[發(fā)明專利]具有仿生非光滑表面的高壓海水軸向柱塞泵柱塞摩擦副

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410061751.4
• 申請日: 2014-02-24
• 公開（公告）號: CN103867432A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高殿榮;毋少峰;趙建華;王志強(qiáng);梁瑛娜
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: F04B53/14
• 分類號: F04B53/14;F04B53/16;F04B53/18
• 代理公司: 石家莊一誠知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13116
• 代理人: 崔鳳英

所屬領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高壓海水軸向柱塞泵，尤其涉及柱塞摩擦副。

背景技術(shù)

高壓海水軸向柱塞泵是以海水為介質(zhì)的海水液壓傳動及反滲透海水淡化等系統(tǒng)的核心動力元件。柱塞摩擦副是高壓海水軸向柱塞泵中的關(guān)鍵摩擦副之一，該柱塞摩擦副有一個缸體，該缸體內(nèi)設(shè)有與其軸線平行的6個柱塞孔，每個柱塞孔內(nèi)各設(shè)一個與其對應(yīng)的柱塞，該柱塞的柱身部分內(nèi)設(shè)一端開口的空腔，該空腔與球頭內(nèi)的通道相連通。柱塞摩擦副由于工作在海水環(huán)境中，加之高速、重載，因而極易腐蝕、磨損，進(jìn)而導(dǎo)致失效，嚴(yán)重影響高壓海水柱塞泵的正常使用及使用壽命。國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的專家針對高壓海水軸向柱塞泵柱塞摩擦副存在的問題一直進(jìn)行著研究。解決問題的思路有尋求滿足耐磨蝕、抗磨損和具有自潤滑性能的配對材料，由研究及工程實(shí)踐來看工程陶瓷、表面工程材料以及特種耐磨蝕合金比較適合柱塞摩擦副的制造；還有考慮通過改善柱塞摩擦副的潤滑條件，用靜壓支撐的潤滑方式來改善柱塞摩擦副的摩擦磨損性能方面的研究。尋求配對材料的研究僅限于材料的性能，如何進(jìn)一步提高柱塞摩擦副的潤滑能力、承載特性、摩擦磨損性能，還是尚待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能改善在海水潤滑的環(huán)境里，在高速、重載的條件下柱塞摩擦副的潤滑能力、承載特性、摩擦磨損性能的具有仿生非光滑表面的高壓海水軸向柱塞泵柱塞摩擦副。本發(fā)明主要是根據(jù)仿生非光滑表面效應(yīng)，將高壓海水軸向柱塞泵的柱塞摩擦副摩擦表面加工成通孔單元體和凹坑狀單元體形成的仿生非光滑表面。

本發(fā)明具體方案如下：本發(fā)明包括缸體和柱塞組成的柱塞摩擦副，該摩擦副的柱塞摩擦面在運(yùn)行過程中一直位于缸體內(nèi)部的摩擦表面上設(shè)有若干與柱塞內(nèi)空腔連通的通孔單元體，最好直徑為0.6-3.2mm；柱塞其余摩擦面上設(shè)有若干凹坑單元體，最好深0.01-3mm，其在柱塞表面上的開口面積為0.8-12mm²。上述通孔單元體與凹坑單元體呈螺旋狀分布。上述通孔單元體與凹坑單元體共同構(gòu)成仿生非光滑表面形態(tài)。上述凹坑單元體截面形狀有多種，如圓柱形，圓錐形，半球形，球柱形，倒截錐形，圓柱帶倒角形，碗型，倒半球形，半橢球形等，這些形狀可單獨(dú)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與普通內(nèi)摩擦表面的缸體直接配合形成柱塞摩擦副；但最好是在柱塞和缸體柱塞孔之間加裝一個具有仿生非光滑表面的襯套，即內(nèi)徑與柱塞外徑對應(yīng)、外徑與柱塞孔內(nèi)徑對應(yīng)的圓管，柱塞和襯套相對運(yùn)動形成柱塞摩擦副；在襯套外壁上設(shè)有凹槽式溝槽，其為螺旋形溝槽，并且前溝槽距一端4-10mm，最好該溝槽寬1-4mm，深0.3-1.2mm，螺旋螺距為8-15mm。在上述溝槽底部設(shè)規(guī)則分布的通孔單元體，最好直徑為0.6-3.2mm，上述通孔單元體在襯套內(nèi)摩擦表面構(gòu)成仿生非光滑表面形態(tài)，并在襯套和缸體之間形成密封帶。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、研究自然界大量生物，如山地與沙漠地帶的蜥蜴、蛇類，土壤中的蚯蚓，海中的貝類和鯊魚，植物竹子等，發(fā)現(xiàn)這些生物普遍具有優(yōu)良的脫附、減阻和耐磨的功能，而這些功能與其體表非光滑表面形態(tài)有關(guān)。本發(fā)明根據(jù)仿生非光滑表面效應(yīng)，將高壓海水軸向柱塞泵的柱塞摩擦副摩擦表面加工成具有一定形態(tài)的非光滑表面，這些單元體會貯存?zhèn)鲗?dǎo)海水，在摩擦副工作過程中將海水涂覆到摩擦表面，改善了潤滑條件；同時在這些單元體的局部會形成動壓支撐，改善其承載特性；另外這些單元體會儲存海水介質(zhì)中的顆粒狀磨粒，防止這些磨粒被帶到摩擦表面，改善了摩擦學(xué)性能，達(dá)到減阻減磨的目的，提高摩擦副的耐磨性、延長摩擦副的使用壽命。

2、本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改善了柱塞摩擦副的性能，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，性價比高等優(yōu)點(diǎn)。另外該技術(shù)具有個性化強(qiáng)的特點(diǎn)，可以針對不同工作要求，選用不同單元體形態(tài)、尺寸、分布規(guī)律的仿生非光滑表面形態(tài)，從而獲得優(yōu)異的性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明柱塞摩擦副主視剖面示意圖；

圖2是本發(fā)明帶有襯套的柱塞摩擦副主視剖面示意圖；

圖3是本發(fā)明柱塞的主視示意圖；

圖4是本發(fā)明柱塞的主視剖面圖；

圖5是本發(fā)明襯套的主視示意圖；

圖6是本發(fā)明襯套的主視剖面圖；

圖7是本發(fā)明圓柱形凹坑單元體的剖面視圖；

圖8是本發(fā)明圓錐形凹坑單元體的剖面視圖；

圖9是本發(fā)明半球形凹坑單元體的剖面視圖；

圖10是本發(fā)明球柱形凹坑單元體的剖面視圖；

圖11是本發(fā)明倒截錐形凹坑單元體的剖面視圖；