高压柱塞泵 鲠在中国装备制造业咽喉的一根刺

2018/05/28 09:48科技日报王海滨

是什么卡了我们的脖子——

高压柱塞泵,鲠在中国装备制造业咽喉的一根刺

“我国液压工业的规模在2017年已经成为世界第二,但产业大而不强,尤其是额定压力35MPa以上高压柱塞泵,90%以上依赖进口。可以说,高压柱塞泵是鲠在我国装备制造业咽喉要道的一根‘刺’。”近日,在太重集团榆次液压工业有限公司,该公司副总、高级工程师陈群立对科技日报记者说,“高性能的柱塞泵,美德日等国外4家龙头企业占据中国市场70%以上份额,在技术方面却对中国严密封锁。”

小部件,大威力

高压柱塞泵是高端液压装备的核心元件,被称作液压系统的“心脏”。液压系统是装备制造业的关键部件之一,被广泛应用于农林机械、化工、轻纺机械、能源工业机械、冶金工业机械、建材工业机械、机床行业,以及军工、航空航天、船舶等等。据相关数据统计,发达国家生产的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。可以说,一切工程领域,凡是有机械设备的场合,都离不开液压系统。

一个完整的液压系统由5个部分组成,即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能,它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵。

高压柱塞泵属于动力元件。我国国产大飞机C919试飞成功的重要功臣之一,中国二重生产的国际最大的8万吨级模锻液压机,其高压柱塞泵就是进口美国的产品,几十台柱塞泵靠电动机带动把液压油加压后推动油缸产生8万吨的锻打压力。再比如坦克的履带行走,就是依靠内燃机带动液压泵,让油液经由阀门控制通过油管输出去,驱动马达变成旋转运动,然后带动履带行走。我国的坦克、装甲车等军工机械,绝大多数使用的是进口高压柱塞泵。这些进口的液压泵,每台价格都在20万元以上。而这些液压泵的更换和维修,都会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被整体“包裹”在铸造壳体里面,如果说高压柱塞泵是液压设备的心脏,那么,柱塞滑靴副可视作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相当于“心房”“心室”的动力部件,他们都在输出动力的时候各司其职,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,他们还共同依靠铸件壳体的高精度支撑。

“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,由于壁厚不均,存在许多孤立的热节,高压柱塞泵铸件内部容易出现缩松缩孔等缺陷,所以高压柱塞泵的铸件对技术、工艺和后续处理等方面的要求很高。

国内生产的液压柱塞泵与外国品牌相比,在技术先进性、工作可靠性、使用寿命、变量机构控制功能和动静态性能指标上都有较大差距,基本相当于国外上世纪90年代初水平。差距主要表现在产品品种、性能和可靠性等方面。液压产品品种只有国外的1/3,寿命为国外的1/2。我国生产的高压柱塞泵与国外先进水平的差距在于:故障率高,我们的产品有的只用一两个月就出现故障,国外的可以用一两年;平均无故障运行时间,我国的在2000小时以下,国外的可以达到8000小时以上;泵的容积效率低下,我国的柱塞泵长时间运行状况下极易发生过度发热、内损,从而功效急速下降。

目前,国内生产液压柱塞泵规模较大的有太重榆液、中航力源、北京华德等企业。

由于铸件工艺的薄弱,国内大多企业只能做到“形似”,还没能做到“神似”。

国产化提速,推广应用还需假以时日

山西是我国重要的液压基础件生产制造基地,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。产品用户遍布全国,出口东南亚、中东、欧美等国家和地区。近年来,太重榆液引进国际先进工艺技术,引进世界顶级的液压铸造专家、质量控制专家和软件设施等,初步实现了引进吸收再创新。目前,材料研究、柱塞泵、高压阀、多路阀等多项关键技术已经取得突破,产品已经实现了装机。

陈群立说:“我们的自主产品还需要市场检验,需要更多的用户检验。在初始阶段,推广应用是一道艰难的门槛。呼吁有关部门给予政策支持,帮助我们的自主产品走向市场,替代进口,反过来再促进我们的产品不断提高质量。”

发达国家的高压柱塞泵研究和应用,比我国早100多年,在二战期间,他们的产品已经广泛应用于军舰、坦克等大量军工装备。从基础理论研究到产品推广应用,都经历了长期的积累。而我国则从上世纪80年代末90年代初才有科研机构与生产厂家开始研究开发这种产品,有关高压柱塞泵的基础理论研究薄弱,设计理念和水平落后,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。”

责任编辑:Keyi

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