液压元件污染磨损分析

图1　切削磨损

污染磨损理论认为，液压元件的污染敏感度与油液中颗粒大小有关，颗粒在0～100um范围内随着颗粒尺寸的增大而增大，而且当颗粒尺寸超过100um后，其污染敏感度保持不变。这是因为大颗粒凸出元件表面，起到防止了其它磨粒对表面的微切削作用。
　　颗粒污染物的硬度、破碎强度、形状、尺寸大小及分布等特性对元件的污染磨损有直接的影响，试验结果表明，泵的磨损与颗粒污染物的磨损性有很大关系，在试验污染物中煤粉的磨损性最小，淬火钢粉的磨损性最大。这与有关磨损理论是一致的，材料磨损率在很大程度上取决于磨粒硬度和材料表面硬度的相对值，磨粒硬度越高，材料磨损严重。
2.1.2　疲劳磨损
　　液压元件的疲劳磨损形式可分成三个阶段：塑性变形积累、裂纹形核和裂纹扩展，具体分析如下：
　　(1)固体颗粒随同液压轴液进入运动副间隙，在辗压和滚动下，颗粒对元件表面上施加的表面推辗力使其软表面及附近产生塑性变形，当很多固体颗粒相继通过时，塑性变形将在元件表面形成积累。
　　(2)随着塑变区内位错密度增加，反复的弹、塑性变形又使错集中，导致在离元件表面一定距离的亚表层也将出现位错塞积而产生滑移，如图2.3所示，继而发展成平行于表面的横面裂纹。

图2　颗粒引起的表面塑性变形

图3　颗粒引起的表面滑移

2.2　腐蚀磨损
　　油液中的有害物质和水往往引起液压元件的腐蚀磨损。腐蚀磨损是腐蚀和磨损同时起作用的一种磨损。由于油液和水的亲和作用，几乎所有矿物油中都具有不同程度的吸水性。水与油液中的金属硫化物和氯化物(来自某些添加剂和清净剂)发生化学或电化学反应产生酸类物质，对元件产生腐蚀作用。元件表面形成的腐蚀产物往往粘附不牢固，在液流冲刷或摩擦过程中被剥落下来。
　　经验表明：当油液中同时存在固体颗粒污染物和水时，水对元件的腐蚀作用比水单独存在时要严重得多。这是因为固体颗粒磨去了元件表面的氧化物保护膜，元件不断暴露出新的表面，新的表面又受到腐蚀和磨损，致使水的腐蚀作用加剧。
2.3　气蚀磨损
　　气蚀磨损主要是由于油液中空气和挥发性液体是结果。在液压系统工作过程中，油液压力发生不断的波动，当压力降低到一定程度，油液中溶解的空气和挥发性液体将气化并形成笔泡，而当压力半大到大于气泡内的压力时，气泡破灭，并产生很大的瞬间压力冲击和局部高温。气泡崩渍处的局部温度可达1200℃以上，冲击压力可以达到几百兆帕。这样的局部高温和冲击压力，一方面使元件表面产生金属疲劳，另一方面又使液压油流变黑，对金属产生化学腐蚀作用，因而使元件表面受到蚀、剥落而出现海棉状的小洞穴。
　　气泡崩溃时对元件表面形成高压细射流冲击，其接触冲击力可用下式计算：
　　
　　式中：P—接触冲击力，N
　　ρ—流体密度，Kg/m³
　　E、E₁—过流部件材料与液体弹性模量
　　υ—射液冲击流速，m/s
　　上式说明冲击力P与液压冲击速度υ和液压元件材料有关。

3　结论
　　(1)液压油液中固体颗粒是引起液压元件磨损最主要的原因。
　　(2)液压元件污染磨损失效形式通常有三种：磨料磨损、腐蚀磨损和气蚀磨损。

作者单位：湘潭工学院机械工程系，湘潭411201