柱塞泵配流盘磨损分析及优化_孔青松.pdf

o 柱塞泵配流盘磨损分析及优化孔青松，张红涛，焦文华 o o o o o o gg，g，（河南航天液压气动技术有限公司，河南 郑州）摘 要：柱塞泵配流盘是进口吸液、出口排液分配的关键零组件，与缸体端面摩擦接触，同时受到摩擦力、倾覆力、压紧力和分离力等力的作用，因此，工作过程中容易受到损坏。通过对配流盘的磨损原因进行分析，介绍了改善方法及主要计算内容。关键词：配流盘；磨损；原因；分析中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：孔青松（），男，河南南阳人，高级工程师，本科，从事特种泵阀的研发工作。引言配流盘是柱塞泵中很重要的零、组件，主要用于给柱塞泵工作时吸油或排油，在与缸体的摩擦接触过程中受力较为复杂，因此在使用过程中容易过度磨损，导致泵无法正常进液或无法正常供压，无法满足工程需要，常见损坏现象有划伤、粘连、烧盘、偏磨、烧结等，造成损坏的原因有很多，其中困油现象造成损坏最为常见，因为无论泵结构怎样优化，困油现象均是无法彻底消除的，只能进行改善，甚至加以应用。柱塞泵困油现象及改善1.1 柱塞泵困油现象柱塞泵在工作时，泵的吸油、压油腔必须隔开，因此吸油、压油配流窗口的间距大于缸体柱塞孔底部窗口的长度，在离开吸或压油窗口到达压或吸油窗口之前，就形成了封闭容积，封闭容积由大变小变化时，封闭在容积内的液压油受到挤压，压力急剧升高、降低，使泵受到周期变化的压力冲击，产生困油现象。此现象会对柱塞泵产生严重的冲击和噪声，产生气蚀破坏，是造成破坏缸体表面及配流盘表面破坏的主要因素。1.2 改善方法）采用预增压或预减压结构如图 所示，在 过渡区，使缸孔离开吸油腔后转过 行程，利用困油原理使缸孔内压力升至预定排油压力后，再与排油连通，从而避免缸孔与排油口间的压力相差过大而造成冲击。同理，缸孔转 使压力预先减至吸油腔压力，减小二者间的压差，造成冲击。该结构在一定程度上大大改善了困油现象造成的破坏，但对于压力变化大的工况适应性差，因此当工况变化大时，仍会突现出较明显的冲击、振动、噪音及系统波动大的问题，从而带来配流盘磨损快的问题。因而常用于工作压力相对稳定或压力不超过 的柱塞泵结构。排油腔 节流孔 吸油腔图 预增（减）压结构）节流孔结构形式图 是在配流盘上设置阻尼孔 与一个较大的封闭容腔或排油孔接通。柱塞缸孔排油经过阻尼孔时，容腔或排油孔封闭腔内高压液通过阻尼孔进入缸孔内，以提高缸孔内压力与排油口压力接近，减少冲击；当经过阻尼孔前往吸油口时，缸孔内的高压油进入封闭腔内或进油孔内，降低缸孔内压力，避免造成高压冲击。相对于前文所述方案，和 可相对设置较少，有利于提高排油量，同时降低冲击，适用于相对复杂的工况。此方案类似于在泵出口增加一个稳压功能的液压液压气动与密封年第期蓄能器，适用能力稍好，但在高转速工况下适用能力就会稍显不足。排油腔 节流孔 吸油腔 配流盘图 节流孔结构）设置异形卸荷槽图 结构增加了异形卸荷槽与排油孔或吸油孔通。该槽通流面积由小至大变化，常见结构为三角形槽或楔形槽，起变阻尼节流作用，油液进入或流出缸孔的流量变化比较平稳。缸孔离开吸油腔时，异形槽提前与排油孔接通，在缸孔与排油区接通前降低缸孔内压力至与排油腔压力相同或接近，以次避免压力突然变化产生的剧烈冲击。在变阻尼卸荷槽的作用下，缸孔内的压力变化比阻尼孔式平缓，对工况变化具有较好的适应性，因此常在高压或超高压柱塞泵上应用较多。