的间隙油膜,让其兼具优良的承载能力与润滑性能,同时还能有效阻止泄漏的发生,需要研究开发准确的油膜特性分析测试方法、平台及模型,利用动静压相结合的方法准确表述滑靴副间隙油膜运转周期内的瞬时特征及周期性特征;除此之外,还需验证哪些结构有助于油膜性能的提升,也需要开发先进、精准的性能预测方法。间隙油膜的厚度场、温度场及压力场的分布与油膜形貌、流量及形变等是研究者重点关注的滑靴副油膜参数,对滑靴副的性
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 轴向 柱塞 泵滑靴副 服役 损伤 防护 研究进展
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。