液压泵污染寿命预测技术研究

　　0 引 言

　　液压系统工作寿命的长短，直接关系到系统在整个使用周期内的使用成本和维护强度，因此，如何在设计之初对系统的设计寿命进行有效预测和评估，进而在附件制造、系统集成过程中体现系统的可靠性、维修性等指标，就成为工程中遇到的实际问题。本文利用污染敏感度建模理论，建立基于流量衰减的液压泵污染敏感度分析模型，结合实际使用情况，通过理论推导得到液压泵污染寿命预测模型，并针对某台液压泵污染加速试验所得数据，对其工作寿命进行预测分析。

　　1 液压泵污染敏感度建模

　　液压泵污染敏感度理论的基础是，当一定量的污染颗粒流过液压泵时，液压泵就丧失一定的流量输出能力，即可以用液压泵的污染敏感系数(Sj)来描述单个污染颗粒所造成的泵流量衰减能力，因此，液压泵输出流量的衰减量就等于所有颗粒尺寸区间上的污染颗粒流量与液压泵相对于所有尺寸区间中颗粒污染敏感系数的乘积之和。

　　上述理论可表示为

　　式中，j表示颗粒尺寸区间为j的污染颗粒数;Qj(t)为过流流量;nj(t)为尺寸区间j中的颗粒浓度;“-”表示的是性能的衰减。实际上，各尺寸区间中的颗粒污染浓度是不断变化的，原因在于，当具有磨损能力的颗粒污染进入液压泵之后，颗粒在通过液压泵内部的运动副间隙时，一方面引起液压泵运动表面产生磨损，另一方面颗粒本身也由于工作表面的相对运动而重新被破碎为更细小的颗粒，当这些被重新破碎的颗粒的直径小到一定程度后，这些颗粒就失去了对运动表面产生磨损的能力。国外的研究结果表明：能对元件产生磨损的污染颗粒浓度随时间成指数关系变化，其变化曲线如图1所示。

　　用数学方程对图1所示的浓度变化关系进行描述，得到：

式中，n₀，j为初始颗粒浓度，n₀，j=Nj(t)-Nj +1(t);nj(t)为t时间段后的污染浓度;τj为颗粒磨灭时间常数，一般为颗粒浓度降低到初始浓度的37%所用的时间，通过对大量液压泵进行的统计分析表明，颗粒磨灭时间常数一般为9分钟。

　　由式(2)可知，在确定区间j中的污染颗粒浓度n₀，j时，需要首先确定Nj(t)和Nj +1(t)。在液压系统中，一般使用对数曲线来描述颗粒的累积污染浓度，用数学方程描述对数曲线为：

式中，ND为单位容积内颗粒尺寸大于D的数量。

　　对式(3)进行变换，得到：

　　分别使用空气滤清器对试验粉尘(ACFTD)和粗试验粉尘(ACCTD)进行试验，并在对数坐标中绘制每毫升液压油中特定尺寸的累积颗粒尺寸分布情况，发现不论是ACFTD还是ACCTD试验，其对数曲线都趋进于直线，如图2所示。因此，常数A和B可以通过曲线拟合得到。ACFTD粉尘条件下，A=3.246，B=-1.086;ACCTD粉尘条件下，A=2.93286，B=-0.98807。