本發(fā)明屬于煤礦水液壓技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種基于微造型的臥式煤礦高壓大流量水液壓泵的缸套摩擦副。

背景技術(shù)：

乳化液泵作為煤礦井下安全高效開(kāi)采的必備配套設(shè)備，是煤礦井下最重要的核心動(dòng)力裝置之一，其一般采用臥式柱塞結(jié)構(gòu)。煤礦井下的液壓支架、單體液壓支柱等支護(hù)裝備，部分電牽引采煤機(jī)液壓調(diào)高系統(tǒng)，部分刮板機(jī)、皮帶機(jī)的齒輪箱和液力耦合器，以及乳化液鉆機(jī)與乳化液鋸等工具設(shè)備，變軌吊、安裝叉車(chē)、安裝運(yùn)輸車(chē)、組裝架、棚架移動(dòng)設(shè)備等綜采工作面快速安裝、運(yùn)輸、回撤裝備，均依靠乳化液泵提供動(dòng)力?？梢?jiàn)，乳化液泵的性能是保證煤礦安全高效開(kāi)采的關(guān)鍵。

乳化液泵以乳化液為工作介質(zhì)，乳化液中含有大量的基礎(chǔ)油、乳化劑和穩(wěn)定劑等化學(xué)物質(zhì)，嚴(yán)重污染礦區(qū)地下水資源，乳化液還易分解變質(zhì)，嚴(yán)重影響煤礦工人的工作環(huán)境和身體健康，且配置乳化液的設(shè)備還需定期清洗檢查，且耗費(fèi)大量化學(xué)合成劑，使用成本高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。

與乳化液介質(zhì)相比，水介質(zhì)具有環(huán)境友好、清潔安全、價(jià)格低廉、取用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，是替代乳化液的理想介質(zhì)，而煤礦井下水資源豐富，部分低洼處積水還需專(zhuān)門(mén)抽排處理，使用經(jīng)處理的井下廢水替代乳化液作為工作介質(zhì)，對(duì)礦區(qū)廢水再利用，降低煤礦支護(hù)成本，保護(hù)礦區(qū)環(huán)境，推進(jìn)煤礦節(jié)能減排，改善工人工作環(huán)境等具有重要意義，符合國(guó)家節(jié)能減排可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。但水介質(zhì)粘度低潤(rùn)滑性能差，煤礦乳化液泵缸套摩擦副運(yùn)動(dòng)速度高(一般曲軸轉(zhuǎn)速在400r/min以上)，液力端壓力高(一般為31.5mpa-50mpa)，流量大(一般在400l/min以上)，介質(zhì)污染嚴(yán)重(主要包括磨屑及砂石子等微磨粒污染)，使用水為工作介質(zhì)將會(huì)加劇缸套摩擦副的摩擦磨損，縮短缸套摩擦副的使用壽命，且井下環(huán)境惡劣，設(shè)備維修成本高、難度大，嚴(yán)重影響井下的安全和高效生產(chǎn)?；谏鲜鲈颍G色、安全、廉價(jià)的水介質(zhì)，一直未能在煤礦井下得到很好推廣和應(yīng)用。

隨著人們對(duì)安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)以及節(jié)能減排的日益重視，各國(guó)都制定了相應(yīng)的法律和法規(guī)，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，這也要求乳化液技術(shù)應(yīng)向安全、環(huán)保和節(jié)能的方向發(fā)展。因此，必須針對(duì)煤礦的特殊工況，解決制約煤礦井下臥式高壓大流量柱塞泵水液壓化的缸套摩擦副的摩擦和磨損問(wèn)題，從而為煤礦乳化液裝備的水壓化奠定基礎(chǔ)。

要減小或消除上述現(xiàn)象，除了從缸套摩擦副材料的選擇及材料的處理工藝上進(jìn)行考慮之外，還應(yīng)重點(diǎn)從其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著手，提出適用于臥式煤礦高壓大流量水液壓泵的新型缸套摩擦副新結(jié)構(gòu)。

