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【i专栏】W15:滑靴摩擦面划痕产生原因之一的机理探讨 | 马明东

 凝众液压 2023-01-18 发布于新疆
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栏目说明



#维修案例#栏目精选来自一线最具价值的实践经验分享。这些实践中摸爬滚打的经历,都将是我们学习和思考的“养料”!静液压与你一起高效解决实践问题。


维修案例

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01

在柱塞泵中有三大摩擦副,分别是柱塞副、配流副和滑靴副。这三大摩擦副中,最为关键的摩擦副是:滑靴副,即是:高速旋转的滑靴与静止状态的斜盘所组成的一对摩擦副。一台柱塞泵,只有保证滑靴副的静压油膜刚度厚度,才能保证整台泵的使用寿命,滑靴副的初期损伤,即是整台泵损坏起始。

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滑靴副油膜厚度及应力分布仿真 - 图片来自于网络

02

斜盘式柱塞泵在工作时,滑靴摩擦面和斜盘表面之间的缝隙处会形成一层油膜,其作用是在二金属间隙处形成支承力,用于支承工作中的滑靴和斜盘与减少滑靴与斜盘间的接触和摩擦。由于柱塞泵在工作过程中,柱塞在吸油区和排油区的压力变化,导致滑靴在这两区域间压差较大,使滑靴与斜盘之间受力不均产生脱盘压贴二种状态,油膜的厚度因此发生波动出现分布不均现象。另外由于泵壳体内的间隙环流旋转液体冲击滑靴外径,滑靴在吸油区域内出现脱盘倾覆从而产生磨边现象。世界上大多数滑靴材料是铜合金的,国外也有滑靴材料不用铜合金的而是金属粉末的,现实的科技水平可以做到铜滑靴的柱塞泵最高使用压力可达到630bar。

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滑靴副油膜在高低压区的厚度状态 - 图片来自于网络

03

从维修泵中拆下来的滑靴,总能从滑靴摩擦面上看到无数道深浅不一的沟壑,我本人以前认为这些沟壑是油液中的大的颗粒造成的滑靴表面划伤,也不已为意。

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带有明显划痕的滑靴摩擦面

但有一次拆一台油质特恶劣的柱塞泵,因为这台泵是世界名牌,所以我想看看这台泵使用的磨损状况,在没拆开前想,滑靴不定能是啥鸟样。当看到滑靴摩擦面时,惊呆了,怎么也想不到是,看到的滑靴表面只有微划痕(不是文章中的照片),没有一条像别的旧滑靴表面沟壑,斜盘表面也是同样。怎么也想不通这泵使用这么多年,油质这么恶劣,滑靴表面竟没有一条大的划痕,惊愕之余的想法是人家是怎么做到的这么完美?

从此我便开始了对滑靴划痕是怎么产生的研究。一有机会便细致观察各国的滑靴与斜盘,也开始了从滑靴组对的摩擦副的斜盘硬度开始我的研究,对于上面提到的滑靴无划痕的泵斜盘也进行了检测。用携式硬度仪检测斜盘表面硬度,测量值是:920HV,这个检测数值实在不叫人相信,不相信便携式硬度仪所测的硬度值信息,再到试验室的台式硬度仪检测,结果一致,至此才明白,斜盘表面的硬度与硬化层深度,材料选择与制造科学性,才是柱塞泵性能核心。

贵阳友人、太原友人也各拆检与我同款的泵,他们也都惊奇的发现与我同样的滑靴与斜盘,我与这二位没有事前沟通过,但都想到同一个问题,把所拍的照片传给我,大家都惊叹此款泵做工质量。同时也证明我的结论:

斜盘在材料选择制造热处理方法都存有问题,在摩擦的过程中,零件的材料表面层将发生一系列物理、化学和力学状态变化。如材料表面塑性变形而引起表面应力状态变化;在斜盘滑靴旋转滑动的轨程上的压排油区域内,金属表层被挤压变形后出现撕裂断纹,在滑靴的挤压下,从断纹处被拉拖翘拽翻出一个微凸起点。这个微凸起点的另一侧没有脱离母体,并与原金属母体牢固的固定在斜盘表面,就是这一个在滑靴运动轨程上的微凸起的金属点,每当柱塞上每一只滑靴经过一次,便会在经过的滑靴摩擦面上犁耕一道沟壑。滑靴在压迫油液时,滑靴本体会微自转,当滑靴再一次经过这个微凸点时,便会再一次在滑靴摩擦面上犁耕另一道沟壑。无次的在滑靴表面上的犁耕过程,便会在滑靴摩擦面上留下无数道沟壑,直到斜盘表面上的这个微凸点脱落掉后,滑靴表面上的犁耕现象才会停止。

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斜盘表面的微凸起点

只要当滑靴密封带表面上出现一条沟壑时,滑靴表面密封带内产生的静压油液从沟壑的纹路泄出,造成静压油膜减薄。当沟壑出现无数条时,就不会产生静压油液,便会出现滑靴与斜盘间的二金属发生接触摩擦,其结果是:宰泵!

注意观察,一台泵中的九只滑靴摩擦面上的划痕,每只的滑靴面上的沟壑宽度、深度与角度及形状,都是一样的。九只柱塞上的滑靴表面划痕的方向都是一样的,滑靴表面上的划痕条的数量也是一样的。滑靴摩擦面上的磨损有:固定微凸起金属点犁耕磨损,油液颗粒磨损,临界混合摩擦磨损,金属粘着磨损,冲击磨损等等,每种磨损在滑靴表面上留下的痕迹各不相同。

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滑靴是斜盘式柱塞泵中的重中之重的关键零件,可以说滑靴与柱塞泵的关系是一荣俱荣,一损俱损的关系。要保证滑靴的可靠性工作运行,就要给滑靴提供好必要的运行条件。

~~ 听听马明东老师如何分析这其中的门道 ~~

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