I摘摘 要要 海水泵是海水液压系统不可或缺的关键动力元件， 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理化特性，具有粘度低、腐蚀性强、汽化压力高等特点，在连续重载工况下，滑靴摩擦副极易受到污染磨损，使海水泵性能劣化而过早失效。滑靴副的污染磨损是海水泵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）为研究对象，结合国内外的研究成果，对滑靴副污染磨损机理做了研究，提出了主要从滑靴结构设计、选材和污染物控制三方面考虑来解决海水泵滑靴副污染磨损这一技术难题。具体内容如下： 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， 分析了滑靴的污染磨损影响因素及滑靴副的失效机理。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；提出了海水液压系统污染物控制的设计方案。 利用本校现有试验设备和设计改进的阀配流滑靴摩擦副试验台， 对选定材料进行材料摩擦磨损性能试验，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。在滑靴摩擦副试验台上验证了所设计滑靴副的工作性能，研究了滑靴副的污染磨损机理。经试验验证，改进设计的滑靴副具有良好的抗污染磨损性能。 关键词：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 IIAbstract Seawater hydraulic pump is the key driving element in hydraulics systems. 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 in 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 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 developed to solved the contamination wear of slipper pair. Contents are followed. 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 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. Using our school instruments and the improved Slipper Pair Wear Test, the chosen materials are tested to find the best performance material in tribology, especially in engineering plastic, surface-sprayed ceramic and stainless steel. The designed slipper is tested at slipper pair wear test; its working performance is satisfied with good anti-contamination wear capability, and also get the contamination wear principle of slipper pair. Key words: Seawater Hydraulic Technology Slipper Pair Contamination Wear Hydraulic Axial Piston Pump 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。近我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：赵继松 日期：2004 年 4 月 30 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权数。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：赵继松 指导教师签名：杨曙东 日期：2004 年 4 月 30 日 日期：2004 年 4 月 30 日 1 绪论绪论 1.1 课题的来源、目的和意义课题的来源、目的和意义 1.1.1 课题的来源课题的来源 本课题来源于国家自然科学基金项目“海水液压泵的污染磨损机理、控制方法及试验研究” 。本文的研究工作为海水泵中的关键摩擦副之一滑靴副的污染磨损及控制方法，为海水泵污染磨损的进一步研究服务。 1.1.2 课题目的课题目的 本文以中高压轴向柱塞式海水泵之滑靴副为研究对象（如附录 2 所示） ，分析研究其污染磨损机理。通过理论分析和试验研究，从结构设计、选材以及污染物控制等几个方面来研究滑靴副的污染磨损控制方法，以为海水泵的设计奠定一定的技术基础。 海水泵是海水液压系统中的关键动力元件，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，用以驱动执行元件。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。 本文主要针对中高压柱塞式海水泵的滑靴副污染磨损问题进行了理论和试验两方面的研究工作。 首先分析滑靴副结构模型，筛选出适合海水泵滑靴副的支撑类型；再分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。然后通过理论分析和试验研究，从结构设计、选材以及污染物控制等几个方面来研究滑靴副的污染磨损控制方法。 1.1.3 课题意义课题意义 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2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元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相容，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。这些杂质进入系统后，会引起严重的污染磨损，导致元件性能的劣化或元件的损坏；微生物若附着在元件表面不仅会玷污元件， 引起局部腐蚀， 它们还会集结成较大的微团，对元件形成威胁；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，在元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元件，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3物的影响，污染物进入滑靴副间隙后将造成滑靴副的污染磨损，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元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