微造型技術(shù)是在摩擦副表面加工出規(guī)律分布的微觀形貌，以產(chǎn)生動(dòng)壓潤(rùn)滑效果，具有流體動(dòng)壓潤(rùn)滑、二次供液潤(rùn)滑及容納微磨粒的作用效果。目前微造型技術(shù)在機(jī)械密封、配流副、推力軸承、刀具抗磨等領(lǐng)域已有成功應(yīng)用。此外，本發(fā)明的第一發(fā)明人提出的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01611094299.7的專(zhuān)利公開(kāi)了一種基于微造型閥芯和異形閥腔的煤礦水壓三用閥，將微造型技術(shù)應(yīng)用于閥芯的潤(rùn)滑和減磨領(lǐng)域。

本發(fā)明涉及的基于微造型的臥式煤礦高壓大流量水液壓泵的缸套摩擦副，其微造型陣列采用變尺寸設(shè)計(jì)，不再是簡(jiǎn)單的均勻分布，微造型陣列的深度尺寸、直徑尺寸和面積尺寸是規(guī)律變化的，且這種規(guī)律變化是與水液壓泵的缸套摩擦副的工況變化相適應(yīng)的，不但有效改善了臥式煤礦高壓大流量水液壓泵的缸套摩擦副在水介質(zhì)環(huán)境下的摩擦和磨損問(wèn)題，而且可較大限度的確保缸套摩擦副在周期運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定潤(rùn)滑和恒定承載。此外，借助缸套摩擦副的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，摩擦副微造型壁面與微磨粒、水介質(zhì)的流固耦合作用，以及及水介質(zhì)的壓力波動(dòng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)微磨粒的自清理，進(jìn)一步改善臥式煤礦高壓大流量水液壓泵的缸套摩擦副的磨粒磨損問(wèn)題，最終使缸套摩擦副的抗磨性能得到提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于微造型的臥式煤礦高壓大流量水液壓泵的缸套摩擦副，以提高微造型缸套摩擦副在水介質(zhì)環(huán)境下的穩(wěn)定潤(rùn)滑和抗磨性能。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。

基于微造型的臥式煤礦高壓大流量水液壓泵的缸套摩擦副，包括固定件、耐磨環(huán)及與其配對(duì)的摩擦件，耐磨環(huán)安裝在固定件上且與摩擦件同軸布置，摩擦件表面設(shè)有周向分布的微造型陣列，該微造型陣列的微造型深度尺寸、微造型間距尺寸及微造型面積尺寸中至少有一個(gè)尺寸是沿耐磨環(huán)軸線(xiàn)方向規(guī)律變化的。

所述的微造型陣列的微造型結(jié)構(gòu)可以為圓柱形、球冠形、正方體、長(zhǎng)方體、凹臺(tái)形、錐臺(tái)形、圓錐形、球柱形或半橢球形中的一種或多種。

所述的微造型深度尺寸由摩擦件的一端至另一端逐漸增加，或逐漸減小，或先增加后減小，或先減小后增加。所述的微造型間距尺寸由摩擦件的一端至另一端逐漸增加，或逐漸減小，或先增加后減小，或先減小后增加。所述的微造型面積尺寸由摩擦件的一端至另一端逐漸增加，或逐漸減小，或先增加后減小，或先減小后增加。所述的微造型深度尺寸、微造型間距尺寸及微造型面積尺寸還可以組合變化。

所述的摩擦件為缸套時(shí)，柱塞為固定件，耐磨環(huán)安裝在柱塞外表面的凹槽內(nèi)，耐磨環(huán)與缸套組成摩擦副；所述的摩擦件也可以為柱塞，此時(shí)缸套為固定件，耐磨環(huán)安裝在缸套內(nèi)表面的凹槽內(nèi)，耐磨環(huán)與柱塞組成摩擦副。

