轉(zhuǎn)速對葉片泵配流盤摩擦副摩擦特性的影響(技術(shù))
1作者簡介:李少年(1977-),,男,,安徽泗縣人,,副教授,,碩士,,主要從事流體傳動與控制方面的科研與教學(xué)工作,工作于蘭州理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院,。
基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(51565026),;甘肅省高等學(xué)校科研項目(2015A-044)
摘要:該文通過實驗的方法研究了轉(zhuǎn)速對國產(chǎn)某型葉片泵配流盤摩擦副摩擦特性的影響,。使用與泵的轉(zhuǎn)子和配流盤相同的材料與工藝制作實驗裝置來模擬摩擦副的摩擦,,利用摩擦試驗機(jī)來采集摩擦系數(shù),使用電子測微天平對摩擦前后試樣的質(zhì)量進(jìn)行稱重,,對比數(shù)據(jù)并進(jìn)行摩擦磨損分析,,得到配流盤的摩擦系數(shù)和磨損率隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大的結(jié)論。
關(guān)鍵詞:葉片泵,;配流盤,;摩擦系數(shù);磨損率
0 引言
在液壓傳動與控制中使用多的液壓泵主要有齒輪式,、葉片式和柱塞式三大類型,。其中葉片泵是在近代液壓技術(shù)發(fā)展1早使用的一種液壓泵[1-2]。葉片泵具有尺寸小,、重量輕,、流量均勻、噪聲低的突出優(yōu)點[3],。但是葉片泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜,,泵在工作過程中有多對摩擦副共同工作。葉片泵轉(zhuǎn)子,、葉片和配流盤之間會形成一層油膜,,而磨損會導(dǎo)致配流盤表面形貌發(fā)生變化,這又會導(dǎo)致油膜厚度發(fā)生變化[4],。在高轉(zhuǎn)速下,,葉片泵的壽命會急劇縮短,配流盤的磨損是葉片泵失效的一個重要原因[5-6],。以某型國產(chǎn)葉片泵的轉(zhuǎn)子葉片和配流盤的材料工藝為研究對象,,研究轉(zhuǎn)速對配流盤摩擦副摩擦特性的影響,這對提高國產(chǎn)葉片泵的使用壽命有著重要的意義,。
1 實驗準(zhǔn)備
首先使用乙醇對上下摩擦試樣進(jìn)行清洗,,隨后用棉紗將試樣擦拭干凈,并使用電子測微天平稱重摩擦前的試樣質(zhì)量(圖1,,圖2),。上試樣材料采用20CrMnMo,,熱處理使表面硬度達(dá)到60HRC,精加工使摩擦面表面粗糙度達(dá)到Ra0.8,,與葉片泵轉(zhuǎn)子和葉片的材料工藝相同,;下式樣材料采用錫青銅,精加工使摩擦面表面粗糙度達(dá)到Ra0.8,,與葉片泵配流盤的材料相同,。通過罩杯,在摩擦實驗時加入46號抗磨液壓油,,以此來模擬泵的工況,。同時使用乙醇清洗摩擦試驗機(jī)的工作臺面,完畢后用棉紗擦拭干凈,。在實驗開始前,,打開摩擦試驗機(jī)使其處于待機(jī)狀態(tài),使試驗機(jī)預(yù)熱20分鐘,。
圖1 摩擦試驗設(shè)備
圖2 電子測微天平
在實驗時,,摩擦副施加的載荷為200N,試驗時間為1h,實驗完成后取出下摩擦試樣用乙醇洗去油污與摩擦后的污染物,,完畢后用棉紗擦拭干凈并在晾干后稱重,。在開始下一組實驗前,需重新清洗摩擦試驗機(jī)的工作臺,,若由于摩擦實驗造成工作臺發(fā)熱,,需等工作臺*冷卻后再進(jìn)行下一組實驗。
2 轉(zhuǎn)速對摩擦副摩擦系數(shù)的影響
該型葉片泵的實際大工作轉(zhuǎn)速為1500r/min,,結(jié)合泵實際啟動到正常工作下的情況,,分別選取實驗轉(zhuǎn)速為900r/min,1200r/min,,1500r/min進(jìn)行實驗,,實驗結(jié)果如下:
2.1 實驗轉(zhuǎn)速900r/min
