1、第二章 液壓傳動(dòng)裝置的可靠性壽命與傳動(dòng)效率的影響因素第一節(jié) 液壓元件性能參數(shù)及可靠性壽命第二節(jié) 動(dòng)態(tài)載荷對(duì)液壓元件壽命的影響第三節(jié) 液壓元件的傳動(dòng)效率第一節(jié) 液壓元件性能參數(shù)及可靠性壽命一、性能參數(shù)定義（柱塞泵、馬達(dá)） 額定壓力額定壓力pH：規(guī)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、并能保證設(shè)計(jì)壽命的最高輸出壓力。 最高壓力最高壓力pm ：允許短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高輸出（輸入）壓力。 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nH ：在額定壓力、規(guī)定的進(jìn)油條件下，能保證設(shè)計(jì)壽命的最高名義轉(zhuǎn)速。 額定工況額定工況：最大排量、額定壓力、額定轉(zhuǎn)速下的工況。 Vmax 、 pH 、 nH二、可靠性定義及數(shù)量特征二、可靠性定義及數(shù)量特征 1 可靠性定義可

2、靠性定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。 規(guī)定的功能：全部功能； 規(guī)定的條件：負(fù)荷條件、環(huán)境條件、存放條件等； 規(guī)定時(shí)間：隨使用時(shí)間不同，完成規(guī)定功能的能力不同。 2 可靠性的數(shù)量特征可靠性的數(shù)量特征 （1）可靠度R(t)：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。)(11)(tFNNNNNtRR(t)：可靠度函數(shù)；F(t)：累積失效概率（不可靠度函數(shù)）；N：受試產(chǎn)品總數(shù)；N：失效數(shù)。 (2) 失效率失效率(t)：產(chǎn)品在時(shí)刻t后的一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)(t,t+1)的失效數(shù)與在該時(shí)刻尚正常工作的產(chǎn)品數(shù)之比。 失效密度失效密度f(t)：指產(chǎn)品在某一時(shí)間間隙內(nèi)平均單位時(shí)間的失效頻率

3、)()()(11)(11)(1)(tRtftFtfnNNdtdnNnNdtdntdtdnNtfn(t)：t時(shí)刻的累積故障數(shù) (3) 壽命壽命：液壓元件主要特征參數(shù)超過許用極限前的工作時(shí)間。 可修復(fù)產(chǎn)品可修復(fù)產(chǎn)品指兩次相鄰故障間的工作時(shí)間MTBF（mean time between failure）。 不可修復(fù)產(chǎn)品不可修復(fù)產(chǎn)品指失效前平均工作時(shí)間MTTF（mean time to failure）。 平均壽命平均壽命：產(chǎn)品壽命的平均值。 可靠壽命可靠壽命ta ：可靠度等于給定值a的無故障工作時(shí)間。 中位壽命中位壽命t0.5：可靠度為0.5時(shí)的壽命。10 )(111aaRttNtaNii注意：注意

4、：中位壽命與平均壽命含義不同，見表2.1。（4） 常見失效密度分布函數(shù)三 液壓元件的失效失效的分類失效判據(jù)四 液壓元件典型失效機(jī)理（疲勞、磨損、老化） 1 疲勞疲勞 金屬在交變應(yīng)力或應(yīng)變循環(huán)下，逐漸產(chǎn)生帶有選擇性的累積損傷，經(jīng)過一段時(shí)間發(fā)生帶有局部特征的斷裂，即為金屬疲勞。 疲勞過程：裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展、瞬時(shí)斷裂。 斷口形貌：疲勞擴(kuò)展區(qū)、瞬時(shí)斷裂區(qū)。（1） 滾動(dòng)零件的疲勞壽命滾動(dòng)零件的疲勞壽命 國外一些液壓元件公司常用主軸承或其他關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)副的疲勞損傷極限循環(huán)次數(shù)作為元件的壽命指標(biāo)。 滾動(dòng)軸承額定壽命計(jì)算公式：101001ppnnLL滾動(dòng)軸承壽命還與潤(rùn)滑條件有關(guān)。軸承尺寸愈大、轉(zhuǎn)速愈高、潤(rùn)滑油粘度愈

