水压滑靴副的润滑特性

　　0前言

　　水压技术的环保、安全和生产相容等独特优势是其发展的巨大动力。然而,由于水的粘度低、润滑性差和易使金属材料生锈等特性所带来的泄漏、磨损和腐蚀等技术问题是困扰水压技术发展的绊脚石。随着材料科学、现代加工制造技术等学科的发展,水压技术存在的固有技术难题正在逐步得到解决。同时,更需要结合水压技术自身的特点,建立一套专门的设计计算方法和思路,而不是完全沿用油压元件的润滑设计方法。因为水和油的理化特性差异使得设计水压摩擦副时必须考虑更多的影响因素,比如惯性、表面粗糙度和流动状态等影响。

　　水压轴向柱塞泵的滑靴副是其关键摩擦副之一,直接影响泵的工作性能及寿命。由于水膜较薄,滑靴在离心力和重力作用下可能产生倾覆,因此提高水压滑靴副的抗倾覆刚度是保证其润滑性的重要因素。否则,滑靴倾覆会导致水膜破裂,使得本来润滑性较差的水压摩擦副产生严重的直接固体接触磨损。对于摩擦副的研究,除了选择合理的材料配对外,结构形式也尤为重要。采用合理有效的结构形式不仅有助于进一步提高摩擦副的润滑性能,而且可保证其工作可靠性并延长其工作寿命。

　　1 三腔独立支承滑靴

　　对于液压柱塞泵的滑靴设计,通常采用全静压支承法和剩余压紧力法。不论是哪种方法,要实现预期的润滑性能,必须保证滑靴副具有适应负载变化的水膜压力调节刚度,其基本原理是靠支承间隙阻尼、支承腔室与上游阻尼孔间的共同作用实现的。试想,如果设置多个独立支承的支承腔室和阻尼小孔,则当滑靴倾斜时,每一个支承组合可根据所处的水膜变化情况进行支承间隙中的压力调节,即间隙变小处的压力分布值大,间隙增大处的压力分布值小,从而产生一个力矩差使滑靴的间隙趋于相同,保持滑靴表面与斜盘表面的相互平行状态,保证全流体润滑,避免偏磨和刮靴现象。基于这样的思想,提出一种三腔独立支承的滑靴副,即滑靴支承间隙中具有三个独立的支承腔室,且每个支承腔室的上游处各自有一个阻尼小孔,其结构如图1所示。

　　2仿真计算与分析

　　2.1计算说明

　　现有工程应用的滑靴副设计计算公式都是从层流模式导出的,没有考虑紊流状况,同时也没有考虑惯性的影响。这对油压滑靴副来说可能较准确,但对水压滑靴副来说则存在一定的误差,这是因为水的粘度较油而言要小得多,使得在摩擦副中的流动惯性力和粘性力可相互比拟,几乎为同一数量级,不能忽略。另一方面,在压差损失一定的情况下,利用紊流流动损失比层流流动损失大的特性I1],减小水压滑靴副的泄漏流量。因此,通过三腔间的交叉汇流干扰形成支承间隙中的局部紊流,增加流动损失,在总压差一定的条件下减小平均流速,从而减小泄漏流量。