曲轴连杆式低速大扭矩液压马达滑靴副的设计分析.pdf

液 压 气 动 与 密 d - ／ 2o 1 5年 第 O l 期 d o i 1 0 。3 9 6 9 4 ． is s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ．0 1 ．0 0 9 曲轴连杆式低速大扭矩液压马达滑靴副的设计分析 徐荣滨 De s i g n o f S l i p p e r P a i r s f o r C r a n t e s h a f t Co n n e c t i n g Ro d T y p e Lo w S p e e d La r g e T o r q u e Hy d r a u l i c M o t o r xu Ro n g - b i n 昆山金发液压机械有限公司， 江苏 昆山 2 1 5 3 0 0 摘要 分析了进 口液压马达滑靴副的设计， 提出了结合静压支承结构设计方法和剩余压紧力设计方法， 综合进行滑靴副的设计。 关键词 摩擦； 滑靴副； 液压马达 中图分类号 T H1 3 7 ； T H1 3 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 O l 一 0 0 3 4 0 2 0 引言 连杆与曲轴间的摩擦副 称滑靴副 是 曲轴连杆式 单作用径向柱塞低速大扭矩液压马达的关键摩擦副之 一 ，对于马达的承载能力及其机械效率起着决定性 的 作用。在工作状态下， 这一摩擦副受力大且力的方向 随转角变化， 又存在较大的运动速度 ， 摩擦磨损严重 ， 因此合理 的设计滑靴副 ， 使之形成适当的油膜 ， 减轻磨 损 ， 降低油温提高寿命与可靠性是提高曲轴马达性能 的关键问题之一 。 1 问题 的提出 我公司生产的某型曲轴连杆式液压马达是某油田 主机的液压系统的关键元件 ， 其连杆滑靴采用的就是 静压支承的设计 ， 在实 际的使用 中连杆滑靴 副仍常常 发生烧瓦现象， 同国外产品相比较， 马达的滑移性能和 外泄漏都不及国外同类产品， 不能满足用户的要求。 为此 ， 我们对 E t 本川崎 S B 5 1 0 产 品进行了分析。 2 川崎马达滑靴副的设计分析 。 日 本川崎S B 5 1 0 马达滑靴副的静压支承设计同我 们 目前的结构类似 ， 但也有独到之处 ， 如封油带面积取 得大， 节流器前没有过滤器， 压降系数取得大等等。 现 分 别 以不 同 的假 设 对 S B 5 1 0马 达 滑 靴 进 行 计算 1 结构尺寸 S B 5 1 0 连杆滑块底面尺寸如图 1 所示 ， 基本 尺 寸为 B 9 7mm ， b B 1 4 mm ， LI 1 1 ． 5 mm ， b L 1 3 mm ， 柱塞直径 d 1 0 1 ． 6 m m 收稿 日期 2 0 1 4 0 6 1 7 作者简介 徐荣滨 1 9 6 5 ～ ， 男， 浙江宁波人 ， 高级工程师， 学士， 现从事液 压元件和液压系统领域研究。 3 4 则滑块底面的投影面积 A 规 1 0 8 ． 2 c m 等压腔面积 A 一 2 b 一 2 b 5 9 c m 四周密封带面积 A ， 2 [B b 一 2 6 6 4 9 ． 2 c m 有效支承面积 A 一 6 一 b L 8 1 ．7 6 c m 柱塞面积 A d 8 1 ． 0 4 c I n l P I I I L ． b L r． 1 ●1 _ }_ ． 图1 S B 5 1 0 连杆滑块底面 2 按残余压紧力计算 连杆滑块瓦面作用力 X p 2 2 0 0 p N P为柱塞缸的工作压力 ， MP a 。 则残余压紧力 p - 0 ． 4 4 7 p MP a 当n 1 3 0 转／ m i n I 轴瓦出平均速度 q T D 丽 n _1 ． 3 8 m ／ s 1 0 0 0 6 0 ’ 1 0 0 0 6 O ～ 式 中 偏心轮直径 D 2 0 3 m m， 偏心距e 3 8 。 瞬时最大速度 1 T 。 D 2 e 。 n 一 百 ‘ 2 0 3 2 X 3 8 ‘ 1 3 0 1 0 o 06 0 1 0 0 0X6 0 1 ． 8 9 9 m／ s 按上公式计算不同工作压力时的各值见表 1 。 表 1 Hy d r a u l i c s P n e u m a t i c s S e a l s ／ No ． 01 ． 2 01 5 使用轴承巴氏合金时的许用值为 『 p ] 2 5 M P a， V 8 0 m ／ s ， [ p V ] 2 0 M P a ‘ m ／ s 。 推荐[ P ] 3 5 ～ 4 0 M P a 。 由上可见计算值均小于许用值， 安全。 3 按静压支承进行计算 压降系数 告 a 0 ．