5、大大油膜油膜參數(shù)（參數(shù)（Hmin/）愈大，壽命愈長(zhǎng)。意大利DENISON丹尼遜公司(2) 缸體等壓力容腔類零件的疲勞強(qiáng)度缸體等壓力容腔類零件的疲勞強(qiáng)度液壓元件以107次循環(huán)確定耐久極限壓力，以106次循環(huán)確定額定壓力。不同循環(huán)次數(shù)下的疲勞極限壓力可以換算，其公式為：7pKKpNVn2 磨損磨損 1）磨損的形式）磨損的形式 磨料磨損：磨料顆粒侵入摩擦副，產(chǎn)生微量切削，破壞密封。 粘著磨損：粘著、撕裂，如滑閥卡澀。取決于壓力和油粘度。 疲勞磨損：交變載荷作用使金屬表面疲勞剝落。 腐蝕磨損：油液中水分在壓力、溫度變化時(shí)分離，腐蝕表面。 2）磨損強(qiáng)度的影響因素）磨損強(qiáng)度的影響因素 潤(rùn)滑條件、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速

6、度、工作壓力、周圍介質(zhì)的成分； 液壓元件使用原則是適當(dāng)降低匹配壓力，盡量提高工作速度。3）液壓元件的油污敏感度）液壓元件的油污敏感度：指液壓元件對(duì)污染顆粒的敏感程度，敏感度愈高則抗污染能力愈低。iiQndtdndtdnSdtdxiiiiQnSdtdx元件性能下降率元件對(duì)尺寸區(qū)間i的油污敏感度系數(shù)區(qū)間i的油污顆粒侵入速度流量污染顆粒濃度若試驗(yàn)防塵一次加入液壓系統(tǒng)，初始濃度為n0則污染顆粒濃度按指數(shù)衰減：tenn0泵的污染敏感系數(shù)正比于顆粒濃度nstQendtdQ220泵流量變化率：時(shí)間常數(shù)tenQQ220012exp泵流量隨使用時(shí)間變化規(guī)律：時(shí)間無窮大時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定值：2exp200nQQw實(shí)際使

7、用中顆粒濃度基本不變QndtdQi2tniieQQ20泵磨損壽命：max120lniiiidnQQT允許最低流量國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：95. 00QQd200051. 0nT3 液壓元件負(fù)荷與壽命的關(guān)系液壓元件負(fù)荷與壽命的關(guān)系高壓：高壓：應(yīng)力大，局部溫度升高、油液粘度低，旋轉(zhuǎn)組件的疲勞和磨損加劇，這些運(yùn)動(dòng)副成為薄弱環(huán)節(jié)。壽命曲線比較平緩，壓力對(duì)壽命影響大。中壓：中壓：軸承疲勞損壞成為限制因素。低壓：低壓：其他組件磨損，陡峭，壽命對(duì)壓力影響不敏感。使元件在中壓段工作既可以使元件在中壓段工作既可以充分發(fā)揮元件工作能力，又充分發(fā)揮元件工作能力，又具有較長(zhǎng)的工作壽命。具有較長(zhǎng)的工作壽命。第二節(jié) 動(dòng)態(tài)載荷對(duì)液壓

8、元件壽命的影響一、工程機(jī)械的載荷特點(diǎn)一、工程機(jī)械的載荷特點(diǎn)連續(xù)作業(yè)：連續(xù)作業(yè)：工作阻力保持較高的數(shù)值且呈現(xiàn)出劇烈的波動(dòng)性。周期作業(yè)：周期作業(yè)：周期性、低頻波動(dòng)性（0.153Hz）、頻繁超載。額定載荷：額定載荷：工程機(jī)械規(guī)定額定載荷為滿鏟運(yùn)土?xí)r的平均載荷。二、動(dòng)態(tài)載荷對(duì)液壓元件壽命的影響二、動(dòng)態(tài)載荷對(duì)液壓元件壽命的影響液壓軸向柱塞泵技術(shù)條件 、液壓軸向柱塞泵試驗(yàn)方法 滿載試驗(yàn)：滿載試驗(yàn)：額定壓力、額定轉(zhuǎn)速、最大排量。超載試驗(yàn)：超載試驗(yàn)：最大排量、額定轉(zhuǎn)速、最高標(biāo)定壓力或125%的額定壓力。沖擊試驗(yàn)：沖擊試驗(yàn)：最大排量、額定轉(zhuǎn)速，沖擊頻率1030/min。三種試驗(yàn)可任意選一種。任一方法試驗(yàn)后液壓泵

