矿山机械液压系统的摩擦磨损分析

　　矿山机械液压系统的摩擦磨损分析赵运才，高彩云（湘潭工学院，湖南湘潭磨损和腐蚀及侵蚀磨损。

　　生如齿轮泵的齿轮副和泵的滚动轴承tRxblish化也会导致粘着磨损魅生。

　　矿山机械中的提升机、破碎机、穿孔机、洗选和矿山专用起重设备及其一些辅助装置，应用液压传动的较多，其液压系统的工作压力一般在8MPa以上，流量在170~300L/min且多在井下作业，周围环境恶劣，设备受冲击和振动大，液压元件的磨损较为严重，为了改善和控制元件的磨损，提高液压系统工作的可靠性和延长元件的使用寿命，本文对矿山机械液压系统的摩擦磨损进行了分析和探讨。

　　1磨粒磨损液压元件两相互摩擦表面，由于彼此粗糙度和硬度有别或受到游离坚硬颗粒在其间滑动引起的元件的磨损都属于磨粒磨损。

　　在污染的油液中，金属颗粒约占75%，尘埃约占15%，其他杂质约占10%.可见，固体颗粒危害*大，对油泵、液压阀、油缸等元件都有不同程度的影响。

　　液压元件的污染敏感度与油液中颗粒大小有关，试验结果表明，颗粒在0~100m范围内随着颗粒尺寸的大而大，而且当颗粒尺寸超过100m后，其污染敏感度保持不变。这是因为大颗粒凸出元件表面，起到防止其他磨粒对表面进行的微切削作用。

　　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*小，淬火钢粉的磨损性*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，材料磨损越严重。

　　2疲劳磨损液压元件摩擦副两摩擦表面在交变剪切应力反复或长期作用下，达到或超过表面材料持久极限强度后，导致元件产生疲劳磨损。

　　疲劳磨损在交变应力作用的摩擦部位常常发液压元件由于污染颗粒切削产生的磨损相对较小，只能在元件表层产生不同程度的塑性变形。固体颗粒随同油液进入运动副间隙，在表面压应力和剪应力反复作用一定周次之后，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和加工硬化，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。随着塑变区内位错密度加，反复的弹、塑性变形又使位错集中，在某些组织不均匀处，容易形成裂纹源，导致裂纹出现与扩散。当接触表面存有液压油且运动方向与裂纹端部方向一致时，元件首先封住裂纹裂口处，裂纹中的润滑油被堵在裂缝中，在接触压应力作用下产生高压油波，迫使裂纹向30~40角方向扩展。当裂纹向内表面扩展到一定深度和宽度时，裂纹上部如同一悬臂梁承受交变弯曲应力，*后因强度不足而折断成金属磨屑，并留下麻点状剥落坑。

　　3粘着磨损液压元件在材料、结构尺寸、加工精度和工况条件固定不变的情况下，各摩擦副的几何形状和运动状态各不相同，诸如点、线、面的接触，滑动、滚动、往复和旋转运动形式等，都可看作是具有一定油膜厚度的“油膜轴承”。而矿山机械液压系统往往工作压力高、流量大，这些“油膜轴承”承受的压力大，摩擦副间温度较高，导致这些“油膜轴承”多处于半流体润滑和边界润滑状态。在摩擦条件趋向苛刻的过程中，一旦润滑表面不能形成连续油膜或油膜破裂时，就造成摩擦表面的直接接触即干摩擦，元件接触面间摩擦阻力大，元件表面层温度进一步升高，严重时元件表层金属软化，导致粘着磨损的发生，如：元件中阀芯在阀体内移动，正常工作时阀芯与阀体处于流体润滑状态，但由于阀芯与阀体加工时存在几何形状误差、安装时两者存在同心度误差以及油液中的固体颗粒污染物，都会使阀芯产生不平衡的径向力，造成摩擦表面的直接接触，摩擦条件发生变4腐蚀及侵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。如以ZDDP（二烷基二硫代磷酸锌）为抗磨抗氧添加剂的抗磨液压油，对柱塞泵中以铅青铜为材料的配油盘，以镀银为材料的滑轮靴，就会产生严重的腐蚀磨损。其原因就是ZDDP对铅青铜和银起化学反应，生成铜和银的化合物而破坏铜、银的材料表面和机体。

　　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。

　　腐蚀磨损是腐蚀和磨损同时起作用的一种磨损。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。

　　矿山机械液压系统工作压力高、流量大，在工作过程中产生的液流冲击力大，液流本身及其推动的固体颗粒对金属表面击打力就大，如此长期反复的作用，金属表面就产生侵蚀磨损。经过计算分析，对于一定的油液种类和元件材质来说，**能减小冲击力的办法是降低冲击速度。

　　另一方面，油液中空气和挥发性液体也会引起元件的侵蚀磨损。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汽化并形成气泡，而当压力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。气泡崩溃处的局部温度可达1 200°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，另一方面又使油液变黑，对金属产生化学腐蚀作用，因而使元件表面受到侵蚀、剥落或出现海棉状的小洞穴。

　　液压系统在实际工作中，上述几种磨损或同时发生，或交替发生，不同磨损部位有其主要的磨损因素。因此，对液压系统不同元件的磨损要作具体的综合分析，从而采取相应措施，以避免和减缓液压系统元件的磨损。