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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工作，工作于蘭州理工大學能源與動力工程學院。

基金項目：國家自然科學基金項目（51565026）；甘肅省高等學校科研項目(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)量進行稱重，對比數(shù)據(jù)并進行摩擦磨損分析，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論。

關鍵詞：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]。但是葉片泵結構復雜，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，而磨損會導致配流盤表面形貌發(fā)生變化，這又會導致油膜厚度發(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 實驗準備

首先使用乙醇對上下摩擦試樣進行清洗，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到60HRC，精加工使摩擦面表面粗糙度達到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，打開摩擦試驗機使其處于待機狀態(tài)，使試驗機預熱20分鐘。

圖1 摩擦試驗設備

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進行實驗，實驗結果如下：

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，實驗結束時摩擦副的摩擦系數(shù)達到了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，實驗結束時摩擦副的摩擦系數(shù)達到了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，實驗結束時摩擦副的摩擦系數(shù)達到了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：

w_s=Δm/ρF_nl(cm³/Nm)

式中Δm—— 磨損量(g)；

ρ —— 材料密度(g/cm³)；

F_n—— 接觸的法向載荷(N)；

l —— 滑動距離(m)；

經(jīng)過計算得到的實驗磨損率如圖7所示。

圖7 實驗磨損率

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 結論

通過上述實驗，可得到如下結論：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)品不應光僅僅著重于尺寸的仿制，更多的應看到在材料與工藝上的不足。

參考文獻

[1] 黎克英,陸祥生.葉片式液壓泵和馬達[M].北京：機械工業(yè)出版社,1993.

[2]林建亞，何存興.液壓元件[M].北京：機械工業(yè)出版社,1981.

[3]冀宏，楊華勇.液壓氣壓傳動與控制[M].武漢：華中科技大學出版社,2014.

[4]許耀明.油膜理論與液壓泵和馬達的摩擦副設計[M].北京：機械工業(yè)出版社,1987.

[5]黎克英,陸祥生.葉片式液壓泵和馬達[M].北京：機械工業(yè)出版社,1993.

[6]陳琍,樓白楊,鄭曉華.葉片泵材料磨損失效分析[J].煤礦機械,2004，(9):40-41.

[7]秦西順,吳煊鵬.葉片泵失效成因與預防[J].工程機械與維修,1999，(2):74-75.

[8]溫詩鑄,黃平.摩擦學原理[M].北京：清華大學出版社,2012.