海水泵滑靴副污染磨损及控制方法研究

　　引言

　　海水液压传动技术是国际上近年来为适应海洋开发而发展起来的一门新技术,是液压传动技术的一个重要发展方向。

　　海水液压泵是海水液压技术的核心动力元件,是海水液压系统的心脏,也是研制难度最大的元件。由于海水黏度低、润滑性极差、气化压力高,并具有很强的腐蚀作用,特别是存在成分复杂的各种污染杂质,在高速重载工况下,摩擦副极易遭受污染磨损,使海水泵性能劣化而过早失效。本文选择斜盘式轴向柱塞海水泵中的滑靴/斜盘副作为研究对象,对其污染磨损机理进行深入分析研究,并从结构设计、选材以及污染物控制等几个方面来研究滑靴副的污染磨损控制方法,为海水泵的设计奠定一定的技术基础。

　　1 滑靴副的工况及磨损机理

　　在采用开放式海水液压系统中,存在着大量的污染物,常见的有:泥沙、盐粒、微生物等。这些污染物是海水中固有的,进入滑靴副必将导致三体磨粒磨损和冲蚀磨损。海水的运动黏度低,50e时,只有典型液压油的1/40左右,在高速、重载的交变应力作用下,更容易导致滑靴副粘着磨损和疲劳磨损。海水中存在丰富的氯离子并对各种钝化膜有很强的渗透力,具有很强的腐蚀作用,导电性也很强,容易造成金属之间的电偶腐蚀、金属表面的点蚀、缝隙腐蚀等,破坏金属表面,造成腐蚀磨损。

　　滑靴副海水润滑状态下的磨损机理不是一种磨损机理的作用,有粘着磨损、磨粒磨损、冲蚀磨损以及腐蚀磨损等。磨损过程中往往一种磨损机理影响另一种磨损机理,比如粘着磨损产生的污染物会转变为磨粒磨损;腐蚀与磨损也会相互促进。因此,在杂质多且成分复杂的海水中因污染而引起的污染磨损起主导作用,故要引起足够重视。

　　2 污染磨损的控制方法

　　液压系统中的污染物一般按来源分为3类:内部发生的,例如系统元件的磨蚀产物;外部发生的,例如海水中的污染物;内部固有的,例如机械加工的产物,铸造带来的沙粒等。其中系统固有的污染物可以在其加工制造的时候加以控制,但针对另外两种来源的污染物,要制定相应的控制方法来减轻其引起污染磨损的危害。控制方法主要包括:滑靴副的结构设计、选材和污染物的控制方法。

　　2.1 滑靴斜盘副材料的选择

　　滑靴副的用材必须要能够与其工作的海洋环境、海水介质以及滑靴副工况条件相适应,能够有效解决其面临的严重腐蚀和磨损。因此滑靴副材料选择应具有足够的机械强度、耐腐蚀性、热稳定性、自润滑性和适当的硬度。由于剩余压紧力的存在,滑靴基本上和斜盘出于边界磨损状态,污染物进入摩擦副不仅会增加摩擦力,而且导致因摩擦而引起滑靴倾斜增加,加速滑靴的偏磨,增大泄漏量。因此宜选择自润滑性能好,且摩擦系数小的配对材料,以减小摩擦磨损。在总结国外滑靴副的选材经验和国内对滑靴副材料试验探索的基础上,目前,海水泵滑靴副配对材料的选择主要在耐蚀合金、表面工程材料、高分子复合材料和工程陶瓷中选择。上述材料不仅具有良好的耐腐蚀性能、一定的机械强度,还有良好的摩擦学特性,适合于中高压海水泵的用材。其中工程陶瓷具有及其明显的摩擦学优势,工程陶瓷虽然属于脆性材料,抵抗冲击的性能较差,但仍具有非常好的发展前景。为避免滑靴对斜盘造成切削和磨削作用,滑靴靴底材料宜选用较斜盘材料软的材料,如塑料PEEK;斜盘材料则可选择不锈钢或整体陶瓷。