作者:马明东
图片上是K3V112直轴斜盘式泵的柱塞滑靴,材料都是铜合金,左面是咱的,铜材颜色发白,右面是日本川崎原厂件,铜材颜色发红,出材料有差别,余下的外径、厚度、内外节园及深度都是仿制的一模一样的,但在细节上还是有9项差别与不同。
1),滑靴外支承环,咱们的是有两个缺口,也称为“辅助支承油液嵌入口”,日本的产品外支承环上有三处辅助支承油液嵌入口嵌入口。
2),咱们的滑靴中心区域的蓄油池是平的,日本人的是在蓄油池又车加工一圈R形深沟,其目的是增加蓄油量。
3),差别就是中心孔,咱们的中心孔径是Φ1.7,可小日本的是Φ2.15。那么Φ1.7与Φ2.15有什么差别,会有什么影响,会造成什么后果呢?
4),滑靴最大外径上有车加工的槽(见下图)这二道槽有什么作用吗?是为了美观吗?
5),柱塞球头根部过渡到杆最大直径锥型与内园弧型
6),柱塞杆端面普通加工与精磨加工
7),滑靴与柱塞拉脱力差别
8),表面硬度与硬度层深度,涨径现象
9),中心阻尼孔径与阻尼孔长度对静压油模影响
不要小瞧这9处差别,可就是这么小小的9项差别,可是人家几十年的泵科研总结,多少代研究人员在无数次的实际试验、仿真试验心血的结晶!里含有材料力学、流体力学、静液压理论、摩擦学。不要以为我沽名卖弄,当你看到人家的多少种滑靴实测台,压力仓滑靴实测台,静液压滑靴油膜实测台,你就明白了,日本人当年也是拿来主义,从力士乐购买的图纸及使用专利仿制时代走到目前的自主研发阶段。
泵主轴带动转子部件旋转(旋转的主轴、柱塞组件、回程盘组件,缸体组件等为旋转部件),转子部件所对应的两侧前部为斜盘静止与滑靴组成静-动摩擦副,另一端的配流盘固定泵壳体后盖上静止对应高速旋转的缸体配流面,组成另一对摩擦副,本文单述滑靴与斜盘这对静-动摩擦副的一些原理,滑靴与斜盘的接触呈浮动式非接触静压卸载形式,即从柱塞腔引出高压油在滑靴平面与斜盘平面间形成10~30μm厚度的油膜,依靠液体压力承受柱塞载荷,将滑靴、斜盘这二金属隔开,避免二金属间直接接触磨损。
无论斜盘是在什么角度上,滑靴与斜盘之间的摩擦副为端面摩擦,滑靴在斜盘的端面上旋转滑动,滑靴在斜盘平面上转动360º时,是柱塞腔从配流盘吸油窗口转到压力窗口再转回到吸油窗口,这一旋转过程中,滑靴油模呈现出周期内压力变化情况,柱塞腔所对应配流盘上的压油窗口时,柱塞是在压油时,将压力油的一部份引入柱塞杆中心孔内,压力油通过柱塞杆中心孔上端的阻尼孔进入到滑靴端面油室,因斜盘端面阻挡而形成静压油模、产生撑开力支承与斜盘端面。泵在工作时,压力从低到高是变化的,理想是泵在低压时,滑靴上的阻尼孔径在大一些,保证压力油通过阻尼孔要多一些才能保证滑靴油模厚度,泵在高压时,阻尼孔径在小一些,保证压力油通过阻尼孔不要产生过剩流,但柱塞杆中心阻尼孔径又不能因压力的高低变化时孔径也跟随变化,所以为了保证滑靴在低压时要有足够的油液通过阻尼孔,科学家通过理论与试验确定滑靴的中心孔径。滑靴与斜盘之间的油膜被破坏而引起二金属接触是造成泵损坏的主要原因,而造成油膜被破坏的根本原因是滑靴底面支承力不足,使滑靴被压向斜盘 , 发生二金属间接触摩擦磨损,世界上的代有静压滑靴类的柱塞泵有一条重要原则:泵最低工作压力设定不得低于16bar!重要的是滑靴如果在低于16bar压力下旋转时,滑靴端面上不能形成有效的刚性静压油膜。尤其是动力源是发动机在低怠速状态下带动泵旋转时,泵转数如果低于800rpm时,滑靴不能形成静压油模(线速度、转数、时间),泵的寿命受到严重危害。
