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浅谈航空液压泵寿命影响因素

2019/12/24 阅读:

摘要:航空液压泵温度的提升会对泵的寿命产生影响,主要原因是摩擦副油膜的特性在发生改变,导致润滑摩擦出现劣化现象,从而使磨损加速。温度、油膜特性对航空液压泵的寿命产生直接的影响。鉴于此,本文立足航空液压泵的寿命问题,简要分析了航空液压泵的寿命影响因素,以期对今后的使用和研究提供建议。

关键词:航空液压泵;寿命;影响因素;温度;磨损

关于航天液压泵使用寿命的问题,一直是航天工程领域着重关注和进行多次广泛探讨的问题,而为了延长其使用寿命,技术团队也进行了诸多实验和创新。结果表明,污染水平、排量、压力、转速以及介质温度等都可能对航空液压泵的寿命产生影响。其中,温度升高可能使材料的机械性能逐步降低,加速磨损;转速也可能影响磨损,从而减少使用寿命;摩擦负荷加重,也会加速磨损,从而增加疲劳;斜盘的倾斜角度过大,可能使柱塞副径向载荷开始增加,同时会增加的还有运动部件载荷,从而加速二者的磨损,增加疲劳度;油液污染也会使磨粒磨损度加大。除此之外,液压泵使用寿命已到时,就可能出现老化、疲劳、磨损的情况,还伴随各种失控状况,所以要及时明确影响寿命的因素,以便不影响正常使用。根据以上内容,本文对航空液压泵的寿命影响因素进行了研究与分析。

1温度和航空液压泵磨损寿命的关系

液压柱塞泵的主要磨损形式是在弹性流体动力润滑且表面粗糙的情况下,导致的二体磨粒磨损。针对这一情况的分析和研究表明,在磨损过程中使用的模型为Archard模型以及它的改进形式,此类磨损模型可以在一定程度上将磨损量分析出来,从而根据部件材料性质、形状和受力等条件,推算出寿命使用情况。研究后发现,液压泵介质温度和摩擦副磨损的寿命无直接关联。但介质温度会对寿命产生间接的影响,首先它会对摩擦副表面的材料特性以及润滑介质的属性产生影响。因液压泵中运动部件之间不停的运动以及油液在压差流动,从而导致压力与摩擦功率均有损失,最终将此过程中产生的能量转化为热能。这其中有一些热能引起温度升高、油液的黏度也随之降低,承载力开始下降,进而可能引起润滑类型发生改变;而另一部分热能则被置于摩擦副金属面上,导致局部升温,同时油温会根据油膜形状发生温度变化,有时可能达到上百度,进而对金属壁材料的性质产生影响,或使泵磨损加速、产生黏着。从中可发现,摩擦副介质属性和温度分布对摩擦副油膜特性有直接影响,油膜流场特性、压力分布以及厚度等都会被影响。由此可见,油膜特性也直接影响着航天液压泵的摩擦副寿命。间接发现,介质温度会对液压泵寿命造成影响。在对温度和液压泵寿命的关联进行探索时,需要将温度场分布描述的问题进行解决,对流一固一热耦合进行分析、对黏弹性润滑磨损的情况进行分析等。

2油膜特性对液压泵寿命的影响

温度是影响液压泵摩擦副寿命的主要原因之一,所以要根据温度场分布等进行分析,才能得出最终结论。温度变化是由运动部件运动和油液流动等导致,所以温度会对部件的摩擦力产生影响。金属部件在受到高温压迫时,其形态会发生改变,从而导致润滑油膜形状出现变化,进而改变运动情况以及部件的姿态,再次导致温度变化。因此,温度和部件的运动是相互影响的。利用对外部压力以及温度的改变与金属部件变形的关系进行分析可以发现,温度变化引起油膜形状变化,对航天液压泵寿命的影响不容小觑。通过力学平衡方程这一方法可以推算出后期的加速度、速度和位移,从而发现另一可能对油膜形状造成影响的因素是运动部件运动于油液中。

3介质污染度和液压泵寿命之间的关系

在探讨关系之前,研究人员也做了一系列实验,包括基于试验模型的验证与校核。通过对污染度、温度等环境参数的改变以及对流量、压力、转速等工况参数的检测,进而实施针对摩擦副等关键部件以及对液压泵整体常规寿命、加速寿命等的试验,对油膜特性、结构状态参数以及解决性能参数进行实时的测量与数据分析等处理,这种方式是检验和预计模型寿命的关键一步。经过实验可发现,介质污染度对液压泵磨损寿命的影响程度亦不容小觑。对污染度和磨损寿命的关系进行探索时,必须使用成熟且相对稳定的润滑磨粒磨损模型进行实验,进一步开展并研究分析针对液压泵摩擦副磨损情况的影响因素。考虑到关键影响因素对寿命预计模型的影响,在进行相关的研究后,发现介质温度和污染度这两个重要的环境参数,严重影响着航空液压泵寿命,其他方面如结构形式、流量、转速、输出压力等也对液压泵寿命的工况参数与关键结构产生着或多或少的影响。在验证时,还要对典型失效机理加以考虑,将寿命预计模型建立在失效物理分析的基础上,这也是进行加速寿命试验过程中的关键点。

