科创中国

行业领域

高新技术改造传统产业,先进制造技术

需求背景

随着高端装备、航空航天、军事工业等领域对机器服役要求达到空前高度，在要满足低能耗、低污染、长寿命、高效率等要求的基础上，高速、高温、重载等严苛服役工况使得机器部件之间的磨损问题日益突出。机械设备摩擦副界面的润滑情况、高压柱塞泵高精度加工技术、柱塞泵寿命评估及预测对提高机器服役寿命、发展高端装备具有重要的促进意义。

需解决的主要技术难题

针对本项目的目标，具体技术痛点体现在以下几个方面

（1）高压柱塞泵在高温高压、高速高负荷等恶劣工况下运行，关键摩擦副的磨损、润滑和气蚀问题制约了高压柱塞泵的使用寿命、降低了其可靠性。

柱塞泵常会因为在工作时关键摩擦副剧烈的磨损导致功率损耗变大、容压减小、工质泄露、内衬材料脱落和咬合等问题而失效，上述问题严重影响了柱塞泵的工作效率、整机性能和使役寿命。柱塞泵中的磨损现象主要发生在其三个关键摩擦副，即柱塞／缸体（柱塞副）、斜盘／滑靴（滑靴副）与缸体／配流盘（配流副）。高压柱塞泵在高温高压、高速高负荷等恶劣工况下运行，摩擦副表面易出现磨损、热膨胀等问题，增加了润滑难度。由于高压柱塞泵在工作时可能会受到冲击、振动等影响，油膜厚度难以保证。改善摩擦界面处的润滑状态，是提高柱塞泵整体使役寿命的关键，也是必要的一环，关键摩擦副之间的润滑介质可以将摩擦界面阻隔开，减少材料的磨损和疲劳失效；同时柱塞泵工作过程中，低压腔油液经过柱塞腔后向高压腔排油，在吸排油的过程中由于柱塞泵内部会形成局部低压，因此极易发生空化现象，甚至产生气蚀。空化现象会降低燃油柱塞泵性能，造成配流盘等原件表面的气蚀破坏，引起油液振荡和噪声，是柱塞泵无法稳定工作的根源。

（2）高压柱塞泵加工技术要求很高，泵体结构的设计和制造难度大，协调性难以保证，进而影响柱塞泵的密封性、强度和耐久性。

高压柱塞泵内部包含多个零部件和连接件，如泵体、柱塞、连杆、轴承、密封件等。这些零部件之间需要协调配合，形成完整的泵体结构，同时还需要满足高压、高温、高速等复杂工况下的使用要求。泵体结构中的各个零部件之间需要协调配合，但是由于零部件之间的尺寸精度、表面粗糙度、装配误差等因素的影响，协调性难以保证；同时，在高压柱塞泵中柱塞滑靴副承担着关键的运动和密封功能，受冲击和交变应力最为频繁，受压最大，运动速度和加速度最高，这些部件除了本身应该具有高硬度和耐磨的特性外，其与柱塞的配对运动、缸孔和止推板的运动都依靠铸件壳体的高精度支撑。高压柱塞泵铸造过程中的质量问题会对柱塞泵的性能和寿命产生重要影响。在铸造过程中，气孔、夹杂、缩孔等缺陷会导致铸件的强度和密封性降低，同时也会增加柱塞泵在工作过程中的磨损和疲劳损伤，进而影响其寿命。

（3）柱塞泵性能退化机理尚不明确，性能退化状态无法感知，进而难以评估及预测柱塞泵寿命。

柱塞泵性能退化机理的研究还存在不少挑战和困难。一方面，柱塞泵内部结构复杂，涉及到多个摩擦副，摩擦副之间的相互作用和影响难以准确评估；另一方面，柱塞泵工作条件复杂，包括液压油品质、工作温度、工作压力、工作负荷等多种因素，这些因素之间的相互作用也会影响柱塞泵的性能和寿命。因此，柱塞泵性能退化机理的研究需要进行多方面的深入探讨。除了性能退化机理的研究，如何感知柱塞泵的性能退化状态也是一个重要的问题。柱塞泵内部零部件结构紧凑配合紧密，且对密封性要求较高，难以通过安装传感器等方式实时监测其内部摩擦副的退化状态。因此，如何通过有效方式直接或间接描述柱塞泵内关键摩擦副的磨损退化状态，帮助制定健康管理决策，对保障柱塞泵及其组成的液压系统的工作安全和可靠性、提升设备的核心竞争力极为重要。

期望实现的主要技术目标

（1）技术指标：泵体抗拉强度≥450MPa，屈服强度≥310MPa，通过36MPa冲击耐久试验；实现高端液压零部件的国产化，关键液压零部件的寿命提升10%；柱塞泵性能退化的状态感知准确率≥90%。

（2）成果指标：实现替代进口量产，月产能≥2000件/月。

（3）经济指标：提升我市高端液压零部件制造企业的核心竞争力，扩大其市场份额，实现销售收入≥1500 万/年、年利润总额≥300 万/年

实现目标：

2025年前，完成以下关键技术的研发以及京峻公司现场批量生产：

泵体抗拉强度≥450MPa，屈服强度≥310MPa，通过36MPa冲击耐久试验；

实现高端液压零部件的国产化，关键液压零部件的寿命提升10%；

（3）柱塞泵性能退化的状态感知准确率≥90%；

（4）实现替代进口量产，月产能≥2000件/月。

需求解析

解析单位：“科创中国”华中科技大学智能制造专业科技服务团（华中科技大学） 解析时间：2023-08-24

王正伦

华中科技大学科协

主任

综合评价

该技术需求背景介绍和需要解决的主要技术难题分析基本合理，研发内容和期望实现的技术目标明确，通过专家联合研发基本可以实现。

查看更多>

处理进度