9 9 阻尼系数 KB ’ R K B 古 式中取 2 0 X 1 0 厘泊 。 取油温 5 0 C lJ K B 罟 9 ．5 2 1 0 实测川崎 S B 5 1 0 连杆内节流阻尼堵长 z 8 ．2 m m ， 内孔直径 d 0 ． 5 mm。 略去起始段效应有 “ r r d 3 1 41 6 X0 0 5 nf 一 一一 _一。二 1 ． Uoy n 4 ． ． 4 ⋯ 得到阻尼系数 K9 ． 51 2X 1 0 X 1 ． 0 6 91 0 ． 1 7X 1 0 由于 而 1 i ． ． 丽一 o ． 一 支承在额定压力下的泄漏计算 式 中 p s O l P2 1 X0 ． 9 9 2 0 ． 8 MP a ． ． A q 罟 5 ． 0 5 mm。 ／ s e c 0 ． 3 0 3 L ／ mi n 马达正常运转时相 当于 2 ． 5 个缸在工作 ， 支撑总泄 漏为 0． 3 03 X 2 ． 50． 75 7 L／ mi n 4 分析结论 通过上述的计算 ， 分析川崎 S B 5 1 0 马达可知 1 滑靴处设计如按静压支撑设计 ， 一般压降系数 取 ， 为了缩小结构 ， 该处压降系数是可取得较大 一 些 ， 国内曲轴连杆液压马达此处压降系数 取为 0 ．8 - 0 ．9 ， 而该液压马达取 0 ．9 9 ， O t 较大 ， 经初步计算 h 0 ．0 1 0 m m， 比一般设计偏小一些； 2 滑靴处如按残余压紧力理解 ， 从粗略计算可知 设计参数 均小 于许用安 全值是 可行 的 ， 而且此时节流 小孔理解 或当负载突变 时 ， 防止连杆脱开偏心轮而引 起大量漏油而设 ； 3 S B 5 1 0 该液压马达封油面积较 大 ， 从实际测试 也可知 外漏较少， 因此马达的静态滑移性能较好 ， 而 且从实验中也知该马达的启动效率并不低 ， 可见川崎 是考虑了综合性能指标后 ， 结合静压支承结构设计方 法和剩余压紧力设计方法， 综合进行设计的。 3 改进设计与试验 根据上述的分析计算 ， 我们对我公司的液压马达 J M1 2 一 F 0 ． 8 进行优化设计 将滑靴底面封油带加宽 ， 、 L 由于结 构限制不做改动 ， b d b 由 1 0 m m改为 1 2 mm， 加 大 了密封面积 ， 使压降系数由0 ．9 2 提高至0 ．9 8 ， 与S B 5 1 0 接 近 ， 通过 计 算 可 知滑 靴 的油 膜 厚度 由原来 的 0 ． 0 2 7 m m减薄为 0 ． 0 1 7 ra m， 而较薄 的油膜具有较大的刚 度 ， 同时 0 ． 0 1 7 mm厚 度 的油 膜 也是 较 为理 想 的一 个 值。滑靴工作时最大的P V 值仅 1 9 ．6 MP a m ／ s ， 远小于 许用值 ， 马达 的外泄漏量也仅为原设计的三分之一 。 优化设计后 的J M 1 2 一 F 0 ． 8 马达 ， 按照正常的马达装 配后 ， 进行台架试验 ， 转速从 0 起步 ， 逐渐增至马达的最 高转速2 5 0 r ／ m i n ， 并逐级增压至 2 5 M P a ， 测试马达的各 项数据， 均正常， 换向重复试验， 结果也均正常， 各项指 标均优于标准的要求。在连续工作8 h 后 ， 马达没有故 障， 分解马达 ， 检查连杆轴瓦 ， 情况 良好 ， 没有磨损现 象。投入批量生产后经过近一年的统计 ， 工厂台架出 厂试验没有发现烧瓦现象 。 4 结论 经 长时 间的 台架试 验 和石油机 械上 的长 时 间使 用， 可靠性较之原设计有较大的提高， 拆检油田使用 1 年的马达发现滑靴瓦面磨损比较均匀 ， 且无异常现象 ， 表明该马达的静压支承改进设计是较为成功的。 参考文献 [ 1 】 威 棚蒯 卜手 册 第三版 [ M] j 匕 京 肖 工业出版} 土 ， 2 0 0 1 ． [ 2 ]2 陈卓如． 低速大扭矩液压马达理论 、 计算与设计[ M ] ． 北京 机 械工业出版社， 1 9 8 9 ． 【 3 】 雷天觉． 液压工程手册【 M】 ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 o ． [ 4 ] 徐绳武． 柱塞 式液压泵[ M] ． 北京 机械工业 出版社， 1 9 8 5 ． [ 5 】 许耀铭． 油膜理论和液压泵和马达的摩擦副设计[ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 8 4 ． [ 6 ] 陈卓如， 潘社卫 ， 金朝铭 ， 张守礼． 曲轴连杆液压马达摩擦副 的研究综述[ J ] ． 液压气动与密封 ， 1 9 9 6 ， 4 9 - 1 2 [ 7 ] 甄少华． 低速大扭矩液压马达【 M] ． 北京 人 民交通出版社， 1 9 9 5 ．