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1、第二章 液压传动装置的可靠性 寿命与传动效率的影响因素 第一节 液压元件性能参数及可靠性寿命 第二节 动态载荷对液压元件寿命的影响 第三节 液压元件的传动效率 第一节 液压元件性能参数及可靠性寿命 一、性能参数定义（柱塞泵、马达） 额定压力pH：规定转速范围内连续运转、 并能保证设计寿命的最高输出压力。 最高压力pm ：允许短时运转的最高输出（ 输入）压力。 额定转速nH ：在额定压力、规定的进油条 件下，能保证设计寿命的最高名义转速。 额定工况：最大排量、额定压力、额定转 速下的工况。 Vmax 、 pH 、 nH 二、可靠性定义及数量特征 1 可靠性定义：产品在规 定的条件下和时间内，完
2、成规定功能的能力。 规定的功能：全部功能； 规定的条件：负荷条件、 环境条件、存放条件等； 规定时间：随使用时间不 同，完成规定功能的能力 不同。 2 可靠性的数量特征 （1）可靠度R(t)：产品在 规定条件下和规定时间内 完成规定功能的概率。 R(t)：可靠度函数；F(t)：累积失效概率（ 不可靠度函数）； N：受试产品总数；N：失效数。 (2) 失效率(t)：产 品在时刻t后的一个 单位时间 内(t,t+1) 的失效数与在该时 刻尚正常工作的产 品数之比。 失效密度f(t)：指产 品在某一时间间 隙 内平均单位时间 的 失效频率 n(t)：t时刻的累积故障数 (3) 寿命：液压元件主要特征
3、参 数超过许用极限前的工作时间 。 可修复产品指两次相邻故障间的 工作时间MTBF（mean time between failure）。 不可修复产品指失效前平均工作 时间MTTF（mean time to failure ）。 平均寿命：产品寿命的平均值。 可靠寿命ta ：可靠度等于给定值a 的无故障工作时间。 中位寿命t0.5：可靠度为0.5时的寿 命。 注意：中位寿 命与平均寿命 含义不同，见 表2.1。 （4） 常见失效密度分布函数 三 液压元件的失效 失效的分类 失效判据 四 液压元件典型失效机理（疲劳、磨损、老化 ） 1 疲劳 金属在交变应力或应变循环 下，逐渐产生带有选择性的
4、累积损伤，经过一段时间发 生带有局部特征的断裂，即 为金属疲劳。 疲劳过程：裂纹产生、扩展 、瞬时断裂。 断口形貌：疲劳扩展区、瞬 时断裂区。 （1） 滚动零件的疲劳寿命 国外一些液压元件公 司常用主轴承或其他 关键运动副的疲劳损 伤极限循环次数作为 元件的寿命指标。 滚动轴承额定寿命计 算公式： 滚动轴承寿命还与润滑条件 有关。轴承尺寸愈大、转速 愈高、润滑油粘度愈大油膜 参数（Hmin/）愈大，寿命 愈长。 意大利DENISON丹尼逊公司 (2) 缸体等压力容腔类零件的疲劳强度 液压元件以107次循环确定耐久极限压力，以106次循环确定额定 压力。 不同循环次数下的疲劳极限压力可以换算，其
5、公式为： 2 磨损 1）磨损的形式 磨料磨损：磨料颗粒侵入摩擦副， 产生微量切削，破坏密封。 粘着磨损：粘着、撕裂，如滑阀卡 涩。取决于压力和油粘度。 疲劳磨损：交变载荷作用使金属表 面疲劳剥落。 腐蚀磨损：油液中水分在压力、温 度变化时分离，腐蚀表面。 2）磨损强度的影响因素 润滑条件、相对运动速度、工作压 力、周围介质的成分； 液压元件使用原则是适当降低匹配 压力，尽量提高工作速度。 3）液压元件的油污敏感度：指液压元件对污染颗粒的敏感 程度，敏感度愈高则抗污染能力愈低。 元件性能下降率 元件对尺寸区间i的油污敏感度系数 区间i的油污颗粒侵入速度 流量 污染颗粒浓度 若试验防尘一次加入液压
