淺談航空液壓泵壽命影響因素范文

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摘要：航空液壓泵溫度的提升會對泵的壽命產(chǎn)生影響，主要原因是摩擦副油膜的特性在發(fā)生改變，導(dǎo)致潤滑摩擦出現(xiàn)劣化現(xiàn)象，從而使磨損加速。溫度、油膜特性對航空液壓泵的壽命產(chǎn)生直接的影響。鑒于此，本文立足航空液壓泵的壽命問題，簡要分析了航空液壓泵的壽命影響因素，以期對今后的使用和研究提供建議。

關(guān)鍵詞：航空液壓泵；壽命；影響因素；溫度；磨損

關(guān)于航天液壓泵使用壽命的問題，一直是航天工程領(lǐng)域著重關(guān)注和進行多次廣泛探討的問題，而為了延長其使用壽命，技術(shù)團隊也進行了諸多實驗和創(chuàng)新。結(jié)果表明，污染水平、排量、壓力、轉(zhuǎn)速以及介質(zhì)溫度等都可能對航空液壓泵的壽命產(chǎn)生影響。其中，溫度升高可能使材料的機械性能逐步降低，加速磨損；轉(zhuǎn)速也可能影響磨損，從而減少使用壽命；摩擦負(fù)荷加重，也會加速磨損，從而增加疲勞；斜盤的傾斜角度過大，可能使柱塞副徑向載荷開始增加，同時會增加的還有運動部件載荷，從而加速二者的磨損，增加疲勞度；油液污染也會使磨粒磨損度加大。除此之外，液壓泵使用壽命已到時，就可能出現(xiàn)老化、疲勞、磨損的情況，還伴隨各種失控狀況，所以要及時明確影響壽命的因素，以便不影響正常使用。根據(jù)以上內(nèi)容，本文對航空液壓泵的壽命影響因素進行了研究與分析。

1溫度和航空液壓泵磨損壽命的關(guān)系

液壓柱塞泵的主要磨損形式是在彈性流體動力潤滑且表面粗糙的情況下，導(dǎo)致的二體磨粒磨損。針對這一情況的分析和研究表明，在磨損過程中使用的模型為Archard模型以及它的改進形式，此類磨損模型可以在一定程度上將磨損量分析出來，從而根據(jù)部件材料性質(zhì)、形狀和受力等條件，推算出壽命使用情況。研究后發(fā)現(xiàn)，液壓泵介質(zhì)溫度和摩擦副磨損的壽命無直接關(guān)聯(lián)。但介質(zhì)溫度會對壽命產(chǎn)生間接的影響，首先它會對摩擦副表面的材料特性以及潤滑介質(zhì)的屬性產(chǎn)生影響。因液壓泵中運動部件之間不停的運動以及油液在壓差流動，從而導(dǎo)致壓力與摩擦功率均有損失，最終將此過程中產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為熱能。這其中有一些熱能引起溫度升高、油液的黏度也隨之降低，承載力開始下降，進而可能引起潤滑類型發(fā)生改變；而另一部分熱能則被置于摩擦副金屬面上，導(dǎo)致局部升溫，同時油溫會根據(jù)油膜形狀發(fā)生溫度變化，有時可能達到上百度，進而對金屬壁材料的性質(zhì)產(chǎn)生影響，或使泵磨損加速、產(chǎn)生黏著。從中可發(fā)現(xiàn)，摩擦副介質(zhì)屬性和溫度分布對摩擦副油膜特性有直接影響，油膜流場特性、壓力分布以及厚度等都會被影響。由此可見，油膜特性也直接影響著航天液壓泵的摩擦副壽命。間接發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)溫度會對液壓泵壽命造成影響。在對溫度和液壓泵壽命的關(guān)聯(lián)進行探索時，需要將溫度場分布描述的問題進行解決，對流一固一熱耦合進行分析、對黏彈性潤滑磨損的情況進行分析等。

