第二章 液壓傳動裝置的可靠性壽命與傳動效率的影響因素

1、第二章 液壓傳動裝置的可靠性壽命與傳動效率的影響因素第一節(jié) 液壓元件性能參數及可靠性壽命第二節(jié) 動態(tài)載荷對液壓元件壽命的影響第三節(jié) 液壓元件的傳動效率第一節(jié) 液壓元件性能參數及可靠性壽命一、性能參數定義（柱塞泵、馬達） 額定壓力額定壓力pH：規(guī)定轉速范圍內連續(xù)運轉、并能保證設計壽命的最高輸出壓力。 最高壓力最高壓力pm ：允許短時運轉的最高輸出（輸入）壓力。 額定轉速額定轉速nH ：在額定壓力、規(guī)定的進油條件下，能保證設計壽命的最高名義轉速。 額定工況額定工況：最大排量、額定壓力、額定轉速下的工況。 Vmax 、 pH 、 nH二、可靠性定義及數量特征二、可靠性定義及數量特征 1 可靠性定義可

2、靠性定義：產品在規(guī)定的條件下和時間內，完成規(guī)定功能的能力。 規(guī)定的功能：全部功能； 規(guī)定的條件：負荷條件、環(huán)境條件、存放條件等； 規(guī)定時間：隨使用時間不同，完成規(guī)定功能的能力不同。 2 可靠性的數量特征可靠性的數量特征 （1）可靠度R(t)：產品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內完成規(guī)定功能的概率。)(11)(tFNNNNNtRR(t)：可靠度函數；F(t)：累積失效概率（不可靠度函數）；N：受試產品總數；N：失效數。 (2) 失效率失效率(t)：產品在時刻t后的一個單位時間內(t,t+1)的失效數與在該時刻尚正常工作的產品數之比。 失效密度失效密度f(t)：指產品在某一時間間隙內平均單位時間的失效頻率

3、)()()(11)(11)(1)(tRtftFtfnNNdtdnNnNdtdntdtdnNtfn(t)：t時刻的累積故障數 (3) 壽命壽命：液壓元件主要特征參數超過許用極限前的工作時間。 可修復產品可修復產品指兩次相鄰故障間的工作時間MTBF（mean time between failure）。 不可修復產品不可修復產品指失效前平均工作時間MTTF（mean time to failure）。 平均壽命平均壽命：產品壽命的平均值。 可靠壽命可靠壽命ta ：可靠度等于給定值a的無故障工作時間。 中位壽命中位壽命t0.5：可靠度為0.5時的壽命。10 )(111aaRttNtaNii注意：注意

4、：中位壽命與平均壽命含義不同，見表2.1。（4） 常見失效密度分布函數三 液壓元件的失效失效的分類失效判據四 液壓元件典型失效機理（疲勞、磨損、老化） 1 疲勞疲勞 金屬在交變應力或應變循環(huán)下，逐漸產生帶有選擇性的累積損傷，經過一段時間發(fā)生帶有局部特征的斷裂，即為金屬疲勞。 疲勞過程：裂紋產生、擴展、瞬時斷裂。 斷口形貌：疲勞擴展區(qū)、瞬時斷裂區(qū)。（1） 滾動零件的疲勞壽命滾動零件的疲勞壽命 國外一些液壓元件公司常用主軸承或其他關鍵運動副的疲勞損傷極限循環(huán)次數作為元件的壽命指標。 滾動軸承額定壽命計算公式：101001ppnnLL滾動軸承壽命還與潤滑條件有關。軸承尺寸愈大、轉速愈高、潤滑油粘度愈

5、大大油膜油膜參數（參數（Hmin/）愈大，壽命愈長。意大利DENISON丹尼遜公司(2) 缸體等壓力容腔類零件的疲勞強度缸體等壓力容腔類零件的疲勞強度液壓元件以107次循環(huán)確定耐久極限壓力，以106次循環(huán)確定額定壓力。不同循環(huán)次數下的疲勞極限壓力可以換算，其公式為：7pKKpNVn2 磨損磨損 1）磨損的形式）磨損的形式 磨料磨損：磨料顆粒侵入摩擦副，產生微量切削，破壞密封。 粘著磨損：粘著、撕裂，如滑閥卡澀。取決于壓力和油粘度。 疲勞磨損：交變載荷作用使金屬表面疲勞剝落。 腐蝕磨損：油液中水分在壓力、溫度變化時分離，腐蝕表面。 2）磨損強度的影響因素）磨損強度的影響因素 潤滑條件、相對運動速

6、度、工作壓力、周圍介質的成分； 液壓元件使用原則是適當降低匹配壓力，盡量提高工作速度。3）液壓元件的油污敏感度）液壓元件的油污敏感度：指液壓元件對污染顆粒的敏感程度，敏感度愈高則抗污染能力愈低。iiQndtdndtdnSdtdxiiiiQnSdtdx元件性能下降率元件對尺寸區(qū)間i的油污敏感度系數區(qū)間i的油污顆粒侵入速度流量污染顆粒濃度若試驗防塵一次加入液壓系統(tǒng)，初始濃度為n0則污染顆粒濃度按指數衰減：tenn0泵的污染敏感系數正比于顆粒濃度nstQendtdQ220泵流量變化率：時間常數tenQQ220012exp泵流量隨使用時間變化規(guī)律：時間無窮大時，達到穩(wěn)定值：2exp200nQQw實際使