9、容積效率下降不超過3%，不得有異常磨損或損壞。1、滿載2400h；2、滿載1000h，超載10h，沖擊10萬次；3、超載250h，沖擊10 萬次。三種試驗(yàn)方法等效可得：三種試驗(yàn)方法等效可得：1、由2、3等效,240h超載=1000小時(shí)候滿載，即超載1h=滿載4.17h；2、由1、3等效，滿載2400h=超載576h=超載250h+沖擊10萬次，即超載1h=沖擊306次，滿載1h=沖擊73.44次3、沖擊頻率1030/min，即6001800次/h，沖擊1h相當(dāng)于滿載8.224.5h，取16.35h二、在動(dòng)載和超載工況下提高液壓元二、在動(dòng)載和超載工況下提高液壓元件工作壽命的措施件工作壽命的措施1

10、、降壓使用可以認(rèn)為動(dòng)載主要影響配流盤的疲勞強(qiáng)度，加大運(yùn)動(dòng)副的磨損。而對(duì)主軸承、缸體等本就受動(dòng)載作用的零件影響不大。工作壓力降低至額定壓力2/3時(shí)，疲勞壽命可由106次循環(huán)增加至耐久極限。Hpp322、采用蓄能器濾波以削減沖擊沖擊峰值和脈動(dòng)脈動(dòng)幅值氣囊式蓄能器充氣壓力氣囊式蓄能器充氣壓力吸收液壓沖擊時(shí)Hpp0消除壓力脈動(dòng)時(shí)滿鏟平均載荷對(duì)應(yīng)壓力10pp 脈動(dòng)最小壓力mpp6 . 00脈動(dòng)平均壓力Hmpp由于脈動(dòng)特性難以確定，故一般?。篐mppp6 . 06 . 00為了同時(shí)吸收沖擊和脈動(dòng)，取蓄能器充氣壓力為二者較小者，即：氣囊式蓄能器總?cè)萘繗饽沂叫钅芷骺側(cè)萘?V消除脈動(dòng)時(shí)消除脈動(dòng)時(shí)，在一個(gè)流量脈動(dòng)

11、周期內(nèi)，蓄能器吸、排油一次，其中的氣體為絕熱過程，滿足：kkkVpVpVp221100絕熱指數(shù)VVV12假設(shè)脈動(dòng)為對(duì)稱三角形，則假設(shè)脈動(dòng)為對(duì)稱三角形，則蓄能器吸收油液體積mpp6 . 01mpp4 . 12mqq4 . 12mmTqTqqqdtV301221220脈動(dòng)周期，取1/3smqVV0735. 010消除脈動(dòng)時(shí)蓄能器總?cè)萘浚合}動(dòng)時(shí)蓄能器總?cè)萘浚何諞_擊時(shí)蓄能器總?cè)萘浚何諞_擊時(shí)蓄能器總?cè)萘浚篐mpAlqV201005lqVm60106 .19消除脈動(dòng)和吸收沖擊兼顧時(shí)，取小者。消除脈動(dòng)和吸收沖擊兼顧時(shí)，取小者。第三節(jié) 液壓元件的傳動(dòng)效率一、定量泵效率一、定量泵效率1 容積效率容積效率ththvQQQQ1pVCQthsnpCsv1理論排量壓差泵轉(zhuǎn)速液壓油粘度實(shí)際流量泄露流量2 機(jī)械效率機(jī)械效率2ththpVT理論輸入力矩理論輸入力矩實(shí)際輸入力矩實(shí)際輸入力矩TTTth層流泄漏系數(shù)pCnCVTfvth2摩擦阻力矩摩擦阻力矩pnCCTTvftht11機(jī)械摩擦系數(shù)層流摩擦系數(shù)3 總效率總效率pnCCnpCvfstv11式中各系數(shù)見表式中各系數(shù)見表2.8總效率最大時(shí)：總效率最大時(shí)：考慮到考慮到CsCv遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于1，則有，則有fsvmCCCnp 1泵最大總效率泵最大總效率fvsfCCCC1211ma