柱塞腔所对应配流盘上吸油窗口时,柱塞是在吸油状态,缸体柱塞腔内的压力与泵吸油口压力同值呈无压状态或真空状态,因柱塞杆中心孔内没有形成压力油,滑靴端面上无静压油模,滑靴与斜盘二金属间的润滑是利用滑靴油室内原蓄存的油液来完成的,所以要加大滑靴油室的空间来加量蓄油。
1),下面我说一下什么是“辅助支承油液嵌入口”,在滑靴支承面上最外圈是“辅助支承支承环”,因为辅助支承环'上有三个缺口,即使泵的压力达到一定压力时,这圈环不能形成封闭腔困住油液形成静压油膜,辅助支承环它主要的作用是在泵刚起动旋转的瞬间才有作用,辅助支承环的主要作用是当泵停止旋转时,缸体上的弹簧力支承球铰、回程盘,回程盘又把滑靴支承在斜盘端面上,为了防止滑靴在静止状态转变到旋转状态的瞬间出现干摩擦现象,利用泵壳体内的油液通过缺口进入到辅助支承环圈内圈蓄存,当泵在刚转动时,是这环圈内的油液起到润滑作用,辅助支承滑靴不与斜盘发生二金属对应摩擦。
辅助支承环的另一个作用是:柱塞泵中的转子部件高速旋转时带动壳体内的油液旋流、具有内四方型的泵壳体内盛满的油液,像洗衣机桶内的水一样翻腾冲击转子部件、润滑轴承。
设想一个假设条件,如果柱塞泵P口压力低于16bar时,柱塞高速旋转时是与斜盘所组成一对摩擦副,因柱塞杆中心孔腔体压力低使得滑靴静压支承面上没能形成有效厚度的静压油模,在这种情况下为了防止滑靴与斜盘二金属间接触,壳体内的油液便会从滑靴辅助支承环上的缺口即是从“辅助支承油液嵌入口”进入到滑靴辅助油环内托起滑靴,形成另一种支承油模,日本人的老型号的K3V柱塞泵滑靴外支承带上原是两个浮动油膜液体嵌入口因嵌入油量少,通过使用后发现缺陷才改为图片上的外支承带的三个口,有效的防止滑靴磨损斜盘。下图是泵在低压时(小于16bar),发生滑靴与斜盘间的二金属接触摩擦现象。
2),滑靴中心区域的蓄油池增加一圈内凹R形深沟,其作用是增加了滑靴油池内的蓄油量。
当柱塞泵在正常工作状态时,缸体配流面上某一个缸体孔从配流盘高压区排完压力油液后滑动到配流盘吸油窗口,柱塞从最低行程的下止点转动到上止点缸体柱塞腔管内吸满油液这个过程,柱塞的向上运动是回程盘强行拉动柱塞上的滑靴运动的,这个吸油运行区域内,缸体柱塞孔中的油液是低压,没有对柱塞杆中心腔管内形成压力顶送油液,滑靴中心孔中没有油液喷泄出来,此时滑靴是转动的而斜盘是静止的,为了防止这一对”动与静“的摩擦副发生接触摩擦,是靠滑靴蓄油池内的油液完成了间隔。
3),滑靴中心孔Φ1.7与Φ2.15有什么差别,会有什么影响,会造成什么后果呢?
当挖掘机的发动机转动时带动柱塞泵旋转,挖掘机无任何动作时,柱塞泵是在待命状态,泵的变量斜盘停在最小角度,几乎是一个很微小角度,滑靴与斜盘这对摩擦副发生静液压油模摩擦状态,而此时的柱塞泵的是有一个很微小的行程保持了(维持)泵最低压力标准(16bar),当缸体柱塞腔所形成的16bar压力通过滑靴中心孔对滑靴与斜盘间形成了有效静压油膜,如果滑靴孔径小,油模厚度就很薄很难维持静压关系,如果滑靴孔径过大,是有效的形成的静压油模厚度,但又造成多余的泄漏量,通过不断的测试与试验,日本认为滑靴中心孔径是在Φ2.15,是能满足滑靴在低压状态下能够升成最佳静压油模。滑靴中心孔Φ1.7与Φ2.15区别是后者通流面积比前者大了1.6倍。
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