液壓傳動的磨損

1、 液壓污染與磨損簡介 液壓系統(tǒng)污染物的種類和特性液壓系統(tǒng)污染物的種類和特性 污染磨損機理污染磨損機理 典型液壓元件的磨損典型液壓元件的磨損 液壓系統(tǒng)污染物的種類和特性 1、污染物污染物是指液壓系統(tǒng)中油液中對系統(tǒng)起危害作用的物質。2、污染物的種類油液中的污染物的存在形式根據(jù)其物理狀態(tài)可分為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。 固體污染物通常以顆粒狀存在于系統(tǒng)油液中，包括有：金剛石切屑硬質顆粒硅沙灰塵 磨損的金屬金屬氧化物 固體顆粒添加劑/水的凝聚物軟質顆粒油料的分解物與聚合物棉紗纖維 液態(tài)污染物主要是外界侵入的游離水及溶解水和氯及其它鹵化物。氣態(tài)污染物主要是空氣。3、污染物的來源系統(tǒng)油液中污染物的來源主要有以下四

2、個方面：（1）系統(tǒng)固有的污染物：系統(tǒng)及元件在加工、裝配、包裝、存儲和運輸過程中殘留的污染物。（2）系統(tǒng)產(chǎn)生的污染物：系統(tǒng)元件磨損產(chǎn)生的顆粒、管道內(nèi)的銹蝕剝落物以及油液氧化和分解產(chǎn)生的顆粒與膠狀物質等。（3）外界侵入的污染物：通過油箱通氣孔，油缸軸封，泵的軸封等侵入系統(tǒng)的污染物。（4）維修產(chǎn)生的污染物：系統(tǒng)維修、油料補充帶入的污染物。 污染物 外部侵入 內(nèi)部產(chǎn)生 維護 操作 制造時 運營時液壓系統(tǒng)污染物的種類和特性液壓系統(tǒng)污染物的種類和特性4、污染物的危害 油液污染直接影響液壓系統(tǒng)的工作可靠性和元件的使用壽命，國內(nèi)外資料表明，液壓系統(tǒng)的故障大約有70%是由于油液污染引起的。油液污染對系統(tǒng)的危害主

3、要有以下幾方面：（1）元件的污染磨損 油液中的污染物引起元件各種形式的磨損。固體顆粒進入元件運動副間隙內(nèi)，對零件表面產(chǎn)生切削磨損或疲勞磨損。高速液流中的固體顆粒對零件表面的沖擊引起沖蝕磨損。油液中的水和油液氧化變質的生成物對元件產(chǎn)生腐蝕作用。此外，系統(tǒng)油液中的空氣引起氣蝕，導致元件表面剝蝕和破壞。 （2）元件堵塞與卡緊故障 固體顆粒堵塞液壓閥的間隙和孔口，引起閥芯阻滯和卡緊，影響閥的工作性能，甚至導致動作失靈，造成系統(tǒng)故障。（3）加速油液性能劣化 油液中的水和空氣以及熱能是油液氧化的必要條件，而油液中的金屬微粒對油液氧化起作重要的催化作用。 此外，油液中的水和懸浮氣泡顯著降低運動副間油膜的強度

4、，使?jié)櫥阅芙档汀?液壓系統(tǒng)污染物的種類和特性液壓系統(tǒng)污染物的種類和特性污染磨損機理磨損是機器運轉中普遍存在的一個嚴重問題，是液壓系統(tǒng)元件失效的主要原因。油液中的固體顆粒污染物是引起元件磨損最主要的因素，由于它和元件表面的相互作用產(chǎn)生各種形式的磨損，導致元件表面損壞和性能下降。此外，油液中的水、有害化學物質和空氣等污染物還會引起元件的腐蝕和氣蝕，同樣造成元件的磨損。 污染磨損的形式和機理如下： 污染磨損機理 腐蝕磨損 磨粒磨損 氣蝕磨損 水和化學物對 固體顆粒物對 氣泡破裂對表面的化學作用 表面的機械作用 表面的沖擊作用 切削磨損 疲勞磨損 粘著磨損 沖蝕磨損切削磨損如圖1所示，切削磨損導致：

5、尺寸改變產(chǎn)生泄漏效率減低產(chǎn)生新顆粒，導致磨損加劇進入元件運動副間隙內(nèi)的堅硬固體顆粒物嵌入在其中材料較軟的零件表面上，猶如切削刀具，在相對運動中將另一零件表面材料切削下來。與運動副間隙相仿或略大的顆粒是最危險的，要保護運動副表面不受磨損，就必須濾除大小與運動間隙尺寸相仿的顆粒。 圖 1 切削磨損 1、切削磨損、切削磨損疲勞磨損如圖2所示，當固體顆粒進入運動副間隙中，在碾壓和滾動下，顆粒將零件表面犁出溝槽，但不產(chǎn)生切屑。以上過程主要是材料的塑性變形，形成凸起的溝槽，使材料產(chǎn)生錯位，從而削弱了材料的強度，由此引起表面粗糙度增大和材料錯位導致材料表面疲勞。 圖 2 疲勞磨損2、疲勞磨損、疲勞磨損粘著磨

