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液體分散劑-輻射器條件下液壓馬達中摩擦副摩擦磨損性能研究
發布時間：2017-11-22
腐蝕、磨損和斷裂是材料的3種主要失效形式,其中磨損造成的經濟損失是十分巨大的。據有關專家估計,全世界約有1/3~1/2的能源以各種形式消耗在摩擦上,由于摩擦導致磨損失效占設備損壞的70% ~80%,每年損失都在上千億美元[1-2]。特別是在高速、高溫、高壓等條件下工作的零件,往往會因其表面磨損而造成零件報廢,導致設備停用。因此進行材料摩擦磨損的研究意義十分重大。
液壓泵、馬達和內燃機發動機結構中的摩擦副在高速、高溫、高壓的條件下工作,磨損十分嚴重,這是限制其轉速提高以及延長壽命的重要原因。以軸向柱塞馬達為例,其結構中存在3個摩擦副:柱塞與缸孔、缸體與配流盤、滑履與斜盤。旋轉的缸體和配流盤所構成的配流機構是一對承受著巨大壓緊力的摩擦副[3],缸體材料為鋼,為減少磨損,配流盤多采用優質合金材料,通常采用的是青銅合金。本文分析了應用液體動力分散劑-輻射器,依靠金屬選擇傳導效果以保證有效減少動配合零件摩擦和磨損的機理,并利用添加了添加劑的特制工作液體,對液壓馬達的缸體(鋼)-配流盤(青銅合金)摩擦副的磨損特性進行了試驗,驗證了添加劑的抗磨損作用。
1金屬選擇傳導減小摩擦副磨損的機理
當材料或表面覆層中含有各種合金元素時,它們可以在很大程度上改變固體表面的特性,清潔的金屬表面或覆層處于一種活性的、不穩定狀態,具有很高的表面能和吸附能力。所以在固體表面經常會出現表面吸附現象,一種是物理吸附,一種是化學吸附。物理吸附就是固體表面與被吸附分子之間的吸附,化學吸附則產生電子交換,形成表面層分子的重新排列。固體表面或覆層形成吸附層對摩擦磨損過程有著重要影響,在潤滑油條件下,潤滑油中的某些油分子或添加劑可以與固體表面形成物理吸附膜和化學反應膜,對摩擦磨損過程有著重要影響。可以利用這種特性,選擇合適的合金成份以及潤滑劑作添加劑,添加在工作液體中來改善零件的摩擦磨損性能[4]。
在摩擦過程中,液壓馬達缸體與配流盤接觸面上由于高溫和高壓,金屬表面產生物理和化學吸附,在合適的添加劑條件下,通過液體動力分散劑-輻射器的作用使得具有銅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銅層,與潤滑劑形成強聯系,銅層完成摩擦系統潤滑成分的作用,該層的變形發生在脫氧介質中(例如,丙三醇使銅氧化物脫氧變銅),導致多空隙銅層上的氧化膜被去除,錯位能夠沿表面自由地移動,而金屬材料疲勞裂紋產生的根本原因是材料在交變載荷的作用下引起表面層的局部滑移而形成擠出與擠入[4、5],位錯消除了疲勞破壞發展過程,顯著減小摩擦副之間的磨損。
2實驗設備及方法
試驗臺完成添加劑的分散混合功能,以建立一種穩定混合劑的工作液體。工作液體由試驗臺系統進入液體動力分散劑輻射器,在空蝕渦動流區域中建立由混合劑和工作液體的一種穩定成分。試驗臺的工作原理如圖1所示。
試驗臺由一個開式油路和一個閉式油路構成。泵1與馬達2組成閉合回路,軸向柱塞馬達2用于試驗。液壓馬達2帶動泵3旋轉,泵3工作在開式油路中,油箱5中加入專門液體添加劑,對于液壓馬達2由確定液壓回路來保證液壓馬達試驗臺上工作載荷,油箱5供給的液體通過液體動力分散劑-輻射器的節流閥9,重新返回油箱,泵中添加的液壓由壓力表10測量。而液體動力分散劑-輻射器6前的壓力由表8測量。分散劑工作噴嘴輸入中用標準真空計測定。油箱中液體的溫度由溫度計4測量,為了采樣在分散器前安裝采樣閥7。試驗開始前對工作液體取樣,按表1列出程序進行試驗。試驗后選擇液壓馬達排油腔進行工作液的采樣,進一步進行中子有效分析,以測量產品磨損和確定酸性數質量成分。
3實驗結果及分析
試驗結束后拆開液壓馬達,在缸體與配流盤接觸的工作表面,目測可以確定有銅隨動膜層,證實了在缸體(鋼)上配流盤(青銅合金)銅移動的事實。
切除試驗的新的液壓馬達配流盤端面密封環輪廓斷面圖,比較分析輪廓斷面圖和圓斷面圖證明了缸體-配流盤摩擦副上金屬選擇移動過程的假設。分析液體采樣表明,主要磨損材料產品化學成分在運轉1~2 h明顯地變化,以后穩定下來,基本無變化(見圖2)。磨損原料總化學成分中子活性化分析結果見表2。
可以確定,工作液體中,添加劑的抗磨損作用包括兩個階段:接觸表面首先磨合階段,這個階段磨損較強烈,時間為1. 5~2 h;摩擦工況穩定后階段,此時和鋼表面形成金屬銅層,磨損極小。因此在選擇移動有效性試驗時,應用液體分散劑-輻射器還可以有助于縮短機器試驗期限。以上述試驗為例,軸向柱塞馬達的試驗運轉總時間為1. 5~2 h,為一般情況下試驗運轉總時間的25%左右。
應當指出,分析工作液采樣表明酸類數增加不大(平均15% ),這是不利現象,因為液壓元件中的零件存在著腐蝕的概率。
4結論
(1)應用液體動力分散劑-輻射器,依靠合適的液體添加劑,可以實現金屬選擇傳導,有效減小摩擦副磨損;
(2)應用液體動力分散劑-輻射器可以有助于縮短機器試驗期限,試驗運轉總時間可以降低至傳統情況下的25%左右。
摘自：中國計量測控網
