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    螺桿泵知識

    材思 | 亟待攻克的核心技術——高壓柱塞泵,鯁在中國裝備制造業咽喉的一根刺

    從2017年起,我國液壓工業的規模躍居世界第二,然而我們的產業數量大,質量卻不強,其中以額定壓力35MPa以上高壓柱塞泵最為嚴重,有90%以上是依賴于進口的。我們完全可以這樣認為,高壓柱塞泵已經成為一根鯁在我國裝備制造業咽喉要道的“刺”。

    近日,太重集團榆次液壓工業有限公司的副總、高級工程師陳群立對科技日報記者說,“美德日等國外4家龍頭企業占據了中國高性能柱塞泵市場70%以上的份額,卻對我國在技術方面進行嚴密的封鎖?!?/p>

    小部件,大威力

    液壓系統是裝備制造業的關鍵部件之一,而高壓柱塞泵則是高端液壓裝備的核心元件,人們稱其為整個液壓系統的“心臟”部位。液壓系統在化工、農林機械、工業機械,如能源、冶金和建材等方面以及機床行業,以及軍工、航空航天、船舶等各個國防民用方面都有廣泛應用,其重要程度不言而喻。

    根據相關數據統計,在發達國家中,其生產的95%的工程機械、90%的數控加工中心、95%以上的自動線都采用了液壓傳動技術??梢赃@么說,凡是在工程領域之中,只要涉及到機械設備,是離不開液壓系統。

    一個完整的液壓系統可以分為5個部分,分別是動力元件、執行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。將原動機的機械能轉換成液體的壓力能的部分稱為動力元件,它負責為整個液壓系統提供動力。常見的液壓泵結構形式有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵。

    高壓柱塞泵屬于動力元件。中國二重生產的國際最大的8萬噸級模鍛液壓機是我國國產大飛機C919試飛成功的重要功臣之一,然而其中的高壓柱塞泵卻是從進口美國的產品,通過電動機的帶動,幾十臺柱塞泵把液壓油加壓后推動油缸,從而產生8萬噸的鍛打壓力。

    再比如坦克,其履帶的行走,就是依靠高壓柱塞泵來完成的。通過內燃機帶動液壓泵,讓油液經由閥門控制通過油管輸出去,驅動馬達進行旋轉運動,從而帶動履帶行走。我國的坦克、裝甲車等軍工機械所使用的高壓柱塞泵絕大多數是進口的。

    這些進口的液壓泵,價格高昂,每臺都在20萬元以上,而且更換和維修這些液壓泵都受到外國公司供貨周期和提供服務的牽制。

    “形似”易,“神似”難

    陳群立說:“要實現高壓柱塞泵產品的技術突破,首先就要實現高端鑄件的突破?!?/p>

    ? 他介紹,高壓柱塞泵的各個零件都由鑄造殼體整體“包裹”的,如果說高壓柱塞泵相當于液壓設備的心臟,那么,柱塞滑靴副就相當于是這個心房內的心瓣膜。與柱塞、滑靴配對運動的缸孔及止推板都是“心房”“心室”的動力部件,他們都在輸出動力的時候有各自不同的用處,受沖擊和交變應力是最為頻繁的,受壓是最大的,運動速度和加速度也是最高的。要保證柱塞泵的正常工作,不僅這些部件本身應該硬度高且耐磨,他們共同依靠的鑄件殼體也要能提供高精度支撐。

    “高壓柱塞泵在工作過程中,會受到10—30兆帕的高頻率沖擊,高壓柱塞泵在高頻率的沖擊下,鑄件外殼就要承受巨大的機械力和液壓力,不合格的鑄件外殼在受力(熱)后會變形變大,殼體輕則會出現‘冒汗’現象,重則泄漏,甚至有的柱塞—滑靴還會出現脫開的現象?!标惾毫⒔榻B。另外,壁厚不均,存在許多孤立的熱節,容易導致高壓柱塞泵鑄件內部出現縮松縮孔等缺陷,所以高壓柱塞泵的鑄件對于技術、工藝和后續處理等方面有著很高的要求。

    與外國品牌相比,國內生產的液壓柱塞泵在工作可靠性、技術先進性、變量機構控制功能、使用壽命和動靜態性能指標上都有較大差距,基本上和國外上世紀90年代初的制造水平差不多。我們的差距主要存在于性能、產品品種和可靠性等方面。我國液壓產品的品種只有國外的1/3,而壽命僅為國外產品的1/2。

    與國外先進水平相比,我國生產的高壓柱塞泵的差距存在于這幾個方面:

    第一是故障率高。我們有的產品只用一兩個月就出現故障,國外的可以用一兩年;

    第二是平均無故障運行時間短。我國的在2000小時以下,國外的可以達到8000小時以上;

    第三是泵的容積效率低下。長時間運行后,我國的柱塞泵極易發生過度發熱、內損等問題,從而嚴重降低功效。

    目前,國內液壓柱塞泵生產規模較大的企業有太重榆液、中航力源、北京華德等。由于鑄件工藝的薄弱,大多企業只能做到“形似”,還沒能做到“神似”。

    國產化提速,推廣應用還需假以時日

    山西是我國液壓基礎件生產和制造重要的基地,也是重型裝備的制造和使用大省。太重集團榆次液壓工業有限公司是國內規模最大的高端液壓產品制造企業之一。其產品用戶不僅遍布全國,也出口至中東、東南亞、歐美等國家和地區。

    近年來,通過引進世界頂級的液壓鑄造專家、質量控制專、家國際先進工藝技術和軟件設施等,太重榆液初步實現了引進吸收再創新。目前,太重榆液成功突破了材料研究、柱塞泵、高壓閥、多路閥等多項關鍵技術,產品已經實現了裝機。

    陳群立說,我們的自主產品還有待市場和更多的用戶檢驗。在一開始的階段,推廣應用將會成為一道艱難的門檻。應該呼吁有關部門,給予政策上的支持,幫助我們的自主產品走向市場,替代進口,再促進我們的產品不斷提高質量。

    發達國家在高壓柱塞泵研究和應用的領域領先我國100多年,早在在二戰期間,軍艦、坦克等軍工裝備就已經廣泛應用了他們的產品。通過長期的積累,完成了從基礎理論研究到產品推廣應用。

    而我國起步相對晚很多,直到上世紀80年代末90年代初,才有科研機構與生產廠家開始著手研究開發這種產品,缺乏有關高壓柱塞泵的基礎理論研究,設計理念和水平也比發達國家落后,特別是三大摩擦副的材料和工藝,都沒有取得實質性進展。

    太原理工大學機械工程學院院長權龍教授說:“并不是我國制造不了高壓柱塞泵,只不過我國液壓工業較發達國家起步晚,制造的柱塞泵在性能上、使用壽命和可靠性方面較國外先進產品尚有一定差距。近年來我們與國外的差距正在不斷縮小,隨著行業和企業的重視,這個差距會越來越小?!?/p>

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