排油腔 三角槽 吸油腔 配流盘图 异形卸荷槽）组合式结构组合结构是上述多种结构进行重新组合，充分利用其自身特点，以适用工况更为复杂的场所。上述几种方法只是消除困油现象的几种常见方法，在很大程度上优化了柱塞泵的工况，减少了缸体工作时对配流泵的磨损，随着集成化技术的发展及仿真技术的发展，带有单向阀结构形式的配流盘及防气蚀配流盘结构随之出现，以适应于更为复杂的工况，进一步解决或减缓了困油所带来的冲击破坏，从而延长泵的工作寿命。配流盘磨损原因配流盘磨损除困油造成的气蚀破坏，还有烧盘、偏磨、烧结等情况。造成上述情况的根本原因是缸体端面与配流盘表面摩擦副油膜破坏，而造成油膜破坏的因素根据其它论文及相关资料汇总整理主要有以下几种。2.1 受力不平衡缸体配流盘摩擦副工作过程中，不仅存在缸体对缸体的压紧力，同时存在二者间的分离力，当分离力与压紧力不平衡时，则出现倾覆现象，产生楔形间隙，造成油膜破坏，加剧配流盘磨损。2.2 轴承破坏轴承工作过程中在斜盘的作用下柱塞反馈到主轴上偏心负载的影响，易造成主轴带动的缸体在与配流盘接触时，产生额外的偏转力，造成油膜破坏，产生高温，加剧配流盘的磨损烧伤。轴承的破坏也与装配精度和选用型号是否合理有很大的关系，条件允许下尽量先用较高精度要求的轴承有利于提高寿命。2.3 制造、装配误差配流盘缸体接触面平面度要求一般要达到 以上，在加工过程中很难保证精度，加工及测量误差无法避免，会加剧磨损；多种零件装配时必然存在累计误差，会造成装缸体端面与配流盘之间出现不均匀间隙造成油膜局部破坏加速磨损。2.4 摩擦副材料选取不当配流盘缸体处摩擦副工作时是高压高速状态，因此，设计时应不仅需要设计合理的密封比压，重要的是还应选用合适的配对材料，保证二者间有良好的承载能力和自润滑性能，若二者间的摩擦副材料配对不合理，则会加剧接触面磨损。2.5 介质污染及变质配流盘表面平面度及光洁要求较高，为了保证较好的磨擦副，配流盘材料一般采用铜合金或自润滑性、耐磨性好的涂层，相对硬度低，当介质受到污染带有杂质时，易划伤表面，加剧磨损；另外，介质工作一定时间因发生挤压和发热，会发生质变，失去润滑性能，不利于配流盘表面的热量带走，也会加剧配流盘的磨损。2.6 载荷变化柱塞泵的额定工作点设计是以某特定工况为参考的，在此工况下会保持较好的工作状态，具有良好的性 o能，当泵使用工况与设计工况偏离较大时，泵的工作稳定性发生变化，如超载运行或剧烈冲击工况，均会加剧配流盘的磨损。优化方法配流盘的磨损原因很多，在设计时应充分考虑泵的工况进行优化以保证泵的工作状态最佳，而优化改善配流盘磨损的方法有多种，但各有利弊，下面介绍几种常见方法。3.1 结构优化缸体配流盘摩擦副一般采用平面式及球面式结构，目前，在高压柱塞泵中普遍采用球面配流盘，它利用球面圆的自归位特性，在一定程度上可以修改制造及装配误差，保证较好的油膜间隙，减少冲击，避免倾覆力的存在破坏油膜，目前在高压柱塞泵上应用该方案较多，效果明显。3.2 设置静压支撑静压支承环，与滑靴静压支承类似，在缸体及配流盘间加上支承，使缸体与配流盘在其间旋转，补偿缸体与配流盘间的不平衡压力，从而减少磨损。3.3 浮动配流结构此结构应用较多，需要设计支承弹簧保证动间隙在一定范围内，保证配流盘与缸体的接触不会出现过接触，从而避免缸体与配流盘直接接触摩擦造成的烧伤损坏。3.4 设置内置增压机构在缸体上集成增压元件随缸体转动，介质通过泵体内腔流过，由此增压后到配流盘进口，解决泵进油能力不足所带来的气蚀问题，改善配流盘的磨损情况。