2油膜特性對液壓泵壽命的影響

溫度是影響液壓泵摩擦副壽命的主要原因之一，所以要根據(jù)溫度場分布等進行分析，才能得出最終結(jié)論。溫度變化是由運動部件運動和油液流動等導(dǎo)致，所以溫度會對部件的摩擦力產(chǎn)生影響。金屬部件在受到高溫壓迫時，其形態(tài)會發(fā)生改變，從而導(dǎo)致潤滑油膜形狀出現(xiàn)變化，進而改變運動情況以及部件的姿態(tài)，再次導(dǎo)致溫度變化。因此，溫度和部件的運動是相互影響的。利用對外部壓力以及溫度的改變與金屬部件變形的關(guān)系進行分析可以發(fā)現(xiàn)，溫度變化引起油膜形狀變化，對航天液壓泵壽命的影響不容小覷。通過力學(xué)平衡方程這一方法可以推算出后期的加速度、速度和位移，從而發(fā)現(xiàn)另一可能對油膜形狀造成影響的因素是運動部件運動于油液中。

3介質(zhì)污染度和液壓泵壽命之間的關(guān)系

在探討關(guān)系之前，研究人員也做了一系列實驗，包括基于試驗?zāi)Ｐ偷尿炞C與校核。通過對污染度、溫度等環(huán)境參數(shù)的改變以及對流量、壓力、轉(zhuǎn)速等工況參數(shù)的檢測，進而實施針對摩擦副等關(guān)鍵部件以及對液壓泵整體常規(guī)壽命、加速壽命等的試驗，對油膜特性、結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)以及解決性能參數(shù)進行實時的測量與數(shù)據(jù)分析等處理，這種方式是檢驗和預(yù)計模型壽命的關(guān)鍵一步。經(jīng)過實驗可發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)污染度對液壓泵磨損壽命的影響程度亦不容小覷。對污染度和磨損壽命的關(guān)系進行探索時，必須使用成熟且相對穩(wěn)定的潤滑磨粒磨損模型進行實驗，進一步開展并研究分析針對液壓泵摩擦副磨損情況的影響因素。考慮到關(guān)鍵影響因素對壽命預(yù)計模型的影響，在進行相關(guān)的研究后，發(fā)現(xiàn)介質(zhì)溫度和污染度這兩個重要的環(huán)境參數(shù)，嚴(yán)重影響著航空液壓泵壽命，其他方面如結(jié)構(gòu)形式、流量、轉(zhuǎn)速、輸出壓力等也對液壓泵壽命的工況參數(shù)與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生著或多或少的影響。在驗證時，還要對典型失效機理加以考慮，將壽命預(yù)計模型建立在失效物理分析的基礎(chǔ)上，這也是進行加速壽命試驗過程中的關(guān)鍵點。

