柱塞泵常用在高压系统中，应用场所非常广泛、几乎涉及目前所有行业，自发明之初到现在经过无数人的努力研发和完善，国外技术发展已很成熟，产品种类多，性能强，国内经过多家企业及研究所的研究也取得了长足的发展，无论在设计及材料上都有了重大突破，但国产轴向柱塞泵仍存在使用寿命相对低、工作可靠性相对差的问题，尤其在大排量高压轴向柱塞泵上则仍依赖进口，无法完全国产化。
影响泵寿命的因素有很多，如柱塞--滑靴摩擦副损坏、柱塞与缸体摩擦损坏及配流盘摩擦副损坏等，本文仅从滑靴磨损的常见问题进行分析，来探讨滑靴的设计优化方法。
1、滑靴常见现象损坏分析
滑靴是柱塞泵中最为重要的摩擦副，其运行正常与否直接关系着泵能否正常工作，要想保证滑靴长期可靠的运行，则需要了解在其运动中常出现的问题进行分析，以优化设计提高工作寿命。
1.1滑靴与柱塞头松动或脱落
此情况可以有多种因素造成，设计拉脱力不够，会出现此情况，也可能是材料硬度未达到要求，吸入口进液阻力过大等。
可以通过观察泵工作过程中的压力平稳性或容积效率可以判断是否有松动间隙变大的情况，若压力流量波动大，则说明已有明显松动，也可以通过用硬物抵住泵头部分，听是否有撞击声。
有数据表明，当松动间隙大于0.3mm时，排量就会有明显降低，随着工作时间加工，松动趋势会急剧加快，最终导致滑靴脱落，引发其他危害。
1.2滑靴压垮、烧结
在设计不合理、支承力不足或泵超出其规定最高工作压力，造成油膜破坏时会出现此问题。因此，在设计时应合理确定其最高工作压力，同时在结构上加以限制，如集成泄压阀，或在系统上集成安全阀等，在使用说书中明确注明使用工况。另外，材料有缺陷也是一个重要因素，在工艺处理时，可以增加探伤，进行检验防范。
1.3滑靴底面过度磨损
在上述两种情况不严重时会出现，另外在介质不达标或污染的工况下也会出现，滑鞭与斜盘间的摩擦要求非常精密，摩擦力尽可能小，最好，二者间的光洁度要非常高，在工作过程中对介质的清洁度要提出要求，微小的硬质多余物就会造成无限放大的磨损，除了滑靴底面磨损加剧，滑靴与柱塞连接处及柱塞与缸体间也会加剧磨损，因此，柱塞泵工作时，其介质的洁净度需要达到规定要求，在使用说明书中应明确要求介质等级及建议更换周期和检验周期。
1.4滑靴偏磨
滑靴外边缘出现偏磨有多种因素，在设计方面，主弹簧力过大或过小都会造成偏磨，滑靴面与回程盘面接触面保持一致性差会造成偏磨，在回程盘卡滞回位。
不及时也会造成偏磨，同时伴随其他的如震动冲击等问题，其中倾覆力矩过大是主要因素，这是因为在工作时，不是每一个滑靴表面都和回程盘是紧紧贴紧的，总有瞬时不接触造成油膜破坏，影响工作寿命。
在某些文献中总结的磨损原因如不同壳体压力对滑靴副造成的油膜变化，在外力倾覆力作用下产生磨损，弹簀力过大，吸油口阻力过大等，归根结底滑靴磨损的根本因素是油膜的先行损坏。因此在设计中应注意对其工况进行合理的考虑，同时对关键位置应尽可能用高精度的加工方法保证质量，严格按使用条件运行，才能保障长时间可靠运行。因此，滑靴设计过程中应充分考虑其受力情况并进行校核。
2、滑靴主要设计计算
滑靴作为柱塞泵中的最重要的摩擦副零件，其工作稳定性直接确定了泵的工作寿命。工作过程中与柱塞扣压在一起，压油时承受柱塞压力、分离力、摩擦力、斜盘的推力等，在吸油时受到较大的瞬时惯性力、吸油力、离心力等，因此在工作过程中损坏几率最高，尤其在高转速时其惯性质量会变大，常导致偏磨，寿命下降。设计时需要对滑靴工作过程中受力进行综合分析。
