CN113090485A

CN113090485A - 一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副

Info

Publication number: CN113090485A
Application number: CN202110362700.5A
Authority: CN
Inventors: 梁瑛娜; 高殿荣; 赵建华; 纪云; 孙亚楠; 张宗熠; 高建新
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2021-04-02
Filing date: 2021-04-02
Publication date: 2021-07-09

Abstract

本发明公开了一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副，涉及水液压元件技术领域，包括斜盘和滑靴，所述斜盘表面设置有跨尺度二级织构，二级织构包括固定连接在斜盘表面上的凸体以及固定连接在凸体上的小凸体或小凹坑。本发明解决目前水压轴向柱塞泵滑靴副及其他水液压元件摩擦副的摩擦磨损加剧问题，降低水压轴向柱塞泵的斜盘及滑靴表面在摩擦过程中的水膜粘附和摩擦系数，其耐磨性能高，减阻抗磨效果好。

Description

一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副

技术领域

本发明涉及水液压元件技术领域，尤其是一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副。

背景技术

水压轴向柱塞泵以其容积效率高、工作压力高、结构紧凑等优势，成为水液压传动技术领域的首选动力元件，在海水淡化、大洋矿油气开发、海洋船舶运输等工程中发挥着关键作用。采用纯水代替液压油作为传动介质，可大大缓解能源资源紧张和生态环境恶化带来的压力。但水的黏度低、润滑性差、腐蚀性强，对运行在其中的关键摩擦副、尤其是运动和受力情况最为复杂的滑靴副的摩擦学性能影响很大，容易出现间隙泄漏增加、水膜承载能力降低、摩擦磨损加剧等关键技术问题，进而引发烧靴、胶合等现象，严重影响了水压轴向柱塞泵的质量效率、工作可靠性和服役寿命。

研究发现，荷叶表面分布有大量跨尺度二级微观结构，即微米级的乳突上附着有纳米级的绒突，再加之其上覆盖一层疏水性蜡质，这正是荷叶具有优异脱附、减阻和自洁性能的原因。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副，解决目前水压轴向柱塞泵滑靴副及其他水液压元件摩擦副的摩擦磨损加剧问题，降低水压轴向柱塞泵的斜盘及滑靴表面在摩擦过程中的水膜粘附和摩擦系数，其耐磨性能高，减阻抗磨效果好。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副，包括斜盘和滑靴，其特征在于：所述斜盘表面设置有跨尺度二级织构，二级织构包括固定连接在斜盘表面上的凸体以及固定连接在凸体上的小凸体或小凹坑。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述斜盘表面的凸体为倒锥形的倒锥乳突，倒锥乳突上密布着倒锥绒突。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述倒锥乳突的底径为200～300μm，倒锥乳突的高为200～300μm，所述倒锥绒突底径为400～600nm。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述斜盘表面设置有多个包括倒锥乳突和倒锥绒突的微纳二级单元体，微纳二级单元体呈椭圆形阵列均匀分布于与斜盘前端面外边缘椭圆同心同轴设置的若干个分布椭圆上，所述微纳二级单元体的周向间距与径向间距均为500～900μm。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述斜盘表面的凸体为半球形的半球乳突，半球乳突上分布有半球形的凹坑绒突。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述半球乳突半径为0.5～0.9mm，所述凹坑绒突半径为60～150μm。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述斜盘表面设置有多个包括半球乳突和凹坑绒突的毫微二级单元体，所述毫微二级单元体呈椭圆形阵列均匀分布于与斜盘前端面外边缘椭圆同心同轴设置的若干个分布椭圆上，所述毫微二级单元体的周向间距与径向间距均为1.4～2.8mm。

本发明技术方案的进一步改进在于：与斜盘相配合的滑靴表面设置有水室。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明解决了目前水压轴向柱塞泵滑靴副及其他水液压元件摩擦副的摩擦磨损加剧问题，降低水压轴向柱塞泵的斜盘及滑靴表面在摩擦过程中的水膜粘附和摩擦系数，减阻抗磨效果好，提高其耐磨性能。

（1）在水润滑条件下，滑靴副表面的跨尺度二级微观结构在滑靴与斜盘发生相对转动时可产生流体动压效应，从而提高水膜承载能力、减小摩擦阻力、降低表面损伤、增强耐磨能力，在优选配对材料的基础上，可使滑靴副的摩擦磨损性能进一步提高；（2）仿荷叶织构表面滑靴副，只需在斜盘及滑靴表面构造跨尺度二级微观结构，无需改变材料和结构，不污染环境介质，结构简单，绿色经济。

