CrSiN薄膜涂層對提高液壓活塞泵低轉(zhuǎn)速扭矩效率的影響

CrSiN薄膜涂層對提高液壓活塞泵低轉(zhuǎn)速扭矩效率的影響匯報人：安惠摘要在電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)中僅在需要直接補(bǔ)償輸入命令和輸出位置的控制誤差工況時用液壓泵。此時動作不穩(wěn)定且不連續(xù)，這就使泵內(nèi)部零件潤滑不良。軸向柱塞泵的鋼基缸筒在軟配流盤上旋轉(zhuǎn)，其接觸是滑動接觸。這些部件間不穩(wěn)定的潤滑會引起配流盤的快速磨損。在這項研究中，為了改善低速、混合潤滑條件下缸筒與配流盤的摩擦的接觸表面，即在缸筒表面沉積CrSiN薄膜。與原來的沒有鍍層的缸筒比較，鍍CrSiN薄膜層的缸筒表現(xiàn)出很低的摩擦系數(shù)和低的配流盤磨損系數(shù)。此外，沒有鍍膜的缸筒摩擦系數(shù)會隨負(fù)載的增大而增大，而鍍CrSiN薄膜的缸筒摩擦系數(shù)幾乎不受負(fù)載影響。如果這些優(yōu)勢表現(xiàn)為測試泵的轉(zhuǎn)矩效率，則在輸出壓力300bar，轉(zhuǎn)速為100rpm工況下其效率可提高1.3%多。與鍍CrSiN薄膜層的缸筒配合的配流盤的磨損率可以忽略不計。123斜軸式軸向柱塞泵電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)影響配流盤上摩擦扭矩的重要因素進(jìn)行實驗及其結(jié)果與討論基本思路圖1帶有斜軸式軸向柱塞泵的電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)123斜軸式軸向柱塞泵電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)影響配流盤上摩擦扭矩的重要因素進(jìn)行實驗及其結(jié)果與討論基本思路N活塞的總數(shù)Pi

每個油缸室的壓力

rc

油缸室壓力的力矩臂

摩擦系數(shù)油缸室壓力活塞的工作區(qū)

β

平衡系數(shù)123斜軸式軸向柱塞泵電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)影響配流盤上摩擦扭矩的重要因素進(jìn)行實驗及其結(jié)果與討論基本思路實驗儀器測試原理圖實驗條件實驗結(jié)果實驗分析圖2實驗所用缸筒和配流盤尺寸實驗儀器測試原理圖實驗條件實驗結(jié)果實驗分析圖3摩擦磨損測試原理圖實驗儀器測試原理圖實驗條件實驗結(jié)果實驗分析

實驗條件

I

II

缸筒材料和表面處理條件AISI4340,

滲氮處理AISI4340，滲氮及鍍CrSiN鍍層Hv614.52218Ra(μm)實驗前0.1140.083

配流盤材料

青銅

青銅Hv123.5123.5Ra(μm)實驗前0.0680.073實驗條件實驗儀器測試原理圖實驗條件實驗結(jié)果實驗分析

由圖可知在轉(zhuǎn)速100rpm到800rpm范圍內(nèi)，Ⅱ中的摩擦系數(shù)都不到I的1/2且I中的摩擦系數(shù)隨負(fù)載變化而變化，而Ⅱ的摩擦系數(shù)幾乎不受負(fù)載影響。根據(jù)式（1)計算出缸筒與配流盤的摩擦轉(zhuǎn)矩，其中，摩擦系數(shù)由實驗確定，缸室壓力Pi也可測得如圖5。如圖5所示，當(dāng)出口壓力為100bars旋轉(zhuǎn)速度為50rpm時，Pi是圖4摩擦系數(shù)的測量圖5隨旋轉(zhuǎn)角的變化油缸室壓力的變化范圍軸旋轉(zhuǎn)角θs的函數(shù)。因為活塞泵的活塞數(shù)目是5，隨著泵軸旋轉(zhuǎn)缸室依次移相位角72°。所以由式（1）確定的摩擦轉(zhuǎn)矩也會按72°為周期變化。利用圖4的數(shù)據(jù)根據(jù)式（1)用計算機(jī)計算的摩擦轉(zhuǎn)矩如圖6所示。圖6配流盤摩擦轉(zhuǎn)矩的計算值(p?=100

bars,ωs=50rpm).以上求得，Ⅰ中的摩擦轉(zhuǎn)矩平均值為0.142Nm而Ⅱ中的摩擦轉(zhuǎn)矩平均值為0.078Nm。

在這項研究中，把通過鍍CrSiN膜而提高的轉(zhuǎn)矩效率定義為

此處Ti和Tb分別表示軸承的理想力矩和摩擦力矩。而活塞的摩擦力矩因為比配流盤的小很多所以忽略不計。理想的輸入轉(zhuǎn)矩可以表示為此處Dp表示泵的體積排量。軸齒輪的摩擦力矩是通過摩擦測定儀測量的，如圖7所示。此處，缸筒和配流盤用一個軸承的內(nèi)外圈代替。

圖7軸齒輪的摩擦轉(zhuǎn)矩圖8描述了在輸出壓力為100bar到300bar、軸轉(zhuǎn)速為50rpm到500rpm范圍內(nèi)的變化范圍。隨著出口壓力的增大和轉(zhuǎn)速的降低，鍍CrSiN膜的優(yōu)勢也越來越顯著。因此可以說CrSiN鍍膜顯著提高泵在低速高負(fù)載工況下的效率。這也是它應(yīng)用于電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要性能指標(biāo)。

圖8