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液压泵作为液压系统的核心动力元件之一,广泛应用于工程机械、机床、汽车和石油化工设备等行业。而轴向柱塞泵和其他液压泵相比,具有结构紧凑、功率大等优点,故得到更为广泛的应用。随着轴向柱塞泵向高压、高速、大流量方向的发展,对轴向柱塞泵的各摩擦副的性能提出了更高的要求,而配流副又是轴向柱塞泵中关键的摩擦副之一。所以改善配流副的润滑特性,对于提高轴向柱塞泵的性能有着极其重要的意义。
表面织构技术是指在摩擦副表面加工出规律分布的微几何形状,因其具有降低摩擦、减小磨损等特点,引起了国内外学者的关注,并在磁介质存储、人工关节以及滑动轴承等方面得到了广泛的应用。表面织构技术的发展,为改善轴向柱塞泵配流副的摩擦学性能提供了一个新的途径。
为研究表面织构对轴向柱塞泵配流副润滑特性的影响,自行研制了一台试验机,该试验机模拟轴向柱塞泵的实际工作条件,可以连续调节加载力和出口压力的大小,并对试验所产生的数据进行采集和处理。
本研究采用光刻电解技术,在模拟配流盘的试件上加工出不同参数的微凹坑织构,试验中所设计的织构的主要参数有:微凹坑深度、微凹坑直径、凹坑面积率。通过在自行设计制造的试验机上对具有不同织构参数的试件进行摩擦学试验来研究织构参数对配流副摩擦磨损性能的影响。文中采用正交试验的设计方法,对微凹坑深度、微凹坑直径、凹坑面积率三因素分别取四个水平,试验时转速为600r/min,模拟轴向柱塞泵的工作压力为0.4MPa,取加载力为1000N条件下,连续运行4小时后上试件的磨损体积为试验指标。通过正交试验的分析,评价各参数对配流副的摩擦学性能的影响。
试验研究结果表明:与无织构的试件相比,通过在模拟配流盘的试件上合理地设计表面织构可以有效地降低配流副表面的摩擦系数,从而减小轴向柱塞泵由于配流副摩擦产生的能量损失。通过正交试验的数据分析发现影响配流副磨损性能的最主要的因素为微凹坑的面积率,其次为微凹坑深度,最后为凹坑直径,设计出的最优组合为微凹坑的深度为5μm,微凹坑直径为100μm,凹坑面积率10%。