4液壓泵磨損壽命的分析

一般情況下，進行磨損量的實時測量不容易實現(xiàn)，在分析探討磨損主要影響因素以及預(yù)測磨損情況方面仍存在諸多不確定性。所以近年來研究者們研究泵磨損特性，主要還是將注意力集中于泵關(guān)鍵摩擦副的磨損方面。而在分析和探討影響因素以及磨損壽命的過程中大都采用實驗和仿真的方法，利用模型進行理論分析和數(shù)值的推測。一些研究人員利用相較有參考意義的試驗手段對節(jié)流孔尺寸進行了對比分析，并觀察了滑靴結(jié)構(gòu)尺寸和斜盤傾角對滑靴副潤滑情況產(chǎn)生的影響，而后進行試驗結(jié)論的總結(jié)，基于此結(jié)論對優(yōu)化滑靴副的性能和設(shè)計提供了可行性理論或?qū)嵺`建議。還有一些研究人員在實驗的過程中對摩擦的力矩、滑靴副在不同轉(zhuǎn)速下的泄漏量、柱塞腔壓力、柱塞阻尼孔直徑以及滑靴表面粗糙度的影響做出了研究和分析。某著名工業(yè)大學(xué)也對磨損情況進行了專項的實驗，利用實驗中所需用到的往復(fù)式摩擦磨損試驗機開始了實驗過程，并將實驗過程中產(chǎn)生的由軟材料和硬材料組成的摩擦副數(shù)據(jù)記錄了下來，并觀察其磨損情況，結(jié)果顯示，材料表面的粗糙度以及硬度與磨損量摩擦因數(shù)之間存在很大關(guān)聯(lián)，材料的質(zhì)量問題嚴(yán)重影響著磨損的壽命。但試驗受到了各種技術(shù)手段的限制，所以結(jié)果相對定性，無更全面的參考價值，只可以作為磨損分析的參考數(shù)據(jù)供研究人員酌情使用。所以研究人員開始在此情況的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新發(fā)展了利用數(shù)值方法進行仿真分析磨損量的試驗方法。在對模型試驗結(jié)果進行理論分析的過程中，研究人員還提出了運用多尺度數(shù)據(jù)作為支持，使用向量機預(yù)測方法進行實驗，而該方法是根據(jù)向量機進行時間序列預(yù)測時，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和基本理論，進行相空間重構(gòu)以及多尺度分解方法相結(jié)合的方式，進行航空柱塞泵回油流量的預(yù)測，從而進一步檢測磨損量。某著名航空航天大學(xué)也據(jù)此建立了相關(guān)模型以及對潤滑摩擦情況進行分析的預(yù)測航空液壓泵壽命的模型。在仿真方面也有研究人員提出了利用FFT計算壓力以及可以進行彈-塑性變形的一種磨損模型，其主要被用于仿真測量平面時變磨損情況，并取得了相對來說吻合度比較高的實驗結(jié)果。在分析部件運動以及外部受力問題的過程中，主要涉及的是理論力學(xué)相關(guān)知識和手段，通過這一方法對部件運動情況以及其外部載荷進行了細致的分析。而在分析流體潤滑的過程中，主要是觀測摩擦系數(shù)以及潤滑狀態(tài)，柱塞副的情況表明，利用Stribeck軸承曲線對潤滑油狀態(tài)進行描述，可以得到正確結(jié)果。而在進行關(guān)鍵副狀態(tài)的分析時，可以利用CFD的方式，采用軟件建模或解析等進行分析。從中得出潤滑狀態(tài)和摩擦系數(shù)的關(guān)系，主要為摩擦系數(shù)何最小油膜厚度之間的問題。在進行磨損量分析時，關(guān)于Archard模型中摩擦和磨損系數(shù)之間的關(guān)系，是許多理論試驗進行驗證而得出的結(jié)論，磨損行程與載荷之前是相互對應(yīng)、不可分割的關(guān)系。所以在進行磨損分析后，要開始衡量與考慮磨損量和壽命有什么關(guān)系，在考量的過程中，所需的判斷依據(jù)為總效率、回油量以及額定流量。根據(jù)最終試驗驗證結(jié)果來說，存在于柱塞泵內(nèi)部的磨損部件，其磨損程度如果沒有破壞液壓泵主體結(jié)構(gòu)，則很難進行測量，所以利用以上數(shù)據(jù)作為判斷壽命的依據(jù)，可為測量提供方便，且便于對比。

5結(jié)語

綜上所述，在進行航空液壓泵壽命影響因素的研究和分析中，運用到了許多實驗方式，并取得了相對可觀的研究成果。影響航空液壓泵壽命的因素包括溫度、環(huán)境、介質(zhì)污染度以及油膜特性等。這些對今后的研究和工程建設(shè)有一定的參考意義，但如果想實現(xiàn)對影響因素和壽命關(guān)系的定量描述，進一步提高液壓泵壽命，則還需進行多次研究以及技術(shù)創(chuàng)新。

參考文獻：

[1]李平,李幫,劉勝.航空液壓泵氣蝕理論分析與試驗驗證[J].航空維修與工程,2016,(1):43-44.

作者：高飛 單位：海裝上海局駐南京地區(qū)第四軍事代表室