由于微造型深度尺寸、微造型間距尺寸、微造型面積尺寸、摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度及摩擦副兩端的壓力差對(duì)基于微造型的臥式煤礦高壓大流量水液壓泵的缸套摩擦副的動(dòng)壓潤(rùn)滑性能影響均較大。該缸套摩擦副處于高速高壓工況，柱塞與缸套間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度高，且相對(duì)運(yùn)動(dòng)的形式為按照正余弦曲線(xiàn)變化的往復(fù)周期運(yùn)動(dòng)；此外，隨著柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柱塞完成吸、排液過(guò)程，吸、排液過(guò)程中壓力由大變小，再由小變大。因此，為了補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)速度及耐磨環(huán)兩端壓力差變化導(dǎo)致的動(dòng)壓潤(rùn)滑性能的變化，將微造型深度尺寸、微造型間距尺寸及微造型面積尺寸設(shè)計(jì)成可變形式，通過(guò)規(guī)律地改變摩擦件上與耐磨環(huán)有效接觸區(qū)域的微造型陣列的上述三個(gè)尺寸，以匹配柱塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度及壓力變化，借助微造型深度尺寸、微造型間距尺寸及微造型面積尺寸間的協(xié)同作用，補(bǔ)償速度及壓力變化造成的潤(rùn)滑及承載力波動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)缸套摩擦副的穩(wěn)定潤(rùn)滑和承載。通過(guò)合理設(shè)置微造型深度尺寸、微造型間距尺寸及微造型面積尺寸，不僅改善了缸套摩擦副的潤(rùn)滑性能，而且還能防止缸套摩擦副產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象，從而提高臥式煤礦高壓大流量水液壓泵在復(fù)雜工況條件下的可靠性，延長(zhǎng)摩擦副的使用壽命。

此外，煤礦井下磨屑及砂石子等微磨粒對(duì)水介質(zhì)污染嚴(yán)重，借助柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，摩擦件上微造型壁面與微磨粒、水介質(zhì)的流固耦合作用及水介質(zhì)的壓力波動(dòng)可實(shí)現(xiàn)微造型凹坑對(duì)摩擦副間隙中微磨粒的容納、輸送及外排的自清理過(guò)程，從而進(jìn)一步改善臥式煤礦高壓大流量水液壓泵的缸套摩擦副的磨粒磨損問(wèn)題，使缸套摩擦副的抗磨性能得到提高。

本發(fā)明在臥式煤礦高壓大流量水液壓泵的缸套摩擦副表面開(kāi)設(shè)變尺寸的微造型陣列結(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)勢(shì)：一是缸套摩擦副的微造型陣列結(jié)構(gòu)，能產(chǎn)生較好的動(dòng)壓潤(rùn)滑效果，提高缸套摩擦副的潤(rùn)滑性能，進(jìn)而改善缸套摩擦副的抗磨性能；二是缸套摩擦副的微造型陣列結(jié)構(gòu)的微凹坑能夠存儲(chǔ)潤(rùn)滑介質(zhì)，具有二次潤(rùn)滑的功能；三是缸套摩擦副的微造型陣列結(jié)構(gòu)的微凹坑形貌能夠存儲(chǔ)微磨粒，且在柱塞的運(yùn)動(dòng)及高壓介質(zhì)的作用下，微凹坑形貌還具有輸送和外排微磨粒的功能，從而減輕或避免磨粒磨損；四是采用變尺寸設(shè)計(jì)，通過(guò)微造型深度尺寸、微造型間距尺寸及微造型面積尺寸間的協(xié)同作用，補(bǔ)償因柱塞速度及介質(zhì)壓力變化造成的潤(rùn)滑及承載力波動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)缸套摩擦副的穩(wěn)定潤(rùn)滑和承載，進(jìn)而防止缸套摩擦副的不穩(wěn)定潤(rùn)滑及承載力波動(dòng)導(dǎo)致的耐磨環(huán)、缸套及柱塞間的偏磨現(xiàn)象，提高臥式煤礦高壓大流量水液壓泵在復(fù)雜工況條件下的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明變微造型深度尺寸的微造型陣列剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明摩擦件柱面展開(kāi)的變微造型間距尺寸的微造型陣列示意圖；

圖4為本發(fā)明摩擦件柱面展開(kāi)的變微造型面積尺寸的微造型陣列示意圖；

圖5為本發(fā)明摩擦件柱面展開(kāi)的微造型深度尺寸、微造型間距尺寸及微造型面積尺寸組合變化的微造型陣列示意圖；

圖6為圖5中a-a位置在微造型深度尺寸按照不同規(guī)律變化下的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明微觀形貌對(duì)微磨粒的清理示意圖；

圖中：1.摩擦件；2.耐磨環(huán)；3.固定件；4.微造型陣列；5.水介質(zhì)；6.微磨粒。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例和圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

