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磨損

磨損是機器運轉中普遍存在的一個嚴重問題,是液壓和潤滑系統元件失效的主要原因。研究表明,液壓和潤滑系統的磨損主要是由于顆粒污染造成的,因此,為了改善和控制元件的磨損,必須了解油液污染對元件磨損的影響和污染磨損的機理。

油液中的固體顆粒污染物是引起磨損的最主要原因,在這里,顆粒起著研磨劑中磨料的作用,它同元件表面長期相互作用,產生各種形式的磨損,造成元件表面逐漸損壞,配合間隙逐漸增大,內漏逐漸加大,導致性能衰降直至失效,縮短使用壽命;同時可促成顆粒淤積、堵塞和卡滯,導致突發性故障。在液壓系統里,無論是金屬件還是非金屬件,都極易受到這種磨損,特別是配合精度較高的滑閥式或柱塞式等機構,更易遭到顆粒的磨損。磨損的過程比較復雜,是一個微觀、漸變的過程,一般看不到磨損的過程,只能看到磨損的結果。

顆粒污染引起的磨損主要有切削、疲勞、粘著和沖蝕等幾種機理。

(1)切削磨損

進入元件運動副間隙內的堅硬固體顆粒嵌入在其中材料較軟的元件表面,在相對運動中象車刀一樣將另一元件表面材料切削下來,如圖23所示,產生的磨屑的微觀形貌一般類似車床的切削碎屑,碎屑尺寸可達約150m。這種磨損,因較軟的表面易嵌人顆粒,故較硬的表面常常反而磨損較嚴重,切削磨損表面常有明顯的劃紋和劃傷。

(2)疲勞磨損

在表面出現初始裂紋片反復作用明引起裂紋擴展,并形成空洞最后,表面材料剝離而損壞。

(3)粘著磨損

固體顆粒與元件表面相互作用使元件表面材料發生塑性變形,產生凸起和凹坑,這些凸起部分破壞了潤滑,使運動副表面產生金屬與金屬的直接接觸,接觸點在負載下造成局部高溫而發生熔合粘著。當運動副作相對運動時發生剪切,材料從屈服強度較小的表面上剝落而形成磨粒,進一步加劇磨損,這是一個粘著一剪切—再粘著再剪切的惡性循環過程,稱為粘著磨損,如圖2-5所示。當熔合點較多時,運動副會發生卡滯甚至卡死現象,導致突發性故障。

(4)沖蝕磨損

固體顆粒隨著高速流動的液流,猶如“吹砂”或“噴丸”一樣,不斷向暴露在流道中元

件的棱邊和表面噴射沖刷,如此長期反復作用下,可使被沖刷部位受到磨損,稱為沖蝕磨損,現代飛機液壓系統油液流量和流速都非常大,液壓油在管路中的流

速一般可達5~7m/s,局部地方可達每秒鐘十幾米,顆粒在這樣高的速度下有足夠的能量來破壞被撞擊的金屬表面。一般講,較軟顆粒使被撞擊處金屬材料變形,在表面下產生缺陷而后損壞,類似于加速疲勞破壞;較硬顆粒使被撞擊處金屬材料錯位、滑移、加速疲勞和切削剝離。沖蝕磨損常見于閥芯棱邊和節流孔。

污染磨損過程往往不僅是一種磨損方式起破壞作用,而是幾種磨損方式并存,并且幾種磨損方式相輔相成,互相促進,例如,上述四種磨損方式皆可在滑閥閥芯磨損過程中同時體現,切削磨損和疲勞磨損可促成粘著磨損等。

加速油液變質

大量顆粒的不規則運動,會對油液起反復剪切作用,降低油液粘度和潤滑性,催化油液氧化變質,縮短其使用壽命。