實驗得到的摩擦曲線如圖3所示。
圖3 實驗轉(zhuǎn)速900r/min時的摩擦系數(shù)曲線
從圖3可知,,配流盤的摩擦系數(shù)從0.1下降到0.05,。實際零件的表面是凹凸不平的,由于摩擦載荷的作用,,摩擦試樣上下表面的波峰相接觸,,在實驗開始的一瞬間,由于波峰之間無油液,,此時其處于干摩擦狀態(tài),,這時摩擦系數(shù)大。實際表面輪廓如圖4所示,隨著波峰的擠壓變形,、磨損,,儲存在波谷的油液在表面自由能的作用下進(jìn)入波峰之間,形成油膜,,摩擦系數(shù)趨于減小[7],。在900r/min的工況下,實驗結(jié)束時摩擦副的摩擦系數(shù)達(dá)到了0.05左右,。
2.2 實驗轉(zhuǎn)速1200r/min
實驗得到的摩擦曲線如圖5所示,。
圖5 實驗轉(zhuǎn)速1200r/min時的摩擦系數(shù)曲線
從圖5可知,在轉(zhuǎn)速提高300r/min后,,試樣的磨損速度更快。在1200r/min的工況下,,實驗結(jié)束時摩擦副的摩擦系數(shù)達(dá)到了0.042左右,。
2.3 實驗轉(zhuǎn)速1500r/min
實驗得到的摩擦曲線如圖6所示。
圖6 實驗轉(zhuǎn)速1500r/min的摩擦系數(shù)曲線
從圖6可知,,轉(zhuǎn)速的提高進(jìn)一步加速了試樣的磨損,,但是高轉(zhuǎn)速下摩擦系數(shù)的減小速度比低轉(zhuǎn)速的慢。在相同的實驗時間內(nèi),,摩擦系數(shù)減小的越快,,說明試樣進(jìn)入磨合階段和劇烈磨損階段的時間越快。在1500r/min的工況下,,實驗結(jié)束時摩擦副的摩擦系數(shù)達(dá)到了0.04左右,。
綜上可見,轉(zhuǎn)速越高,,葉片泵配流副的摩擦系數(shù)越低,;隨著轉(zhuǎn)速的增加,配流盤摩擦系數(shù)的減小速度變慢,。
3 轉(zhuǎn)速對摩擦副磨損率的影響
按上面的實驗分別取900r/min,,1200r/min,1500r/min實驗前后的試樣,通過電子測微天平可以得到試樣質(zhì)量的變化,,則磨損率可按下式計算:
ws=Δm/ρFnl(cm3/Nm)
式中Δm—— 磨損量(g),;
ρ —— 材料密度(g/cm3);
Fn—— 接觸的法向載荷(N),;
l —— 滑動距離(m),;
經(jīng)過計算得到的實驗?zāi)p率如圖7所示。
圖7 實驗?zāi)p率
從實驗中可以得出,,該摩擦副的磨損率隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加,,在相同的摩擦載荷下,對偶面對于錫青銅的磨損率具有相同的變化趨勢。這是由于隨著轉(zhuǎn)速的提高,,上下試樣在相同的時間內(nèi)接觸次數(shù)更多,,磨損加劇,;同時劇烈的磨損產(chǎn)生更多的熱量,,使液壓油的黏度降低,對偶面間的承載能力也同時降低,。
4 結(jié)論
通過上述實驗,,可得到如下結(jié)論:葉片泵配流副材料的摩擦系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的提高而降低,但是高轉(zhuǎn)速下摩擦系數(shù)的減小速度比低轉(zhuǎn)速的慢,。摩擦副的磨損率隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加,,在相同的摩擦載荷下,對偶面對于錫青銅的磨損率具有相同的變化趨勢,。在高轉(zhuǎn)速下,,錫青銅磨損加劇,材料往往是限制國產(chǎn)液壓元件壽命的一個重要因素,。相較于*的液壓元件來說,,我們的產(chǎn)品不應(yīng)光僅僅著重于尺寸的仿制,更多的應(yīng)看到在材料與工藝上的不足,。
參考文獻(xiàn)
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