7、用中顆粒濃度基本不變QndtdQi2tniieQQ20泵磨損壽命：max120lniiiidnQQT允許最低流量國家標準規(guī)定：95. 00QQd200051. 0nT3 液壓元件負荷與壽命的關系液壓元件負荷與壽命的關系高壓：高壓：應力大，局部溫度升高、油液粘度低，旋轉組件的疲勞和磨損加劇，這些運動副成為薄弱環(huán)節(jié)。壽命曲線比較平緩，壓力對壽命影響大。中壓：中壓：軸承疲勞損壞成為限制因素。低壓：低壓：其他組件磨損，陡峭，壽命對壓力影響不敏感。使元件在中壓段工作既可以使元件在中壓段工作既可以充分發(fā)揮元件工作能力，又充分發(fā)揮元件工作能力，又具有較長的工作壽命。具有較長的工作壽命。第二節(jié) 動態(tài)載荷對液壓

8、元件壽命的影響一、工程機械的載荷特點一、工程機械的載荷特點連續(xù)作業(yè)：連續(xù)作業(yè)：工作阻力保持較高的數值且呈現(xiàn)出劇烈的波動性。周期作業(yè)：周期作業(yè)：周期性、低頻波動性（0.153Hz）、頻繁超載。額定載荷：額定載荷：工程機械規(guī)定額定載荷為滿鏟運土時的平均載荷。二、動態(tài)載荷對液壓元件壽命的影響二、動態(tài)載荷對液壓元件壽命的影響液壓軸向柱塞泵技術條件 、液壓軸向柱塞泵試驗方法 滿載試驗：滿載試驗：額定壓力、額定轉速、最大排量。超載試驗：超載試驗：最大排量、額定轉速、最高標定壓力或125%的額定壓力。沖擊試驗：沖擊試驗：最大排量、額定轉速，沖擊頻率1030/min。三種試驗可任意選一種。任一方法試驗后液壓泵

9、容積效率下降不超過3%，不得有異常磨損或損壞。1、滿載2400h；2、滿載1000h，超載10h，沖擊10萬次；3、超載250h，沖擊10 萬次。三種試驗方法等效可得：三種試驗方法等效可得：1、由2、3等效,240h超載=1000小時候滿載，即超載1h=滿載4.17h；2、由1、3等效，滿載2400h=超載576h=超載250h+沖擊10萬次，即超載1h=沖擊306次，滿載1h=沖擊73.44次3、沖擊頻率1030/min，即6001800次/h，沖擊1h相當于滿載8.224.5h，取16.35h二、在動載和超載工況下提高液壓元二、在動載和超載工況下提高液壓元件工作壽命的措施件工作壽命的措施1

10、、降壓使用可以認為動載主要影響配流盤的疲勞強度，加大運動副的磨損。而對主軸承、缸體等本就受動載作用的零件影響不大。工作壓力降低至額定壓力2/3時，疲勞壽命可由106次循環(huán)增加至耐久極限。Hpp322、采用蓄能器濾波以削減沖擊沖擊峰值和脈動脈動幅值氣囊式蓄能器充氣壓力氣囊式蓄能器充氣壓力吸收液壓沖擊時Hpp0消除壓力脈動時滿鏟平均載荷對應壓力10pp 脈動最小壓力mpp6 . 00脈動平均壓力Hmpp由于脈動特性難以確定，故一般?。篐mppp6 . 06 . 00為了同時吸收沖擊和脈動，取蓄能器充氣壓力為二者較小者，即：氣囊式蓄能器總容量氣囊式蓄能器總容量0V消除脈動時消除脈動時，在一個流量脈動

11、周期內，蓄能器吸、排油一次，其中的氣體為絕熱過程，滿足：kkkVpVpVp221100絕熱指數VVV12假設脈動為對稱三角形，則假設脈動為對稱三角形，則蓄能器吸收油液體積mpp6 . 01mpp4 . 12mqq4 . 12mmTqTqqqdtV301221220脈動周期，取1/3smqVV0735. 010消除脈動時蓄能器總容量：消除脈動時蓄能器總容量：吸收沖擊時蓄能器總容量：吸收沖擊時蓄能器總容量：HmpAlqV201005lqVm60106 .19消除脈動和吸收沖擊兼顧時，取小者。消除脈動和吸收沖擊兼顧時，取小者。第三節(jié) 液壓元件的傳動效率一、定量泵效率一、定量泵效率1 容積效率容積效率ththvQQQQ1pVCQthsnpCsv1理論排量壓差泵轉速液壓油粘度實際流量泄露流量2 機械效率機械效率2ththpVT理論輸入力矩理論輸入力矩實際輸入力矩實際輸入力矩TTTth層流泄漏系數pCnCVTfvth2摩擦阻力矩摩擦阻力矩pnCCTTvftht11機械摩擦系數層流摩擦系數3 總效率總效率pnCCnpCvfstv11式中各系數見表式中各系數見表2.8總效率最大時：總效率最大時：考慮到考慮到CsCv遠小于遠小于1，則有，則有fsvmCCCnp 1泵最大總效率泵最大總效率fvsfCCCC1211ma