附图说明

图1是安装有本发明的水压轴向柱塞泵整体构造示意图；

图2是本发明具有荷叶正表面跨尺度二级织构的滑靴副示意图；

图3是本发明仿荷叶正表面微观织构的形态与结构示意图；

图4是本发明具有荷叶正表面跨尺度二级织构的斜盘的前端面结构示意图；

图5是本发明具有荷叶正表面跨尺度二级织构的斜盘的侧向结构示意图；

图6是本发明具有荷叶正表面跨尺度二级织构的斜盘的后端面结构示意图；

图7是本发明具有荷叶背表面跨尺度二级织构的滑靴副示意图；

图8是本发明仿荷叶背表面微观织构的形态与结构示意图；

图9是本发明具有荷叶背表面跨尺度二级织构的斜盘的前端面结构示意图；

图10是本发明具有荷叶背表面跨尺度二级织构的斜盘的侧向结构示意图；

图11是本发明具有荷叶背表面跨尺度二级织构的斜盘的后端面结构示意图；

图12是本发明的无水室的滑靴的结构示意图；

图13是本发明的有水室的滑靴的结构示意图；

其中，1、斜盘，2、滑靴，3、泵端盖，4、转轴，5、回程盘基座，6、轴密封，7、倒锥乳突，8、倒锥绒突，9、微纳二级单元体，10、半球乳突，11、凹坑绒突，12、毫微二级单元体。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1至图13所示，一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副，包含斜盘1和滑靴2。具有仿荷叶织构表面的斜盘1可采用耐腐蚀合金进行加工，呈圆柱形，前端面与轴线倾斜，呈椭圆形，与滑靴2相接触；斜盘1后端面与轴线垂直，呈圆形，与泵端盖3相接触；内部沿轴线设有三段阶梯通孔，中间孔的直径小于两端孔的直径，中间孔与泵的转轴4相配合，靠近前、后端面的孔分别用于安装回程盘基座5、轴密封6。

受到荷叶“出淤泥而不染”的启发，在水压轴向柱塞泵的斜盘1及滑靴2的表面构造类似荷叶表面的跨尺度二级微观结构，以降低其在摩擦过程中的水膜粘附和摩擦系数，提高其耐磨性能，将是一个新颖且行之有效的方法。所述斜盘1表面设置有跨尺度二级织构，二级织构包括固定连接在斜盘1表面上的凸体以及固定连接在凸体上的小凸体或小凹坑。

在斜盘1前端面模仿荷叶正、背表面不同形态的微观结构，分别构造两种不同形态的跨尺度二级织构表面。

第一种织构表面为：模仿荷叶正表面织构形态，所述斜盘1表面的凸体为倒锥形的倒锥乳突7，倒锥乳突7上密布着倒锥绒突8。倒锥乳突7为近锥形的几何单元体，其上又密布着更小的针状毛刺形的倒锥绒突8，所述倒锥乳突7的底径为200～300μm，倒锥乳突7的高为200～300μm，所述斜盘1表面设置有多个包括倒锥乳突7和倒锥绒突8的微纳二级单元体9，微纳二级单元体9呈椭圆形阵列均匀分布于与斜盘1前端面外边缘椭圆同心同轴设置的若干个分布椭圆上，所述微纳二级单元体9的周向间距与径向间距均为500～900μm。所述倒锥绒突8底径为400～600nm，建立底径为200～300μm的大倒锥、其上分布有底径为400～600nm的小倒锥的跨尺度二级微观结构，将此微纳二级单元体9以斜盘前端面中心为圆心、呈椭圆形阵列均匀分布于与斜盘前端面外边缘椭圆同心同轴的28个分布椭圆上，每个分布椭圆上微观结构的数量和分布椭圆的圈数设置确保微观结构的周向间距与径向间距大致相等，从外到内与外边缘椭圆分别相距0.9 mm、1.8 mm、2.7 mm、3.6 mm、4.5 mm、5.4 mm、6.3 mm、7.2 mm、8.1 mm、9 mm、9.9 mm、10.8 mm、11.7 mm、12.6 mm、13.5 mm、14.4 mm、15.3 mm、16.2 mm、17.1 mm、18 mm、18.9 mm、19.8 mm、20.7 mm、21.6 mm、22.5 mm、23.4 mm、24.3mm、25.2 mm，从外到内每个分布椭圆上分别均布316、314、312、310、296、283、270、258、254、250、238、225、219、215、211、207、203、199、194、189、186、183、178、172、168、164、158、152个微纳二级单元体9，确保微纳二级单元体9的周向间距与径向间距大致相等。

