CN103867432A - 具有仿生非光滑表面的高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副 - Google Patents

Abstract

一种具有仿生非光滑表面的高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副，其主要是：该摩擦副的柱塞外表面在运行过程中一直位于缸体内部的摩擦表面上设有与柱塞内空腔连通的通孔单元体，柱塞其余摩擦面上设有凹坑单元体。最好在柱塞和缸体柱塞孔之间加装一个具有仿生非光滑表面的衬套，在衬套外壁上设有凹槽式沟槽，在上述沟槽底部设规则分布的通孔单元体。本发明能合理地、高性价比地改善高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副润滑能力、承载特性、摩擦磨损性能。

Description

具有仿生非光滑表面的高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副

所属领域

本发明涉及一种高压海水轴向柱塞泵，尤其涉及柱塞摩擦副。

背景技术

高压海水轴向柱塞泵是以海水为介质的海水液压传动及反渗透海水淡化等系统的核心动力元件。柱塞摩擦副是高压海水轴向柱塞泵中的关键摩擦副之一，该柱塞摩擦副有一个缸体，该缸体内设有与其轴线平行的6个柱塞孔，每个柱塞孔内各设一个与其对应的柱塞，该柱塞的柱身部分内设一端开口的空腔，该空腔与球头内的通道相连通。柱塞摩擦副由于工作在海水环境中，加之高速、重载，因而极易腐蚀、磨损，进而导致失效，严重影响高压海水柱塞泵的正常使用及使用寿命。国内外相关领域的专家针对高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副存在的问题一直进行着研究。解决问题的思路有寻求满足耐磨蚀、抗磨损和具有自润滑性能的配对材料，由研究及工程实践来看工程陶瓷、表面工程材料以及特种耐磨蚀合金比较适合柱塞摩擦副的制造；还有考虑通过改善柱塞摩擦副的润滑条件，用静压支撑的润滑方式来改善柱塞摩擦副的摩擦磨损性能方面的研究。寻求配对材料的研究仅限于材料的性能，如何进一步提高柱塞摩擦副的润滑能力、承载特性、摩擦磨损性能，还是尚待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能改善在海水润滑的环境里，在高速、重载的条件下柱塞摩擦副的润滑能力、承载特性、摩擦磨损性能的具有仿生非光滑表面的高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副。本发明主要是根据仿生非光滑表面效应，将高压海水轴向柱塞泵的柱塞摩擦副摩擦表面加工成通孔单元体和凹坑状单元体形成的仿生非光滑表面。

本发明具体方案如下：本发明包括缸体和柱塞组成的柱塞摩擦副，该摩擦副的柱塞摩擦面在运行过程中一直位于缸体内部的摩擦表面上设有若干与柱塞内空腔连通的通孔单元体，最好直径为0.6-3.2mm；柱塞其余摩擦面上设有若干凹坑单元体，最好深0.01-3mm，其在柱塞表面上的开口面积为0.8-12mm²。上述通孔单元体与凹坑单元体呈螺旋状分布。上述通孔单元体与凹坑单元体共同构成仿生非光滑表面形态。上述凹坑单元体截面形状有多种，如圆柱形，圆锥形，半球形，球柱形，倒截锥形，圆柱带倒角形，碗型，倒半球形，半椭球形等，这些形状可单独使用，也可混合使用。

上述具有仿生非光滑表面的柱塞摩擦表面可与普通内摩擦表面的缸体直接配合形成柱塞摩擦副；但最好是在柱塞和缸体柱塞孔之间加装一个具有仿生非光滑表面的衬套，即内径与柱塞外径对应、外径与柱塞孔内径对应的圆管，柱塞和衬套相对运动形成柱塞摩擦副；在衬套外壁上设有凹槽式沟槽，其为螺旋形沟槽，并且前沟槽距一端4-10mm，最好该沟槽宽1-4mm，深0.3-1.2mm，螺旋螺距为8-15mm。在上述沟槽底部设规则分布的通孔单元体，最好直径为0.6-3.2mm，上述通孔单元体在衬套内摩擦表面构成仿生非光滑表面形态，并在衬套和缸体之间形成密封带。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、研究自然界大量生物，如山地与沙漠地带的蜥蜴、蛇类，土壤中的蚯蚓，海中的贝类和鲨鱼，植物竹子等，发现这些生物普遍具有优良的脱附、减阻和耐磨的功能，而这些功能与其体表非光滑表面形态有关。本发明根据仿生非光滑表面效应，将高压海水轴向柱塞泵的柱塞摩擦副摩擦表面加工成具有一定形态的非光滑表面，这些单元体会贮存传导海水，在摩擦副工作过程中将海水涂覆到摩擦表面，改善了润滑条件；同时在这些单元体的局部会形成动压支撑，改善其承载特性；另外这些单元体会储存海水介质中的颗粒状磨粒，防止这些磨粒被带到摩擦表面，改善了摩擦学性能，达到减阻减磨的目的，提高摩擦副的耐磨性、延长摩擦副的使用寿命。