如圖1所示，基于微造型的臥式煤礦高壓大流量水液壓泵的缸套摩擦副，包括固定件3、耐磨環(huán)2及與其配對(duì)的摩擦件1，耐磨環(huán)2安裝在固定件3上且與摩擦件1同軸布置，摩擦件1表面設(shè)有周向分布的微造型陣列4，其特征在于：該微造型陣列4的微造型深度尺寸、微造型間距尺寸及微造型面積尺寸中至少有一個(gè)尺寸是沿耐磨環(huán)2軸線(xiàn)方向規(guī)律變化的。

所述的微造型陣列4的微造型結(jié)構(gòu)可以為圓柱形、球冠形、正方體、長(zhǎng)方體、凹臺(tái)形、錐臺(tái)形、圓錐形、球柱形或半橢球形中的一種或多種。

如圖2所示，所述的微造型深度尺寸由摩擦件1的一端至另一端逐漸增加，或逐漸減小，或先增加后減小，或先減小后增加。

如圖3所示，所述的微造型間距尺寸由摩擦件1的一端至另一端逐漸增加，或逐漸減小，或先增加后減小，或先減小后增加。

如圖4所示，所述的微造型面積尺寸由摩擦件1的一端至另一端逐漸增加，或逐漸減小，或先增加后減小，或先減小后增加。

如圖5和圖6所示，所述的微造型深度尺寸、微造型間距尺寸及微造型面積尺寸還可以組合變化。

所述的摩擦件1為缸套時(shí)，柱塞為固定件3，耐磨環(huán)2安裝在柱塞外表面的凹槽內(nèi)，耐磨環(huán)2與缸套組成摩擦副；所述的摩擦件1也可以為柱塞，此時(shí)缸套為固定件3，耐磨環(huán)2安裝在缸套內(nèi)表面的凹槽內(nèi)，耐磨環(huán)2與柱塞組成摩擦副。

此外，如圖7所示，煤礦井下磨屑及砂石子等微磨粒對(duì)水介質(zhì)污染嚴(yán)重，借助柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，摩擦件1上微造型壁面與微磨粒、水介質(zhì)的流固耦合作用及水介質(zhì)的壓力波動(dòng)可實(shí)現(xiàn)微造型凹坑對(duì)摩擦副間隙中微磨粒的容納、輸送及外排的自清理過(guò)程，從而進(jìn)一步改善臥式煤礦高壓大流量水液壓泵的缸套摩擦副的磨粒磨損問(wèn)題，使缸套摩擦副的抗磨性能得到提高。

由于微造型深度尺寸、微造型間距尺寸、微造型面積尺寸、摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度及摩擦副兩端的壓力差對(duì)基于微造型的臥式煤礦高壓大流量水液壓泵的缸套摩擦副的動(dòng)壓潤(rùn)滑性能影響均較大。該缸套摩擦副處于高速高壓工況，柱塞與缸套間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度高，且相對(duì)運(yùn)動(dòng)的形式為按照正余弦曲線(xiàn)變化的往復(fù)周期運(yùn)動(dòng)；此外，隨著柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柱塞完成吸、排液過(guò)程，吸、排液過(guò)程中壓力由大變小，再由小變大。因此，為了補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)速度及耐磨環(huán)兩端壓力差變化導(dǎo)致的動(dòng)壓潤(rùn)滑性能的變化，將微造型深度尺寸、微造型間距尺寸及微造型面積尺寸設(shè)計(jì)成可變形式，通過(guò)規(guī)律地改變摩擦件1上與耐磨環(huán)2有效接觸區(qū)域的微造型陣列4的上述三個(gè)尺寸，以匹配柱塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度及壓力變化，借助微造型深度尺寸、微造型間距尺寸及微造型面積尺寸間的協(xié)同作用，補(bǔ)償速度及壓力變化造成的潤(rùn)滑及承載力波動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)缸套摩擦副的穩(wěn)定潤(rùn)滑和承載。通過(guò)合理設(shè)置微造型深度尺寸、微造型間距尺寸及微造型面積尺寸，不僅改善了缸套摩擦副的潤(rùn)滑性能，而且還能防止缸套摩擦副產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象，從而提高臥式煤礦高壓大流量水液壓泵在復(fù)雜工況條件下的可靠性，延長(zhǎng)摩擦副的使用壽命。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的基本原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明中的微造型深度尺寸、微造型間距尺寸及微造型面積尺寸的組合變化還可以產(chǎn)生其它形式的微造型陣列，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。