6、系统，初始浓度为n0则污染颗粒浓度 按指数衰减： 泵的污染敏感系数正比于颗粒浓度 泵流量变化率： 时间常数 泵流量随使用时间变化规律 ： 时间无穷大时，达到稳定值 ： 实际使用中颗粒浓度基本不变 泵磨损寿命： 允许最低流量 国家标准规定 ： 3 液压元件负荷与寿命的关系 高压：应力大，局部温 度升高、油液粘度低， 旋转组件的疲劳和磨损 加剧，这些运动副成为 薄弱环节。寿命曲线比 较平缓，压力对寿命影 响大。 中压：轴承疲劳损坏成 为限制因素。 低压：其他组件磨损， 陡峭，寿命对压力影响 不敏感。 使元件在中压段工作既可以 充分发挥元件工作能力，又 具有较长的工作寿命。 第二节 动态载荷对液压元
7、件寿命的影响 一、工程机械的载荷特点 连续作业：工作阻力保持较高的数值且呈现出剧烈的波动性。 周期作业：周期性、低频波动性（0.153Hz）、频繁超载。 额定载荷：工程机械规定额定载荷为满铲运土时的平均载荷。 二、动态载荷对液压元件寿命的影响 液压轴向柱塞泵技术条件 、液压轴向柱塞泵试验方法 满载试验：额定压力、额定转速 、最大排量。 超载试验：最大排量、额定转速 、最高标定压力或125%的额定 压力。 冲击试验：最大排量、额定转速 ，冲击频率1030/min。 三种试验可任意选一种。任一方法试验后液压泵容积效率下降 不超过3%，不得有异常磨损或损坏。 1、满载2400h； 2、满载1000h
8、，超载10h，冲击10万次； 3、超载250h，冲击10 万次。 三种试验方法等效可得： 1、由2、3等效,240h超载=1000小时候满载，即超 载1h=满载4.17h； 2、由1、3等效，满载2400h=超载576h=超载250h+ 冲击10万次，即超载1h=冲击306次，满载1h=冲击 73.44次 3、冲击频率1030/min，即6001800次/h，冲击1h 相当于满载8.224.5h，取16.35h 二、在动载和超载工况下提高液压元 件工作寿命的措施 1、降压使用 可以认为动载主要影响配流盘的疲劳强度，加大运动副的磨损。而对主 轴承、缸体等本就受动载作用的零件影响不大。 工作压力降
9、低至额定压力2/3时，疲劳寿命可由106次循环增加至耐久极限 。 2、采用蓄能器滤波以削减冲击峰值和 脉动幅值 气囊式蓄能器充气压力 吸收液压冲击时 消除压力脉动时 满铲平均载荷对应压力 脉动最小压力 脉动平均压力 由于脉动特性难以确定，故一般取 ： 为了同时吸收冲击和脉动，取蓄能器充气压力为二者较小者，即 ： 气囊式蓄能器总容量 消除脉动时，在一个流量脉动周期内，蓄能器吸、排油一次，其中 的气体为绝热过程，满足： 绝热指数 假设脉动为对称三角形，则 蓄能器吸收油液体积 脉动周期，取1/3s 消除脉动时蓄能器总容量： 吸收冲击时蓄能器总容量： 消除脉动和吸收冲击兼顾时，取小者。 第三节 液压元件的传动效率 一、定量泵效率 1 容积效率 理论排量 压差 泵转速液压油粘度 实际流量泄露流量 2 机械效率 理论输入力矩实际输入力矩 层流泄漏系数 摩擦阻力矩 机械摩擦系数 层流摩擦系数 3 总效率 式中各系数见表2.8 总效率最大时 ： 考虑到CsCv远小于1，则有 泵最大总效率 二、轴向柱塞变量泵效率 结论： 1 容积效率、机械效率均随排量增大而增大； 2 容积损失由运动副间泄漏引起； 3 机械损失包括三部分：液体摩擦、机械摩擦、与压力和转速无关的 扭矩损失。 三、液压马达的效率
