磨损

磨损是机器运转中普遍存在的一个严重问题,是液压和润滑系统元件失效的主要原因。研究表明,液压和润滑系统的磨损主要是由于颗粒污染造成的,因此,为了改善和控制元件的磨损,必须了解油液污染对元件磨损的影响和污染磨损的机理。

油液中的固体颗粒污染物是引起磨损的最主要原因,在这里,颗粒起着研磨剂中磨料的作用,它同元件表面长期相互作用,产生各种形式的磨损,造成元件表面逐渐损坏,配合间隙逐渐增大,内漏逐渐加大,导致性能衰降直至失效,缩短使用寿命;同时可促成颗粒淤积、堵塞和卡滞,导致突发性故障。在液压系统里,无论是金属件还是非金属件,都极易受到这种磨损,特别是配合精度较高的滑阀式或柱塞式等机构,更易遭到颗粒的磨损。磨损的过程比较复杂,是一个微观、渐变的过程,一般看不到磨损的过程,只能看到磨损的结果。

颗粒污染引起的磨损主要有切削、疲劳、粘着和冲蚀等几种机理。

(1)切削磨损

进入元件运动副间隙内的坚硬固体颗粒嵌入在其中材料较软的元件表面,在相对运动中象车刀一样将另一元件表面材料切削下来,如图23所示,产生的磨屑的微观形貌一般类似车床的切削碎屑,碎屑尺寸可达约150m。这种磨损,因较软的表面易嵌人颗粒,故较硬的表面常常反而磨损较严重,切削磨损表面常有明显的划纹和划伤。

(2)疲劳磨损

在表面出现初始裂纹片反复作用明引起裂纹扩展,并形成空洞最后,表面材料剥离而损坏。

(3)粘着磨损

固体颗粒与元件表面相互作用使元件表面材料发生塑性变形,产生凸起和凹坑,这些凸起部分破坏了润滑,使运动副表面产生金属与金属的直接接触,接触点在负载下造成局部高温而发生熔合粘着。当运动副作相对运动时发生剪切,材料从屈服强度较小的表面上剥落而形成磨粒,进一步加剧磨损,这是一个粘着一剪切—再粘着再剪切的恶性循环过程,称为粘着磨损,如图2-5所示。当熔合点较多时,运动副会发生卡滞甚至卡死现象,导致突发性故障。

(4)冲蚀磨损

固体颗粒随着高速流动的液流,犹如“吹砂”或“喷丸”一样,不断向暴露在流道中元

件的棱边和表面喷射冲刷,如此长期反复作用下,可使被冲刷部位受到磨损,称为冲蚀磨损,现代飞机液压系统油液流量和流速都非常大,液压油在管路中的流

速一般可达5~7m/s,局部地方可达每秒钟十几米,颗粒在这样高的速度下有足够的能量来破坏被撞击的金属表面。一般讲,较软颗粒使被撞击处金属材料变形,在表面下产生缺陷而后损坏,类似于加速疲劳破坏;较硬颗粒使被撞击处金属材料错位、滑移、加速疲劳和切削剥离。冲蚀磨损常见于阀芯棱边和节流孔。

污染磨损过程往往不仅是一种磨损方式起破坏作用,而是几种磨损方式并存,并且几种磨损方式相辅相成,互相促进,例如,上述四种磨损方式皆可在滑阀阀芯磨损过程中同时体现,切削磨损和疲劳磨损可促成粘着磨损等。

加速油液变质

大量颗粒的不规则运动,会对油液起反复剪切作用,降低油液粘度和润滑性,催化油液氧化变质,缩短其使用寿命。