第二种织构表面为：模仿荷叶背表面织构形态，所述斜盘1表面的凸体为半球形的半球乳突10，半球乳突10上分布有半球形的凹坑绒突11。所述斜盘1表面设置有多个包括半球乳突10和凹坑绒突11的毫微二级单元体12，所述毫微二级单元体12呈椭圆形阵列均匀分布于与斜盘1前端面外边缘椭圆同心同轴设置的若干个分布椭圆上，所述毫微二级单元体12的周向间距与径向间距均为1.4～2.8mm。半球乳突10为近半球形的几何单元体，其上又分布有网格状的凹坑绒突11，所述半球乳突10半径为0.5～0.9mm，所述凹坑绒突11半径为60～150μm，建立半径为0.5～0.9mm的半球凸包、其上分布有半径为60～150μm的半球凹坑单元的跨尺度二级微观结构，将此毫微二级单元体12以斜盘前端面中心为圆心、呈椭圆形阵列均匀分布于与斜盘前端面外边缘椭圆同心同轴的10个分布椭圆上，每个分布椭圆上微观结构的数量和分布椭圆的圈数设置确保微观结构的周向间距与径向间距大致相等，从外到内与外边缘椭圆分别相距1.3 mm、3.95 mm、6.6 mm、9.25 mm、11.9 mm、14.55 mm、17.2mm、19.85 mm、22.5 mm、25.15 mm，从外到内每个分布椭圆上分别均布105、101、94、87、78、74、68、61、55、48个毫微二级单元体12，确保毫微二级单元体12的周向间距与径向间距大致相等。

与上述斜盘1配合的滑靴2可采用耐腐蚀、自润滑性好、耐磨损的高分子材料制成。如图12、图13所示，与上述斜盘1配合的滑靴2的表面可以是平面，也可以加工出密封带和水室。

在轴向柱塞泵已有较高效率的情况下，织构表面滑靴副水压轴向柱塞泵的容积效率、机械效率和总效率较光滑表面滑靴副水压轴向柱塞泵进一步提高了0.1%-0.7%，0.4%-0.8%，0.1%-0.5%。

Claims

1.一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副，包括斜盘（1）和滑靴（2），其特征在于：所述斜盘（1）表面设置有跨尺度二级织构，二级织构包括固定连接在斜盘（1）表面上的凸体以及固定连接在凸体上的小凸体或小凹坑。

2.根据权利要求1所述的一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副，其特征在于：所述斜盘（1）表面的凸体为倒锥形的倒锥乳突（7），倒锥乳突（7）上密布着倒锥绒突（8）。

3.根据权利要求2所述的一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副，其特征在于：所述倒锥乳突（7）的底径为200～300μm，倒锥乳突（7）的高为200～300μm，所述倒锥绒突（8）底径为400～600nm。

4.根据权利要求2所述的一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副，其特征在于：所述斜盘（1）表面设置有多个包括倒锥乳突（7）和倒锥绒突（8）的微纳二级单元体（9），微纳二级单元体（9）呈椭圆形阵列均匀分布于与斜盘（1）前端面外边缘椭圆同心同轴设置的若干个分布椭圆上，所述微纳二级单元体（9）的周向间距与径向间距均为500～900μm。

5.根据权利要求1所述的一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副，其特征在于：所述斜盘（1）表面的凸体为半球形的半球乳突（10），半球乳突（10）上分布有半球形的凹坑绒突（11）。

6.根据权利要求5所述的一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副，其特征在于：所述半球乳突（10）半径为0.5～0.9mm，所述凹坑绒突（11）半径为60～150μm。

7.根据权利要求5所述的一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副，其特征在于：所述斜盘（1）表面设置有多个包括半球乳突（10）和凹坑绒突（11）的毫微二级单元体（12），所述毫微二级单元体（12）呈椭圆形阵列均匀分布于与斜盘（1）前端面外边缘椭圆同心同轴设置的若干个分布椭圆上，所述毫微二级单元体（12）的周向间距与径向间距均为1.4～2.8mm。

8.根据权利要求1所述的一种仿荷叶织构表面的水压轴向柱塞泵滑靴副，其特征在于：与斜盘（1）相配合的滑靴（2）表面设置有水室。