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高污染耐受度液壓泵的設計
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0　引言　　由于各種因素的影響，液壓系統的工作介質不可避免地受到各種污染，它們主要是固體顆粒、空氣、水、微生物、化學制品、輻射、靜電、熱能、磁性等，其中固體顆粒是最主要的污染源，這些污染物的存在嚴重影響著液壓系統和元件的性能、使用壽命及工作可靠性。因此，控制或降低液壓系統油液的污染度是設計制造、使用維護液壓系統的各環節中不可忽視的內容，而提高液壓元件的污染耐受能力也是確保液壓系統可靠工作的重要方面，液壓泵性能的優劣直接決定著整個液壓系統能否正常工作，國內外眾多學者的理論分析與試驗研究及作者在設計、使用液壓泵及對液壓泵故障與故障機理的分析結果表明，當系統污染度控制在正常范圍值時，液壓泵的失效主要為液壓泵各摩擦副材料及表面工藝選擇不理想而引起摩擦副過早的污染磨損、從而導致其容積效率急劇下降直至喪失工作性能，并且隨著液壓泵向高壓、高速、高精度方向的發展，油液污染對液壓泵工作可靠性及壽命的影響愈顯突出。因此，如何提高液壓泵的污染耐受能力進而延長其工作壽命、確保液壓系統的工作可靠性是液壓泵設計應該高度重視的問題。本文分析了液壓柱塞泵在其所在液壓系統油液污染特性一定時影響其污染耐受能力的諸多因素，指出了在結構形式確定的情況下設計高污染耐受度液壓柱塞泵所要求的摩擦副材料與主要表面工藝。1　液壓泵污染耐受度及影響因素分析　　液壓泵的基本性能參數包括壓力、排量、流量、效率、功率、扭矩、轉速和吸入能力等，而污染耐受度也是液壓泵的一個重要指標，液壓泵的污染耐受度是指導泵的性能和壽命受油液中污染物影響的程度，也就是液壓泵對污染的敏感性，即在一定的條件下，液壓泵能夠容耐的最大油液污染度，一般認為，液壓泵的污染敏感度和污染耐受度具有相反的含義。E.C.Fitch教授領導的美國俄克拉荷馬州立大學流體動力研究中心及文獻［1］、［2］等對液壓泵的污染敏感性進行了研究，提出了液壓泵污染磨損理論及評定液壓泵污染耐受度的方法。泵的污染壽命即液壓泵污染磨損失效前工作時間是反映液壓泵污染耐受度的重要指標之一，液壓泵的污染耐受度高其污染磨損壽命無疑會長，而液壓泵的容積效率又是泵的污染壽命期內的重要功能指標，實際使用中，液壓泵的容積效率值往往比較大，可以說，液壓系統中所有組合件的工作性能在很大程度上取決于泵的容積效率，一般認為，液壓泵的容積效率下降到70～75時系統已不能正常工作，即認為液壓泵已因泄漏而失效，液壓泵容積效率的下降又主要因各摩擦副的磨損，而各摩擦副的磨損又主要取決于油液污染及摩擦副本身的耐磨能力。液壓泵污染磨損失效前的工作時間即為泵的污染壽命可表示為
　　(1)式中：QF——泵在時間T時的流量，即泵的最低允許流量；
QR——泵的額定流量；
nFi——尺寸區間為i的現場污染物濃度，一般地說液壓泵在現場使用條件下，污染物不斷地從外界侵入，同時又不斷地被濾油器濾除，因此現場條件下可以認為nFi是定值；
αi——液壓泵對尺寸區間i的污染顆粒的污染磨損系數，由試驗確定。
　　液壓泵的污染壽命又可表示為：
　　　　　T=(1-ηVT)/I（2）式中：T——泵的污染壽命；
ηVT——泵的相對容積效率，ηVT=1-kh3
h——泵各摩擦副的平均間隙；
I——ηVT的下降速度；
k——與泵結構、使用參數有關的常數。
　　泵中摩擦副的變化是由其自身的磨損引起，其磨損量和磨損速度取決于摩擦副表面的材料及其熱處理情況、運動副的初始間隙、污染顆粒特性、大小分布、濃度及形狀、運動摩擦副中壓力場、速度場等，因此，平均間隙h的大小是這些自變量的函數，即
　　h=f(a,δ,H,Δp,φ,T,…)
式中：a——污染顆粒的尺寸；
δ——污染顆粒的濃度；
H——污染顆粒的硬度；
Δp——泵的進、出口壓差；
φ——泵的設計參數；
T——泵的污染壽命。
　　可見，影響液壓泵污染壽命的因素是很多的，液壓泵本身可視為一個小型摩擦學系統，其污染磨損的實質是潤滑狀態下的滑動表面在污染顆粒的擠壓和

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