CrSiN薄膜涂層對提高液壓活塞泵低轉(zhuǎn)速扭矩效率影響

1、CrSiNCrSiN薄膜涂層對提高液壓活塞薄膜涂層對提高液壓活塞泵低轉(zhuǎn)速扭矩效率的影響泵低轉(zhuǎn)速扭矩效率的影響匯報(bào)人：安惠匯報(bào)人：安惠摘要摘要 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(shí)用液壓泵。此時(shí)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(xiàng)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

2、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(jì)。123斜軸式軸向斜軸式軸向柱塞泵電液柱塞泵電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)基執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)本結(jié)構(gòu)影響配流盤影響配流盤上摩擦扭矩上摩擦扭矩的重要因素的重要因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果及其結(jié)果與討論與討論基本思路基本思路圖圖1 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)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斜軸式軸向斜軸式軸向柱塞泵電液柱塞泵電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)基執(zhí)行機(jī)構(gòu)基

3、本結(jié)構(gòu)本結(jié)構(gòu)影響配流盤影響配流盤上摩擦扭矩上摩擦扭矩的重要因素的重要因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果及其結(jié)果與討論與討論基本思路基本思路 1)1()1(T1fpcviNiPcvFrPAr N N 活塞的總數(shù) P Pi i 每個油缸室的壓力 r rc c 油缸室壓力的力矩臂 v摩擦系數(shù)iNiPPPAF1pA油缸室壓力活塞的工作區(qū) 平衡系數(shù)123斜軸式軸向斜軸式軸向柱塞泵電液柱塞泵電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)基執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)本結(jié)構(gòu)影響配流盤影響配流盤上摩擦扭矩上摩擦扭矩的重要因素的重要因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果及其結(jié)果與討論與討論基本思路基本思路實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器測試原理圖測試原理圖實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4、實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 分分 析析圖2 實(shí)驗(yàn)所用缸筒和配流盤尺寸實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器測試原理圖測試原理圖實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 分分 析析圖3 摩擦磨損測試原理圖實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器測試原理圖測試原理圖實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 分分 析析 實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)條件 I I IIII 缸筒缸筒材料和表面處理材料和表面處理?xiàng)l件條件 AISI 4340, AISI 4340, 滲氮處理滲氮處理 AISI 4340 AISI 4340，滲氮，滲氮 及鍍及鍍CrSiNCrSiN鍍層鍍層 H Hv v 614.5 614.5 2218 2218Ra(Ra(m)m)實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)前 0.114 0.1

5、14 0.083 0.083 配流盤配流盤 材料材料 青銅青銅 青銅青銅 H Hv v 123.5 123.5 123.5 123.5Ra(Ra(m)m)實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)前 0.068 0.068 0.073 0.073實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器測試原理圖測試原理圖實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 分分 析析 由圖可知在轉(zhuǎn)速100rpm到800rpm范圍內(nèi)，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，而的摩擦系數(shù)幾乎不受負(fù)載影響。 根據(jù)式（1)計(jì)算出缸筒與配流盤的摩擦轉(zhuǎn)矩，其中，摩擦系數(shù)由實(shí)驗(yàn)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

6、轉(zhuǎn)速度為50rpm時(shí)，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s的函數(shù)。因?yàn)榛钊玫幕钊麛?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(jì)算機(jī)計(jì)算的摩擦轉(zhuǎn)矩如圖6所示。圖6 配流盤摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算值(p=100 bars, s=50 rpm).以上求得，中的摩擦轉(zhuǎn)矩平均值為0.142 Nm而中的摩擦轉(zhuǎn)矩平均值為0.078 Nm。 在這項(xiàng)研究中，把通過鍍CrSiN膜而提高的轉(zhuǎn)矩效率定義為 未鍍膜的鍍膜的)100( -)100(fbiifbiitTTTTTTTT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?yàn)楸扰淞鞅P的小很多所以忽略不計(jì)。 理想的輸入轉(zhuǎn)矩可以表示為lpiPDT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