2、本发明通过结构设计改善了柱塞摩擦副的性能，具有结构简单、成本低廉，性价比高等优点。另外该技术具有个性化强的特点，可以针对不同工作要求，选用不同单元体形态、尺寸、分布规律的仿生非光滑表面形态，从而获得优异的性能。

附图说明

图1是本发明柱塞摩擦副主视剖面示意图；

图2是本发明带有衬套的柱塞摩擦副主视剖面示意图；

图3是本发明柱塞的主视示意图；

图4是本发明柱塞的主视剖面图；

图5是本发明衬套的主视示意图；

图6是本发明衬套的主视剖面图；

图7是本发明圆柱形凹坑单元体的剖面视图；

图8是本发明圆锥形凹坑单元体的剖面视图；

图9是本发明半球形凹坑单元体的剖面视图；

图10是本发明球柱形凹坑单元体的剖面视图；

图11是本发明倒截锥形凹坑单元体的剖面视图；

图12是本发明碗形凹坑单元体的剖面视图；

图13是本发明倒半球形凹坑单元体的剖面视图；

图14是本发明半椭球形凹坑单元体的剖面视图。

图中：1.柱塞，2.缸体，3.衬套，4.凹坑单元体，5.通孔单元体，6.沟槽。

具体实施方式

在图1、图3和图4所示的具有仿生非光滑表面的高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副的示意图中，本发明包括缸体和柱塞组成的柱塞摩擦副，该摩擦副的柱塞摩擦面在运行过程中一直位于缸体内部的摩擦表面上设有若干与柱塞内空腔连通的通孔单元体，直径为1.2mm；柱塞其余摩擦面上设有若干凹坑单元体，深0.6mm，其在柱塞表面上的开口面积为1.13mm²。上述通孔单元体与凹坑单元体呈螺旋状分布，螺旋螺距为10mm。上述通孔单元体与凹坑单元体共同构成仿生非光滑表面形态。上述凹坑单元体截面形状有多种：圆柱形，如图7所示；圆锥形，如图8所示；半球形，如图9所示；球柱形，如图10所示；倒截锥形，如图11所示；碗型，如图12所示；倒半球形，如图13所示；半椭球形，如图14所示；这些形状可单独使用，也可混合使用。

上述具有仿生非光滑表面的柱塞摩擦表面与普通内摩擦表面的缸体直接配合形成柱塞摩擦副。

在图2、图5和图6所示的具有仿生非光滑表面的高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副的示意图中，在上述柱塞和缸体柱塞孔之间加装一个具有仿生非光滑表面的衬套，即内径与柱塞外径对应、外径与柱塞孔内径对应的圆管，柱塞和衬套相对运动形成柱塞摩擦副；在衬套外壁上设有凹槽式沟槽，其为螺旋形沟槽，并且前沟槽距一端8mm，该沟槽宽2mm,深1mm，螺旋螺距为10mm。在上述沟槽底部设规则分布的通孔单元体，直径为1.2mm，上述通孔单元体在衬套内摩擦表面构成仿生非光滑表面形态，并在衬套和缸体之间形成密封带。

Claims (7)

1.一种具有仿生非光滑表面的高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副，其包括缸体和柱塞组成的柱塞摩擦副，其特征在于：该摩擦副的柱塞摩擦面在运行过程中一直位于缸体内部的摩擦表面上设有与柱塞内空腔连通的通孔单元体，柱塞其余摩擦面上设有凹坑单元体。

2.根据权利要求1所述的具有仿生非光滑表面的高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副，其特征在于：在柱塞和缸体柱塞孔之间加装一个具有仿生非光滑表面的衬套，在衬套外壁上设有凹槽式沟槽，在上述沟槽底部设规则分布的通孔单元体。

3.根据权利要求1或2所述的具有仿生非光滑表面的高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副，其特征在于：通孔单元体直径为0.6-3.2mm。

4.根据权利要求3所述的具有仿生非光滑表面的高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副，其特征在于：凹坑单元体深0.01-3mm，其在柱塞表面上的开口面积为0.8-12mm²。

5.根据权利要求4所述的具有仿生非光滑表面的高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副，其特征在于：通孔单元体与凹坑单元体呈螺旋状分布，螺旋螺距为8-15mm。

6.根据权利要求5所述的具有仿生非光滑表面的高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副，其特征在于：衬套前沟槽距一端4-10mm。

7.根据权利要求6所述的具有仿生非光滑表面的高压海水轴向柱塞泵柱塞摩擦副，其特征在于：衬套沟槽宽1-4mm,深0.3-1.2mm。

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