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液体分散剂-辐射器条件下液压马达中摩擦副摩擦磨损性能研究
发布时间：2017-11-22
腐蚀、磨损和断裂是材料的3种主要失效形式,其中磨损造成的经济损失是十分巨大的。据有关专家估计,全世界约有1/3~1/2的能源以各种形式消耗在摩擦上,由于摩擦导致磨损失效占设备损坏的70% ~80%,每年损失都在上千亿美元[1-2]。特别是在高速、高温、高压等条件下工作的零件,往往会因其表面磨损而造成零件报废,导致设备停用。因此进行材料摩擦磨损的研究意义十分重大。
液压泵、马达和内燃机发动机结构中的摩擦副在高速、高温、高压的条件下工作,磨损十分严重,这是限制其转速提高以及延长寿命的重要原因。以轴向柱塞马达为例,其结构中存在3个摩擦副:柱塞与缸孔、缸体与配流盘、滑履与斜盘。旋转的缸体和配流盘所构成的配流机构是一对承受着巨大压紧力的摩擦副[3],缸体材料为钢,为减少磨损,配流盘多采用优质合金材料,通常采用的是青铜合金。本文分析了应用液体动力分散剂-辐射器,依靠金属选择传导效果以保证有效减少动配合零件摩擦和磨损的机理,并利用添加了添加剂的特制工作液体,对液压马达的缸体(钢)-配流盘(青铜合金)摩擦副的磨损特性进行了试验,验证了添加剂的抗磨损作用。
1金属选择传导减小摩擦副磨损的机理
当材料或表面覆层中含有各种合金元素时,它们可以在很大程度上改变固体表面的特性,清洁的金属表面或覆层处于一种活性的、不稳定状态,具有很高的表面能和吸附能力。所以在固体表面经常会出现表面吸附现象,一种是物理吸附,一种是化学吸附。物理吸附就是固体表面与被吸附分子之间的吸附,化学吸附则产生电子交换,形成表面层分子的重新排列。固体表面或覆层形成吸附层对摩擦磨损过程有着重要影响,在润滑油条件下,润滑油中的某些油分子或添加剂可以与固体表面形成物理吸附膜和化学反应膜,对摩擦磨损过程有着重要影响。可以利用这种特性,选择合适的合金成份以及润滑剂作添加剂,添加在工作液体中来改善零件的摩擦磨损性能[4]。
在摩擦过程中,液压马达缸体与配流盘接触面上由于高温和高压,金属表面产生物理和化学吸附,在合适的添加剂条件下,通过液体动力分散剂-辐射器的作用使得具有铜合金的表面加入了合金元素成份的原子,零件表面形成薄薄的铜层,与润滑剂形成强联系,铜层完成摩擦系统润滑成分的作用,该层的变形发生在脱氧介质中(例如,丙三醇使铜氧化物脱氧变铜),导致多空隙铜层上的氧化膜被去除,错位能够沿表面自由地移动,而金属材料疲劳裂纹产生的根本原因是材料在交变载荷的作用下引起表面层的局部滑移而形成挤出与挤入[4、5],位错消除了疲劳破坏发展过程,显著减小摩擦副之间的磨损。
2实验设备及方法
试验台完成添加剂的分散混合功能,以建立一种稳定混合剂的工作液体。工作液体由试验台系统进入液体动力分散剂辐射器,在空蚀涡动流区域中建立由混合剂和工作液体的一种稳定成分。试验台的工作原理如图1所示。
试验台由一个开式油路和一个闭式油路构成。泵1与马达2组成闭合回路,轴向柱塞马达2用于试验。液压马达2带动泵3旋转,泵3工作在开式油路中,油箱5中加入专门液体添加剂,对于液压马达2由确定液压回路来保证液压马达试验台上工作载荷,油箱5供给的液体通过液体动力分散剂-辐射器的节流阀9,重新返回油箱,泵中添加的液压由压力表10测量。而液体动力分散剂-辐射器6前的压力由表8测量。分散剂工作喷嘴输入中用标准真空计测定。油箱中液体的温度由温度计4测量,为了采样在分散器前安装采样阀7。试验开始前对工作液体取样,按表1列出程序进行试验。试验后选择液压马达排油腔进行工作液的采样,进一步进行中子有效分析,以测量产品磨损和确定酸性数质量成分。
3实验结果及分析
试验结束后拆开液压马达,在缸体与配流盘接触的工作表面,目测可以确定有铜随动膜层,证实了在缸体(钢)上配流盘(青铜合金)铜移动的事实。
切除试验的新的液压马达配流盘端面密封环轮廓断面图,比较分析轮廓断面图和圆断面图证明了缸体-配流盘摩擦副上金属选择移动过程的假设。分析液体采样表明,主要磨损材料产品化学成分在运转1~2 h明显地变化,以后稳定下来,基本无变化(见图2)。磨损原料总化学成分中子活性化分析结果见表2。
可以确定,工作液体中,添加剂的抗磨损作用包括两个阶段:接触表面首先磨合阶段,这个阶段磨损较强烈,时间为1. 5~2 h;摩擦工况稳定后阶段,此时和钢表面形成金属铜层,磨损极小。因此在选择移动有效性试验时,应用液体分散剂-辐射器还可以有助于缩短机器试验期限。以上述试验为例,轴向柱塞马达的试验运转总时间为1. 5~2 h,为一般情况下试验运转总时间的25%左右。
应当指出,分析工作液采样表明酸类数增加不大(平均15% ),这是不利现象,因为液压元件中的零件存在着腐蚀的概率。
4结论
(1)应用液体动力分散剂-辐射器,依靠合适的液体添加剂,可以实现金属选择传导,有效减小摩擦副磨损;
(2)应用液体动力分散剂-辐射器可以有助于缩短机器试验期限,试验运转总时间可以降低至传统情况下的25%左右。
摘自：中国计量测控网
