螺杆泵

全国免费热线: 400-0011-1159
导航菜单

螺杆泵知识

材思 | 亟待攻克的核心技术——高压柱塞泵,鲠在中国装备制造业咽喉的一根刺

从2017年起,我国液压工业的规模跃居世界第二,然而我们的产业数量大,质量却不强,其中以额定压力35MPa以上高压柱塞泵最为严重,有90%以上是依赖于进口的。我们完全可以这样认为,高压柱塞泵已经成为一根鲠在我国装备制造业咽喉要道的“刺”。

近日,太重集团榆次液压工业有限公司的副总、高级工程师陈群立对科技日报记者说,“美德日等国外4家龙头企业占据了中国高性能柱塞泵市场70%以上的份额,却对我国在技术方面进行严密的封锁。”

小部件,大威力

液压系统是装备制造业的关键部件之一,而高压柱塞泵则是高端液压装备的核心元件,人们称其为整个液压系统的“心脏”部位。液压系统在化工、农林机械、工业机械,如能源、冶金和建材等方面以及机床行业,以及军工、航空航天、船舶等各个国防民用方面都有广泛应用,其重要程度不言而喻。

根据相关数据统计,在发达国家中,其生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术。可以这么说,凡是在工程领域之中,只要涉及到机械设备,是离不开液压系统。

一个完整的液压系统可以分为5个部分,分别是动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。将原动机的机械能转换成液体的压力能的部分称为动力元件,它负责为整个液压系统提供动力。常见的液压泵结构形式有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵。

高压柱塞泵属于动力元件。中国二重生产的国际最大的8万吨级模锻液压机是我国国产大飞机C919试飞成功的重要功臣之一,然而其中的高压柱塞泵却是从进口美国的产品,通过电动机的带动,几十台柱塞泵把液压油加压后推动油缸,从而产生8万吨的锻打压力。

再比如坦克,其履带的行走,就是依靠高压柱塞泵来完成的。通过内燃机带动液压泵,让油液经由阀门控制通过油管输出去,驱动马达进行旋转运动,从而带动履带行走。我国的坦克、装甲车等军工机械所使用的高压柱塞泵绝大多数是进口的。

这些进口的液压泵,价格高昂,每台都在20万元以上,而且更换和维修这些液压泵都受到外国公司供货周期和提供服务的牵制。

“形似”易,“神似”难

陈群立说:“要实现高压柱塞泵产品的技术突破,首先就要实现高端铸件的突破。”

  他介绍,高压柱塞泵的各个零件都由铸造壳体整体“包裹”的,如果说高压柱塞泵相当于液压设备的心脏,那么,柱塞滑靴副就相当于是这个心房内的心瓣膜。与柱塞、滑靴配对运动的缸孔及止推板都是“心房”“心室”的动力部件,他们都在输出动力的时候有各自不同的用处,受冲击和交变应力是最为频繁的,受压是最大的,运动速度和加速度也是最高的。要保证柱塞泵的正常工作,不仅这些部件本身应该硬度高且耐磨,他们共同依靠的铸件壳体也要能提供高精度支撑。

“高压柱塞泵在工作过程中,会受到10—30兆帕的高频率冲击,高压柱塞泵在高频率的冲击下,铸件外壳就要承受巨大的机械力和液压力,不合格的铸件外壳在受力(热)后会变形变大,壳体轻则会出现‘冒汗’现象,重则泄漏,甚至有的柱塞—滑靴还会出现脱开的现象。”陈群立介绍。另外,壁厚不均,存在许多孤立的热节,容易导致高压柱塞泵铸件内部出现缩松缩孔等缺陷,所以高压柱塞泵的铸件对于技术、工艺和后续处理等方面有着很高的要求。

与外国品牌相比,国内生产的液压柱塞泵在工作可靠性、技术先进性、变量机构控制功能、使用寿命和动静态性能指标上都有较大差距,基本上和国外上世纪90年代初的制造水平差不多。我们的差距主要存在于性能、产品品种和可靠性等方面。我国液压产品的品种只有国外的1/3,而寿命仅为国外产品的1/2。

与国外先进水平相比,我国生产的高压柱塞泵的差距存在于这几个方面:

第一是故障率高。我们有的产品只用一两个月就出现故障,国外的可以用一两年;

第二是平均无故障运行时间短。我国的在2000小时以下,国外的可以达到8000小时以上;

第三是泵的容积效率低下。长时间运行后,我国的柱塞泵极易发生过度发热、内损等问题,从而严重降低功效。

目前,国内液压柱塞泵生产规模较大的企业有太重榆液、中航力源、北京华德等。由于铸件工艺的薄弱,大多企业只能做到“形似”,还没能做到“神似”。

国产化提速,推广应用还需假以时日

山西是我国液压基础件生产和制造重要的基地,也是重型装备的制造和使用大省。太重集团榆次液压工业有限公司是国内规模最大的高端液压产品制造企业之一。其产品用户不仅遍布全国,也出口至中东、东南亚、欧美等国家和地区。

近年来,通过引进世界顶级的液压铸造专家、质量控制专、家国际先进工艺技术和软件设施等,太重榆液初步实现了引进吸收再创新。目前,太重榆液成功突破了材料研究、柱塞泵、高压阀、多路阀等多项关键技术,产品已经实现了装机。

陈群立说,我们的自主产品还有待市场和更多的用户检验。在一开始的阶段,推广应用将会成为一道艰难的门槛。应该呼吁有关部门,给予政策上的支持,帮助我们的自主产品走向市场,替代进口,再促进我们的产品不断提高质量。

发达国家在高压柱塞泵研究和应用的领域领先我国100多年,早在在二战期间,军舰、坦克等军工装备就已经广泛应用了他们的产品。通过长期的积累,完成了从基础理论研究到产品推广应用。

而我国起步相对晚很多,直到上世纪80年代末90年代初,才有科研机构与生产厂家开始着手研究开发这种产品,缺乏有关高压柱塞泵的基础理论研究,设计理念和水平也比发达国家落后,特别是三大摩擦副的材料和工艺,都没有取得实质性进展。

太原理工大学机械工程学院院长权龙教授说:“并不是我国制造不了高压柱塞泵,只不过我国液压工业较发达国家起步晚,制造的柱塞泵在性能上、使用寿命和可靠性方面较国外先进产品尚有一定差距。近年来我们与国外的差距正在不断缩小,随着行业和企业的重视,这个差距会越来越小。”