2.1压紧力
柱塞对滑靴的压力与斜盘对柱塞的反力大小相等，方向相反，因此压力力值为：
式中，r为柱塞泵半径，γ为斜盘倾角，p为排油压力，当γ最大时，压力紧力最大。
2.2分离力
分离力与结构和工作压力有关，由油腔分离力和环形分离力组成。
1)油腔分离力
式中，r1为滑靴油腔半径。
2)环形间隙分布分离力
该力较为复杂，其疗法处的压力分布在密封带较窄时认为滑半径方向是直线分布，而在密封带较宽时按对数分布，根据相关分析及论证有：
式中，r任意点半径，r1滑靴底面内圆半径，r2滑靴底面外圆半径，总的分离力为上述力的总和：
把式(2)、式(3)代入式(4)，简化得到：
根据上述公式知，分离力大小正比于工作压力，有滑靴的环形密封。因此，如何正确决定分离力是滑靴设计中的关键问题。
3、压紧力设计
目前，国内外普遍采用剩余压紧力设计法，其实质是采用高压强制润滑的方式把介质引入滑靴柱塞腔内及滑靴端面，靠高压的静压力平衡绝大多部分压紧力，而剩余压紧力用以保证滑靴压紧斜盘。滑靴与斜盘间为半干摩擦状态，造成磨损严重。因此，滑靴及斜盘常用自润滑性好且刚度好的材料来作摩擦副。采用剩余压紧力设计时，计算相对简单，同时为保障泄漏量，压紧力与分离力比在1~1.05间：
考虑柱塞惯性力的主弹簧力，最大倾角时总的剩余压紧力为：
式中，G为柱塞及滑靴重量，R为柱塞分布圆半径，ω为缸体转角速度。f=0.1。
剩余压紧力是由滑靴支承面承受的，需要核对所用材料的许用比压比功值。
为保证较好的压场，滑靴支承圈的内外径比约为1.1~1.2，同时其中心引油孔直径不应引起阻尼作用。一般取值在0.8~2，滑靴底面光洁度也应尽可能高。
滑靴是柱塞泵中最为关键的摩擦副，是柱塞泵最容易出现故障的摩擦副，一旦损坏，易发生很严重的安全问题，在日常工作中出现了各种各样的问题。滑靴的设计计算仅仅是从理论上保障其正常工作，但实现上却会因多种因素发生一系列故障问题。
4、优化改进
滑靴副优化的目的是提高其工作寿命及稳定性，主要从3个方面进行。
4.1降低接触比压
滑靴结构种类较多，适应于不同工况，但不目前来讲，采用辅助支承结构的滑靴在工作过程中更为可靠应用最多。可以根据不同情况采用外辅助支承或内辅助支承结构，也可以同时采用内外辅助支承结构。
图1为内外辅助支承结构，主要应用于高压力大排量柱塞泵，效果显著。
4.2减小剩余压力力
此方法为在斜盘倾角为0时，压紧系数取1，重新计算新的结构尺寸，在主弹簧力的作用下，始终可以保证斜盘转动时压紧系数大于1，保证其正常可靠的工作。
4.3扣压质量控制
滑靴工作过程中，与柱塞的扣压质量对其寿命的影响是非常大的，其主要因素有接触面形位尺寸是否合格，尤其是扣压间隙最为重要，需要进行严格的控制，同时进行抽检检验扣压拉脱力，保证扣压质量合格。
滑靴的寿命决定着泵的整体寿命，工作过程中受多种因素影响，不仅有设计因素，也有工艺因素、材料因素、介质质量因素等，都会严重影响其最终运行结果，因此，无论在设计、制造或应用中都有较为严格的要求，保证理论设计合格有余量，工艺合理保精度，使用规范保寿命，本文所述仅为柱塞泵中诸多问题中的一部分，仅能提供一小部分参考，更多的进步需要广大技术人员的参与。
注：本文整理自《液压气动与密封》2020年第3期 ，作者孔青松、刘伟等。
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