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纯水液压系统间隙泄漏量的试验研究方法 |
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作者：湖南工程学院 曾曙林 周梓荣 彭浩舸 |
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摘要：介绍了一种纯水液压系统间隙泄漏量的试验研究方法，并利用研制的试验装置进行了间隙泄漏量的试验研究。
关键词：纯水液压；间隙泄漏量；试验
1 引言
纯水液压传动技术是液压领域的前沿发展方向之一，它具有环境污染少，清洁安全，资源充足等优点，但由于存在润滑性差，防泄漏性差和易腐蚀等问题，尤其是间隙泄漏量大，严重降低了传动效率，影响了纯水液压系统的应用和发展。
如何有效地控制纯水液压系统的间隙泄漏问题？有资料介绍，可以通过提高零件加工精度，减小偶合件配合间隙的方法来减小泄漏量，但零部件过高的加工精度会大大增加加工的成本，过小的配合间隙会使液压元件的摩擦功率损失加大，降低了机械效率，也影响了液压元件的使用寿命，如果能确定一个合理的间隙值，既将配合间隙泄漏量控制在允许的范围，又能保证零件的经济加工精度和使用寿命，将对纯水液压系统的发展和应用起到巨大的促进作用。针对这一问题，我们进行了纯水液压系统的泄漏量试验研究。本文主要介绍该试验装置及试验设计方法。
2 试验目的
众所周知，泄漏是液压系统中最常见的问题，也是人们一直在研究的课题，传统油压系统的泄漏问题已有成功的解决办法。根据现有液压理论，影响泄漏量的最大因素是间隙大小，另外系统压力、密封长度、偏心量、液体暴黏度等因素也对泄漏量产生直接影响，在层流状态下，环形间隙流量满足关系：
但对于纯水液压系统，由于水介质具有流动性好，黏度低等特性，其泄漏问题与传统油压系统有着较大的差异。在我们进行水压凿岩机、水压破碎镐，径向柱塞高压水泵等水压传动设备的研制试验过程中发现，按上述计算公式计算出来的泄漏水量，将随着间隙量的变化而急剧变化，但实际测得的水压凿岩机的泄漏量随间隙量的变化并不十分明显。例如水压凿岩机在活塞直径41.2mm，配合间隙分别为0.015mm、0.02mm、0.025mm，压力为15MPa1，平均密封长度为20mm的使用条件下，如忽略偏心量，用上述计算公式算出的泄漏水量分别为1.634L/min、3.88L/min、7.582L/min，表明间隙量在0.025时的泄漏量比间隙量0.015mm时多5.984L/min，而实际测得的泄漏量只多1.8L/min~2.3L/min，两者之间的差异非常明显。因此纯水液压系统的间隙泄漏问题是影响其发展的一个关键性技术问题，要开发利用纯水液压系统，特别是纯水液压冲击机构，必须首先解决其泄漏控制问题，为此，我们进行了这一方面的试验研究，通过测量纯水液压系统中不同的配合间隙，不同系统工作压力，不同密封长度等条件下泄漏量的大小，希望能获得不同变量组合的泄漏量数据，为解决纯水液压系统中的间隙泄漏控制问题提供可资借鉴的资料。
3 试验装置设计
为了研究纯水液压系统中压力、密封间隙、密封长度对间隙泄漏量的综合影响，我们设计了一套纯水液压试验系统，系统原理图见图1。
1,4水箱 2 溢流阀 3 径向柱塞高压水泵
5 压力 6 泄漏测量试验装置 7 量杯
图1 试验系统原理图
系统是我们根据试验的需要自行设计的，主要包括以下几个组成部分，径向柱塞高压水泵，额定流量100L/min，额定压力21MPa。泄漏测量试验装置，结构如图2所示，量杯（量程5升）和秒表，并采用专用流量计使测量更可靠。
2 壳体 3 进水接头 6 阀体螺盖 7 芯棒（7根）
8 出水接头 1、4、5、9 O形密封圈 3 流量测量仪
图2 测量试验装置结构图
4 试验方法设计
由于本次试验中所涉及的变量因素比较多，而且各因素之间相互联系，相互影响，所以为了提高试验结果的精度与可靠性，减少随机误差的影响，摸清各个因素对试验指标的影响情况，找出最优参数组合，减少试验次数，采用正交试验方法来组织本次试验。在试验中，以间隙泄漏量为指标，以泄漏测量试验装置的配合直径、水温为固定因素，以配合间隙、密封长度和系统工作压力为变量进行试验。根据加工工艺和工程实际要求，各试验因素的取值范围分别为：工作压力4-12MPa，配合间隙0.005-0.05，密封长度2-4mm，选取相应的水平数，逐一进行试验，将试验结果汇入相应的表格中。
5 试验过程
（1）将各液压元件按图1所示用管道连接，固定在试验台上，接通自来水让水箱注满水，将溢流阀压力调为0；
（2）安装试验装置，将轴向密封长度调为“0”。起动水泵，为水压系统供水，逐步调整溢流阀，检查整个系统压力是否能达到规定的实验范围；
（3）按正交试验方法选定的各参数值依次进行泄漏量试验，测定各点的泄漏量数据，将测量结果逐个记录在相应的表格上。
6 试验分析
通过对测得的间隙泄漏量数据分析，看出所选参数均对泄漏量有较大影响，其中以密封间隙对泄漏量的影响最大，三者的影响具有一定的规律性。
（1）测量结果与按公式（1）计算所得数值有较大差异；
（2）密封间隙和密封长度较小时泄漏量波动较大，且水温的变化产生的影响比较明显，对测量结果产生一定影响；
（3）试验装置的加工精度和安装误差，泄漏量计量器的准确度也对测量结果产生一定影响。
7 结论
通过我们的试验和对试验获得的结果进行分析后，可以得到以下结论：
（1）在一定条件下，纯水液压系统的环形间隙泄漏量与油压系统中环形间隙泄漏量有较大差异，不能简单套用公式（1）进行计算；
（2）纯水液压系统中密封间隙对泄漏量的影响比密封长度和系统压力的影响更大。
虽然我们的试验是初步试验，测量结果可能存在一定误差，但通过试验对纯水液压系统间隙泄漏量的变化规律作了有益的探索，希望能对纯水液压技术的发展有所帮助。(end)
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(3/20/2005) |
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