3.5 提高加工精度对缸体及配流盘采用高精度的加工方法，比如精研加工工艺，提高配合面的光洁度及平面度，以保证二者接触面的平面度要求尽可能高；另一方面需要保证缸体轴向与配流盘面较高的垂直度，以避免产生额外的偏转力，造成磨损加剧。配流盘主要参数计算配流盘工况复杂，工作时受力较多易损坏，在设计过程中需要对主要结构尺寸进行计算核验结构参数是否合理，使工作时受力相对平衡，从而保证工作面油膜不被破坏，其主要计算的内容如下。图 配流盘主要参数）平衡方程（）（）压紧力（）分离力（）（）主弹簧力（）（）窗口尺寸（）密封带尺寸计算 ()（）密封比压：（）值验算根据转速及剩余压紧力，计算 值，不得超过材料承受值。关于配流盘的计算，有两个方面需要注意，一是压紧力与分离力的比值不小于 且不大于 ，过小则泄漏大压力上不去，过大则油膜不易建立发生烧结；二是保证密封比压合理。除此之外，还应在整体设计时需要综合考虑额定工况点校核及超载情况下的余量校核；结合主轴、柱塞、缸体等关键零件的相关参数校核修正后才能确定最终结构。小结配流盘缸本摩擦副作为柱塞泵中的重要摩擦副，其工作过程相当复杂，在实际设计无论怎样优化设液压气动与密封年第期计，在使用过程中总会发生不可预测的故障。需要结合实际应用情况综合分析才能设计或选用较为合理的柱塞泵。参考文献 翟培袢 斜盘式轴向柱塞泵设计 北京：煤炭工业出版社，何存兴 液压元件 北京：机械工业出版社，田振东 排量轴向柱塞泵吸排油空化现象研究太原：太原理工大学，李流远 油液含气量对液压系统的影响 液压与气动，（）：孙泽刚 斜盘式轴向柱塞泵缸体及配流盘抗空化研究 成都：西南交通大学，刘晓红 轴向柱塞泵配流盘上阻尼孔对其空蚀特性的影响 机床与液压，（）：引用本文：孔青松，张红涛，焦文华 柱塞泵配流盘磨损分析及优化 液压气动与密封，（）：o，oo，o o o o o o ，（）：先导式安全阀活塞密封圈国产化研制马少亮，卢 祺，赵冬冬，励行根，励 勇，励 洁（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐；宁波天生密封件有限公司，浙江 慈溪）摘 要：稳压器安全阀为一回路系统的超压保护设备，对于保护压力边界完整，防止系统超压具有重要的作用。每次解体检修均需要更换密封件，其备件全部为进口，存在断供的风险，卡脖子项目，为了打破国外垄断，对其密封件进行国产化研制。活塞密封圈为研究重点，该文从设备结构以及原理分析出发，阐述了活塞密封圈既需要保证密封性，同时还需要保证较小的摩擦力。为国产化项目的试验以及验收准则提供了依据。关键词：先导式安全阀；活塞密封圈；国产化中图分类号：文献标志码：文章编号：（）oo o o g，gg，gg，Yg，（o o o，；o o，）：o o oo，o o o o o o o ，o，o o o，o，o o ooo，o o o o，o o ，o o o o o o，o o o o o，o oo o：；o；oo 背景一回路边界阀门承担着保持一回路压力边界完整收稿日期：作者简介：马少亮（），男，陕西宝鸡人，高级工程师 高级技师，学士，现主要从事核电阀门维修、管理等工作。性的重要职责，除承压部件外密封件也承担着同一的作用，因此对其密封件要求极高。目前国内压水堆核电站，密封件原设计采用国外进口产品，在阀门后期运营过程中，其密封圈、金属垫、密封环等备品备件的采购均为单一来源，为了防止断供、限供等潜在风险，减轻国外制约和实现一回路阀门的具有完全自主知识产