CrSiN薄膜涂层对提高液压活塞泵低转速扭矩效率的影响

CrSiN薄膜涂层对提高液压活塞泵低转速扭矩效率的影响汇报人：安惠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斜轴式轴向柱塞泵电液执行机构基本结构影响配流盘上摩擦扭矩的重要因素进行实验及其结果与讨论基本思路图1带有斜轴式轴向柱塞泵的电液执行机构基本结构123斜轴式轴向柱塞泵电液执行机构基本结构影响配流盘上摩擦扭矩的重要因素进行实验及其结果与讨论基本思路N活塞的总数Pi

每个油缸室的压力

rc

油缸室压力的力矩臂

摩擦系数油缸室压力活塞的工作区

β

平衡系数123斜轴式轴向柱塞泵电液执行机构基本结构影响配流盘上摩擦扭矩的重要因素进行实验及其结果与讨论基本思路实验仪器测试原理图实验条件实验结果实验分析图2实验所用缸筒和配流盘尺寸实验仪器测试原理图实验条件实验结果实验分析图3摩擦磨损测试原理图实验仪器测试原理图实验条件实验结果实验分析

实验条件

I

II

缸筒材料和表面处理条件AISI4340,

渗氮处理AISI4340，渗氮及镀CrSiN镀层Hv614.52218Ra(μm)实验前0.1140.083

配流盘材料

青铜

青铜Hv123.5123.5Ra(μm)实验前0.0680.073实验条件实验仪器测试原理图实验条件实验结果实验分析

由图可知在转速100rpm到800rpm范围内，Ⅱ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Ⅱ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θs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(pℓ=100

bars,ωs=50rpm).以上求得，Ⅰ中的摩擦转矩平均值为0.142Nm而Ⅱ中的摩擦转矩平均值为0.078Nm。

在这项研究中，把通过镀CrSiN膜而提高的转矩效率定义为

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性能指标。

图8