這兩天看《當(dāng)代鍛造》學(xué)術(shù)期刊采訪油壓研究者馬明東的記錄片，馬明東與日本川崎泵油壓研究者交流時(shí)，對(duì)方直截了當(dāng)?shù)母嬖V他：中國(guó)能在十年后弄清楚軸向滾輪泵各項(xiàng)磨擦副就不錯(cuò)了。所以問(wèn)題來(lái)了，油壓滾輪泵的磨擦副有所以難做嗎？
軸向滾輪泵
當(dāng)代油壓中，油壓滾輪泵做為能量的執(zhí)行裝置，是油壓系統(tǒng)的核心理念組件之一。以軸向滾輪泵為例，它比軸向滾輪泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、鍛造成本更低、端面配流內(nèi)部結(jié)構(gòu)更易同時(shí)實(shí)現(xiàn)K568表達(dá)式，廣泛用于機(jī)械設(shè)備、船舶等領(lǐng)域。
1905年，美國(guó)的技師Janny將石蠟做為傳動(dòng)裝置電介質(zhì)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了世界上首臺(tái)斜碟式軸向滾輪泵，到現(xiàn)在滾輪泵的發(fā)展已有110多年了。雖然滾輪泵細(xì)節(jié)上發(fā)生了很大改變，但是滾輪泵的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)并沒(méi)有變化，尤其是其中的四組關(guān)鍵性磨擦副，這些磨擦副長(zhǎng)期處于高速、高速旋轉(zhuǎn)和空載等嚴(yán)酷旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下，磨擦副就成為決定滾輪泵使用壽命、安全性和性能的關(guān)鍵組件。
K3VG系列軸向滾輪泵左圖
第四組關(guān)鍵性磨擦副為內(nèi)部模版中的滑靴與斜盤(pán)逐步形成的滑靴副。滑靴軸向體育運(yùn)動(dòng)時(shí)還圍繞切入點(diǎn)做直線體育運(yùn)動(dòng)，在冷卻液的黏性磨擦下，滑靴會(huì)自身旋轉(zhuǎn)，體育運(yùn)動(dòng)特性很復(fù)雜。核心理念內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)路子是建立良好的潤(rùn)滑劑膠體，減少磨擦副破損，國(guó)際主流的膠體內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法為氣動(dòng)力車(chē)軸法和余下壓入力法。當(dāng)然，膠體潤(rùn)滑劑前金屬之間也有破損，磨擦副的取材同樣關(guān)鍵，如采用皮德蓋和鐵基的張佩佩采用，ZQA19-4和QT60-2做磨擦副，鐵滑靴可選用冷成形加工，再深TNUMBERAP，斜盤(pán)多選用表層二氧化提高耐腐蝕性，這也讓我想起自己開(kāi)發(fā)不銹鋼齒輪泵時(shí)的深TNUMBERAP、表層二氧化了。
第四組為滾輪與剎車(chē)片逐步形成的滾輪副。工作時(shí)滾輪在剎車(chē)片內(nèi)做軸向翻轉(zhuǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)滾輪泵的凝膠和毛脈，它會(huì)受到滑靴的離心力和銷(xiāo)釘磨擦力等靜電力，導(dǎo)致滾輪存在諧振加速度，加快它的破損，減少破損的路子多為開(kāi)均壓槽。這個(gè)路子很像閥桿的均壓槽！滾輪副的配合間歇也要謹(jǐn)慎選擇，過(guò)大會(huì)加大外泄，過(guò)小會(huì)回退，一般取滾輪直徑的萬(wàn)分之一為間歇值。
壓力平衡槽對(duì)閥芯的橫向力影響，張海平某著作
第四組為剎車(chē)片和配油盤(pán)逐步形成的配流副。配流機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)路子較多，氣動(dòng)力車(chē)軸法、余下壓入法和綜合內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法。內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理同滑靴副的膠體內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法，取材也是。
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為了提升功重比，產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向一般為大排量、超高速旋轉(zhuǎn)。國(guó)外壓力發(fā)展路線一般為21MPa/28MPa/35MPa/56MPa，當(dāng)國(guó)內(nèi)還處在21MPa、28MPa階段時(shí)，國(guó)外已以35MPa為主流，并正向56MPa發(fā)展。新的發(fā)展方向需要新型的材料和測(cè)試技術(shù)支撐，目前也發(fā)展出了膠體壓力場(chǎng)試驗(yàn)、膠體溫度場(chǎng)試驗(yàn)等新的測(cè)試方法。
軸向滾輪泵工作原理
2014年哈工大的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目對(duì)滾輪泵的四組磨擦副使用壽命、軸承使用壽命和零件的強(qiáng)度做了詳細(xì)的試驗(yàn)研究。對(duì)上述四組磨擦副給出的結(jié)論是：粗糙度、材料種類(lèi)和硬度是影響破損的主要因素，其中粗糙度對(duì)磨擦副影響量最大；試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用錳黃銅HMn58-3與20CrMnTi合金鋼碳氮共滲配合的磨擦副破損情況最為良好。
清華大學(xué)的磨擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的李玉龍做了更深入的研究。2020年收稿的研究表明，適當(dāng)?shù)谋韺涌棙?gòu)和表層處理方式可以提高滾輪泵磨擦副表層的耐腐蝕性和膠體承載能力，減少磨擦破損。例如金屬涂層、金屬陶瓷涂層、類(lèi)金剛石碳涂層、納米涂層、固體潤(rùn)滑劑涂層等等的表明涂層方式，碳氮共滲、滲硫、氮碳硫多元共滲等等的表層離子擴(kuò)滲方式。
表層離子擴(kuò)滲方式對(duì)磨擦系數(shù)的影響
做好大排量、超高速旋轉(zhuǎn)滾輪泵，對(duì)技術(shù)、工藝、后續(xù)處理等要求較高，近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)的進(jìn)步，高速旋轉(zhuǎn)滾輪泵國(guó)產(chǎn)替代步伐加快，產(chǎn)品規(guī)格、功能也越來(lái)越多樣化。
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太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長(zhǎng)權(quán)龍教授說(shuō)：我國(guó)油壓工業(yè)較發(fā)達(dá)國(guó)家起步晚，鍛造的滾輪泵在性能上、采用使用壽命和安全性方面較國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品尚有一定差距。近年來(lái)我們與國(guó)外的差距正在不斷縮小，隨著行業(yè)和企業(yè)的重視，這個(gè)差距會(huì)越來(lái)越小。
