CrSiN薄膜涂层对提高液压活塞泵低转速扭矩效率影响

1、CrSiNCrSiN薄膜涂层对提高液压活塞薄膜涂层对提高液压活塞泵低转速扭矩效率的影响泵低转速扭矩效率的影响汇报人：安惠汇报人：安惠摘要摘要 在电液执行机构中仅在需要直接补偿输入命令和输出位置的控制误差工况时用液压泵。此时动作不稳定且不连续，这就使泵内部零件润滑不良。轴向柱塞泵的钢基缸筒在软配流盘上旋转，其接触是滑动接触。这些部件间不稳定的润滑会引起配流盘的快速磨损。在这项研究中，为了改善低速、混合润滑条件下缸筒与配流盘的摩擦的接触表面，即在缸筒表面沉积CrSiN薄膜。与原来的没有镀层的缸筒比较，镀CrSiN薄膜层的缸筒表现出很低的摩擦系数和低的配流盘磨损系数。此外，没有镀膜的缸筒摩擦系数会随

2、负载的增大而增大，而镀CrSiN薄膜的缸筒摩擦系数几乎不受负载影响。如果这些优势表现为测试泵的转矩效率，则在输出压力300bar，转速为100rpm工况下其效率可提高1.3% 多。与镀CrSiN薄膜层的缸筒配合的配流盘的磨损率可以忽略不计。123斜轴式轴向斜轴式轴向柱塞泵电液柱塞泵电液执行机构基执行机构基本结构本结构影响配流盘影响配流盘上摩擦扭矩上摩擦扭矩的重要因素的重要因素进行实验进行实验及其结果及其结果与讨论与讨论基本思路基本思路图图1 1 带有斜轴式轴向柱塞泵的电液执行机构基本结构带有斜轴式轴向柱塞泵的电液执行机构基本结构123斜轴式轴向斜轴式轴向柱塞泵电液柱塞泵电液执行机构基执行机构基

3、本结构本结构影响配流盘影响配流盘上摩擦扭矩上摩擦扭矩的重要因素的重要因素进行实验进行实验及其结果及其结果与讨论与讨论基本思路基本思路 1)1()1(T1fpcviNiPcvFrPAr N N 活塞的总数 P Pi i 每个油缸室的压力 r rc c 油缸室压力的力矩臂 v摩擦系数iNiPPPAF1pA油缸室压力活塞的工作区 平衡系数123斜轴式轴向斜轴式轴向柱塞泵电液柱塞泵电液执行机构基执行机构基本结构本结构影响配流盘影响配流盘上摩擦扭矩上摩擦扭矩的重要因素的重要因素进行实验进行实验及其结果及其结果与讨论与讨论基本思路基本思路实验仪器实验仪器测试原理图测试原理图实验条件实验条件实验结果实验结果

4、实实 验验 分分 析析图2 实验所用缸筒和配流盘尺寸实验仪器实验仪器测试原理图测试原理图实验条件实验条件实验结果实验结果实实 验验 分分 析析图3 摩擦磨损测试原理图实验仪器实验仪器测试原理图测试原理图实验条件实验条件实验结果实验结果实实 验验 分分 析析 实验条件实验条件 I I IIII 缸筒缸筒材料和表面处理材料和表面处理条件条件 AISI 4340, AISI 4340, 渗氮处理渗氮处理 AISI 4340 AISI 4340，渗氮，渗氮 及镀及镀CrSiNCrSiN镀层镀层 H Hv v 614.5 614.5 2218 2218Ra(Ra(m)m)实验前实验前 0.114 0.1

5、14 0.083 0.083 配流盘配流盘 材料材料 青铜青铜 青铜青铜 H Hv v 123.5 123.5 123.5 123.5Ra(Ra(m)m)实验前实验前 0.068 0.068 0.073 0.073实验条件实验条件实验仪器实验仪器测试原理图测试原理图实验条件实验条件实验结果实验结果实实 验验 分分 析析 由图可知在转速100rpm到800rpm范围内，中的摩擦系数都不到I的1/2且I中的摩擦系数随负载变化而变化，而的摩擦系数几乎不受负载影响。 根据式（1)计算出缸筒与配流盘的摩擦转矩，其中，摩擦系数由实验确定，缸室压力Pi也可测得如图5。如图5所示，当出口压力为100bars旋

6、转速度为50rpm时，Pi是图4 摩擦系数的测量图5 随旋转角的变化油缸室压力的变化范围轴旋转角s的函数。因为活塞泵的活塞数目是5，随着泵轴旋转缸室依次移相位角72。所以由式（1）确定的摩擦转矩也会按72为周期变化。利用图4的数据根据式（1)用计算机计算的摩擦转矩如图6所示。图6 配流盘摩擦转矩的计算值(p=100 bars, s=50 rpm).以上求得，中的摩擦转矩平均值为0.142 Nm而中的摩擦转矩平均值为0.078 Nm。 在这项研究中，把通过镀CrSiN膜而提高的转矩效率定义为 未镀膜的镀膜的)100( -)100(fbiifbiitTTTTTTTT此处Ti和Tb分别表示轴承的理想力矩和摩擦力矩。而活塞的摩擦力矩因为比配流盘的小很多所以忽略不计。 理想的输入转矩可以表示为lpiPDT此处Dp表示泵的体积排量。 轴齿轮的摩擦力矩是通过摩擦测定仪测量的，如图7所示。此处，缸筒和配流盘用一个轴承的内外圈代替。 图7 轴齿轮的摩擦转矩 图8描述了在输出压力为100bar到300bar、轴转速为50rpm到500rpm范围内 的变化范围。随着出口压力的增大和转速的降低，镀CrSiN膜的优势也越来越显著。因此可以说CrSiN镀膜显著提高泵在低速高负载工况下的效率。这也是它应用于电液执行机构的重要