6、損如圖3所示，在超載負荷、低速運轉和/或流體粘度降低，都會降低油膜厚度進而發(fā)生金屬對金屬的直接接觸。這樣金屬表面的凸點會彼此發(fā)生“冷焊”而粘在一起，當相對移動時這些冷焊點被剪下而產(chǎn)生金屬顆粒。 圖3 粘著磨損 3、粘著磨損、粘著磨損沖蝕磨損如圖4所示，沖蝕磨損是由顆粒沖擊元件表面或棱邊，因沖擊動量造成表面材料剝落而產(chǎn)生的磨損。此類磨損在承受高j流速的元件中最為常見，如伺服閥、比例閥。顆粒對表面的連續(xù)撞擊，也會使元件表面凹陷，最終產(chǎn)生疲勞磨損。 圖 4沖蝕磨損 4、沖蝕磨損、沖蝕磨損典型液壓元件的磨損液壓系統(tǒng)中，顆粒污染物使元件磨損加劇，系統(tǒng)工作性能變壞，壽命縮短，甚至損壞。對于泵類元件，污染顆

7、粒使泵的相對運動部件，如柱塞泵中的柱塞和缸孔、滑履和斜盤，葉片泵中的葉片和葉片槽、轉子端面和配流盤，齒輪泵中的齒輪端面和側板、齒輪和殼體等零件的磨損。對于閥類零件，污染顆粒會加速滑動面和控制孔口的磨損，堵塞節(jié)流孔或阻尼孔，使閥的性能變壞或動作失靈。對于液壓缸，污染顆粒會加速密封件的磨損，使泄漏量增大。對于軸承，污染顆粒會造成軸承和軸頸的嚴重磨損，使摩擦阻力增大并導致旋轉部件的不平衡，最終使軸承和軸失效。典型液壓元件污染失效形式如下：1、液壓泵磨損 液壓泵磨損如圖5所示，液壓泵是對污染物最敏感的元件之一，間隙尺寸顆粒會加劇泵的磨損，從而導致泄漏量增大，溫度升高，泵的壓力降低以及效率降低。 圖 5

8、-1 齒輪泵磨損 圖 5-2 葉片泵磨損 齒輪泵齒輪泵 葉片泵葉片泵 柱塞泵柱塞泵 動態(tài)間隙 動態(tài)間隙 動態(tài)間隙 齒輪與側板：0.55m 葉片側面：513m 柱塞與柱塞孔：540m 齒頂與殼體：0.55m 葉片頂端：0.51m 配流盤與缸體：0.55m圖 5-3 柱塞泵磨損2、液壓閥磨損 液壓閥磨損如圖6所示，液壓閥是液壓系統(tǒng)中對污染比較敏感的元件，特別是精密控制閥，其對污染的敏感性都高于其它任何元件，極易造成磨損和粘著，使閥門反應動作慢、不穩(wěn)定或卡死。 圖 6 液壓閥磨損 典型液壓閥動態(tài)間隙值典型液壓閥動態(tài)間隙值伺服閥 14m比例閥 16m方向控制閥 28m間隙尺寸顆粒間隙尺寸顆粒 會導致會

9、導致響應慢，不穩(wěn)定閥芯卡死/靜摩擦表面腐蝕吸入式電磁線圈燒毀安全系統(tǒng)失效3、液壓缸磨損液壓缸磨損如圖7所示，污染物的侵入，主要是通過液壓缸活塞桿及密封件。外伸的活塞桿，其上的油膜會粘附周圍環(huán)境中的污染顆粒，當活塞桿回到液壓缸中，系統(tǒng)中的流體會把這些顆粒由活塞桿上沖到液壓油中。試驗表明，每掃過1cm2的活塞桿面積，將有一個大于10m的顆粒進入油缸，顆粒的磨損將造成漏油、失速等故障。圖 7 液壓缸磨損間隙尺寸污染顆粒的影響 活塞桿密封件磨損： 漏油損失 青銅導向套密封件磨損： 無法直線運動 活塞密封件磨損： 油缸速度降低，荷載能力下降 活塞軸承磨損： 同軸度變差 軸承磨損如圖8所示。在滾動和滑動接觸的軸承中，一層薄油膜把球與套圈或軸瓦表面與軸分開。只要在運動件之間沒有直接接觸，軸承的預期疲勞壽命就幾乎是無限的。發(fā)生