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1、 南湖学院毕业设计题目：海水泵滑靴副结构设计与材料选择作 者XXX届 别 系 别机械与电子工程系专 业机械设计制造及其自动化指导教师 职 称讲师完成时间 w摘 要海水泵是海水液压系统不可或缺的关键动力组件，海水泵的研发对海水液压技术的发展和推广应用具有特别重要的意义。由于海水中含有大量的污染物，同时海水介质具有不同于油介质的特殊化特性，具有粘度低、腐蚀性强、汽化压力高等特性，在连续重载工况下，滑靴摩擦副极易受到污染磨损，使海水性能恶化而过早失效。滑靴副的污染磨损是海水失效的主要原因和研制海水泵的关键技术难题之一。本文选择轴向柱塞式海水泵中的滑靴/斜盘副（简称滑靴副）为分析对象，结合国内外的研究
2、成果，对滑靴副污染磨损机理做了深入探索，主要从滑靴结构设计和选材方面进行了重点分析。首先，分析比较了各种滑靴副支承类型的优劣；对滑靴副进行了运动和受力分析，精确计算了滑靴对斜盘的压紧力，分析了滑靴滑靴副的失效机理。然后，为了增强滑靴副的抗污染磨损能力，对滑靴副结构上进行了改进和材料选择做了分析，重点对工程塑料，表面喷涂陶瓷和不锈钢材料之间的对偶进行了选择，筛选出摩擦学性能较好的材料搭配。关键词：海水液压传动技术；滑靴副；污染磨损；轴向柱塞式海水泵AbstractSeawater hydraulic pump is the key driving element in hydraulics sy
3、stems. The research of the pump is very important to the development and the spread of seawater hydraulic technology. At the condition with heavy load on slipper pad and swash plate pair which is shortly called for slipper pair, contamination wear which makes seawater pumps disabled appears easily i
4、n the pair, because of vast contamination and special characters in physics and chemistry of seawater, such as low viscosity, strong corrodibility, the big pressure of vaporizing point, etc. the contamination wear of the pair is the main factor that leads the failure of seawater pumps and a barrier
5、of the research of seawater pumps.The slipper pair of hydraulic axial piston pump is chosen as the research obstacle in this dissertation. Based on a review of the condition and development of its contamination wear home and abroad, construct design, material choosing and filter design are develop t
6、o solved the contamination wear of slipper pair. Contents are followed.To the advantages and disadvantages of various slipper pair are analyzed, the dynamic and kinetic models are made, then analyze factors affecting contamination wear of slipper pair. To improve the anti-contamination wear ability
7、of the slipper pair, the slipper structure is improved and material is analyzed and compared, and contamination control scheme of seawater hydraulic system is proposed .Especially in engineering plastic, surface-sprayed ceramic and stainless steel. The designed slipper is tested at slipper pair wear
8、 test, its working performance is satisfied with good anti-contamination wear capability, and also get the contamination wear principle of slipper pair.Keywords: Seawater Hydraulic Technology Slipper Pair Contamination Wear Hydraulic Axial Piston Pumpw目 录第一章 绪 论11.1课题的概述和意义11.1.1课题概述11.1.2课题意义21.2国内