4液压泵磨损寿命的分析

一般情况下,进行磨损量的实时测量不容易实现,在分析探讨磨损主要影响因素以及预测磨损情况方面仍存在诸多不确定性。所以近年来研究者们研究泵磨损特性,主要还是将注意力集中于泵关键摩擦副的磨损方面。而在分析和探讨影响因素以及磨损寿命的过程中大都采用实验和仿真的方法,利用模型进行理论分析和数值的推测。一些研究人员利用相较有参考意义的试验手段对节流孔尺寸进行了对比分析,并观察了滑靴结构尺寸和斜盘倾角对滑靴副润滑情况产生的影响,而后进行试验结论的总结,基于此结论对优化滑靴副的性能和设计提供了可行性理论或实践建议。还有一些研究人员在实验的过程中对摩擦的力矩、滑靴副在不同转速下的泄漏量、柱塞腔压力、柱塞阻尼孔直径以及滑靴表面粗糙度的影响做出了研究和分析。某著名工业大学也对磨损情况进行了专项的实验,利用实验中所需用到的往复式摩擦磨损试验机开始了实验过程,并将实验过程中产生的由软材料和硬材料组成的摩擦副数据记录了下来,并观察其磨损情况,结果显示,材料表面的粗糙度以及硬度与磨损量摩擦因数之间存在很大关联,材料的质量问题严重影响着磨损的寿命。但试验受到了各种技术手段的限制,所以结果相对定性,无更全面的参考价值,只可以作为磨损分析的参考数据供研究人员酌情使用。所以研究人员开始在此情况的基础上,创新发展了利用数值方法进行仿真分析磨损量的试验方法。在对模型试验结果进行理论分析的过程中,研究人员还提出了运用多尺度数据作为支持,使用向量机预测方法进行实验,而该方法是根据向量机进行时间序列预测时,所产生的数据和基本理论,进行相空间重构以及多尺度分解方法相结合的方式,进行航空柱塞泵回油流量的预测,从而进一步检测磨损量。某著名航空航天大学也据此建立了相关模型以及对润滑摩擦情况进行分析的预测航空液压泵寿命的模型。在仿真方面也有研究人员提出了利用FFT计算压力以及可以进行弹-塑性变形的一种磨损模型,其主要被用于仿真测量平面时变磨损情况,并取得了相对来说吻合度比较高的实验结果。在分析部件运动以及外部受力问题的过程中,主要涉及的是理论力学相关知识和手段,通过这一方法对部件运动情况以及其外部载荷进行了细致的分析。而在分析流体润滑的过程中,主要是观测摩擦系数以及润滑状态,柱塞副的情况表明,利用Stribeck轴承曲线对润滑油状态进行描述,可以得到正确结果。而在进行关键副状态的分析时,可以利用CFD的方式,采用软件建模或解析等进行分析。从中得出润滑状态和摩擦系数的关系,主要为摩擦系数何最小油膜厚度之间的问题。在进行磨损量分析时,关于Archard模型中摩擦和磨损系数之间的关系,是许多理论试验进行验证而得出的结论,磨损行程与载荷之前是相互对应、不可分割的关系。所以在进行磨损分析后,要开始衡量与考虑磨损量和寿命有什么关系,在考量的过程中,所需的判断依据为总效率、回油量以及额定流量。根据最终试验验证结果来说,存在于柱塞泵内部的磨损部件,其磨损程度如果没有破坏液压泵主体结构,则很难进行测量,所以利用以上数据作为判断寿命的依据,可为测量提供方便,且便于对比。

5结语

综上所述,在进行航空液压泵寿命影响因素的研究和分析中,运用到了许多实验方式,并取得了相对可观的研究成果。影响航空液压泵寿命的因素包括温度、环境、介质污染度以及油膜特性等。这些对今后的研究和工程建设有一定的参考意义,但如果想实现对影响因素和寿命关系的定量描述,进一步提高液压泵寿命,则还需进行多次研究以及技术创新。

参考文献:

[1]李平,李帮,刘胜.航空液压泵气蚀理论分析与试验验证[J].航空维修与工程,2016,(1):43-44.

作者:高飞 单位:海装上海局驻南京地区第四军事代表室

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