9、外研究现状31.3关键技术和难点分析41.3.1技术和问题方面41.4本文研究的主要工作6第二章 海水泵滑靴副结构分析72.1滑靴/斜盘摩擦副的种类及演变72.2滑靴/斜盘摩擦副的运动分析82.3.滑靴的受力分析92.4本章小结10第三章 滑靴副结构设计123.1滑靴和斜盘接触面的分析及其影响123.2滑靴设计133.3 本章小结22第四章 滑靴副材料选择234.1选材原则234.2选取材料在海水中的摩擦磨损性能234.3本章小结24第五章 结论与展望255.1 本文总结255.2 本文展望25参考文献27致 谢28第一章 绪 论1.1课题的概述和意义1.1.1课题概述本文是以中高压轴向柱塞式
10、海水泵之滑靴副为研究对象，通过分析研究滑靴副的结构，从结构设计和选材两个方面来研究滑靴副。海水泵是海水液压系统中的关键动力组件，是整个液压系统的心脏1；主要功能是输出一定压力、流量的高压海水，用以驱动执行组件。海水泵性能的优劣决定着液压系统工作的可靠性，海水泵的研究进程也基本上决定了海水液压传动技术的发展水平2。滑靴副是柱塞泵的三大关键摩擦副之一，其性能优劣直接决定着整个海水泵综合性能的好坏甚至是研制的成败。因此如何设计高效、可靠的滑靴副和滑靴副如何克服由于海水中的污染物引起的摩擦磨损是研制海水泵的关键技术难题之一。首先分析滑靴副结构模型如下图1.1所示，筛选出适合海水泵滑靴副的支撑类型；再分
11、析滑靴副实际运行的工况和各种磨损机理，得出影响滑靴副污染磨损的因素。然后通过滑靴副的机构分析，从结构设计和选材两方面来研究滑靴副。 1-斜盘2-摩擦盘3-水壶4-单柱塞泵5-出人阀6-吸入阀7-柱塞8-缸套9-缸体10-压盘11-回程盘12-滑靴图1.11.1.2课题意义海水液压传动是指直接用海水作为工作介质的新型液压传动，是一门新兴的学科。由于水的粘度低、润滑性差、腐蚀性强、汽化压力高，导致密封非常困难。虽然以上问题可以解决，但是导致海水泵的成本是油泵的3到4倍。这就使得水压在过去的40年里局限在几个行业（钢加工、铝加工、采矿业）范围之内，这些行业之所以选择水泵是出于火灾安全的考虑。随着水压
12、传动技术和制造业的不断发展，加上人们环保意识的不断增强，人们更愿意使用洁净、便宜、不易燃、容易获得的水介质。在水压技术不断发展的今天，海水液压技术作为水压技术发展的一个分支也得到了很快的发展应用3。随着人类对海洋接触的不断深入，海水液压技术也得到了越来越广泛的应用，如在海防、海洋资源勘探、海洋石油工程、海上救生、船舶工程、沉船打捞等方面都有广泛的应用。同时也对海水液压技术提出要求，迫切需要研制新的海水液压系统和液压组件以满足实践的不断需要。海水液压系统可以设计成类似气动系统的开式结构，即海水泵直接从海洋吸水，海水做功后排回海洋。其优点具体如下：（1） 可就地获取工作介质；与油压系统相比，可省去
13、油压系统中必须具备的回油管路、油箱、冷却及加热器等，液压系统重量大大减轻；（2） 免了液压油因泄漏而对海洋造成的污染；不燃烧，安全性好。（3） 可采用类似于气动系统的开式系统结构；海水液压系统与海洋环境相吻合，特别适合于水下作业机械使用。（4） 不存在因海水侵入系统而降低液压设备工作可靠性和工作寿命的问题。由此可见，开放式海水液压传动具有与环境兼容，又有防火安全性，同时兼顾了卫生清洁等优越性。但也面临着严重的污染物控制问题，天然海水中除了含有大量的泥沙、盐粒等固体杂质外，还含有大量的微生物，如海藻、细菌、原生质等，它们有的带有坚硬的壳体而且形体很小，有的形体柔软，能够通过10m以下的过滤器。这
14、些杂质进入系统后，会引起严重的污染磨损，导致组件性能的劣化或组件的损坏；微生物若附着在组件表面不仅会玷污组件，引起局部腐蚀，它们还会集结成较大的微团，对组件形成威胁；再者，盐分也可进入系统后再析出成硬质盐粒。同时由于海水的理化特性不同于油介质，在组件关键摩擦副处形成的水膜很薄，使的摩擦副对污染物十分敏感，即使少量污染物也会导致严重磨损。海水泵是离液压系统入口最近的组件，最容易遭到污染物的侵害，而海水泵受污染物的影响主要体现在海水泵的关键摩擦副处。滑靴副是海水泵中的重要关键摩擦副，其接触比压大、运动和受力条件复杂，是海水泵的薄弱环节。滑靴副容易受污染物的影响，污染物进入滑靴副间隙后将造成滑靴副的
15、污染磨损，影响海水泵的工作性能；有时即便是微量的污染物也能对滑靴副产生严重的磨损，破坏滑靴副的密封效果，进而使海水泵因容积效率急剧下降而丧失了工作能力。海水泵滑靴副污染磨损问题在海水液压组件中非常具有代表性，滑靴副污染磨损问题的研究不仅可以解决滑靴副面临的污染磨损难题，提高海水泵的工作性能、可靠性和使用寿命，对于解决海水泵中其它摩擦副及海水液压组件、系统面临的污染磨损问题也具有很强的借鉴作用4。1.2国内外研究现状有关海水泵滑靴副污染磨损的研究，目前尚无公开文献报导。但在相关领域内国内外学者对油压泵的污染磨损做了大量的研究，同时水压传动和油压传动还是有一些相似的地方，因此在研究方法上可以借鉴油压泵控制污染磨损的方法。在海水液压传动方面，美国、英国、日本、德国、芬兰等国家早在二十世纪七十年代即开始海水液压传动技术的研究，并在中高压海水液压泵及相关海水液压组件方面的研究取得了很大的进展。美国海军舰船研究中心于1979年研制出压力为14MPa的海水泵，1988年研制出压力为14MPa，流量为45L/min的多功能海水液压水下作业工具系统，并正式交付美国海军水下工
