强冲击载荷对滑靴副磨损过程承载特性的影响

超负荷加载运行是使液压泵寿命加速退化的常用方法,强冲击载荷是其中一种有效的加载形式,为研究强冲击载荷作用下滑靴副磨损过程的承载特性变化规律及液压泵寿命退化机制,考虑滑靴沿斜盘表面的倾覆,建立滑靴副正常状态的承载特性方程;通过确定冲击载荷作用产生磨损的条件,定义滑靴底面磨损轮廓结构参数,推导滑靴副在强冲击载荷作用下磨损过程的油膜承载特性方程,探索强冲击载荷对油膜压力分布、油膜厚度分布以及抗冲击载荷参数的影响。分析结果表明:随着强冲击载荷和冲击次数的增加,最小油膜厚度均有减小的趋势;而随着强冲击载荷冲击次数的增加,滑靴磨损量将逐步增大,在磨损轮廓处油膜厚度将逐渐减小,油膜压力将逐渐降低;密封带宽度将逐渐变窄,抗冲击载荷能力将逐渐变弱且磨损程度愈发严重。     

基于深度信念网络多参数智能融合的滑靴副性能退化状态评估方法

滑靴副磨损过程的性能退化状态受到表面形貌、摩擦特性等多个方面的影响,单独提取其中任何一个表征参数作为指标,评估其性能退化状态都是不准确的,为提高评估精度,提出基于深度信念网络多参数智能融合的滑靴副性能退化状态评估方法。应用分形理论从滑靴表面形貌特征中提取分形维数、尺度系数和特征粗糙度等分形参数作为表面形貌评估指标,应用摩擦因数作为摩擦特性参数评估指标,构建性能退化状态评估指标体系;计算摩擦因数信号与完全平稳的高斯白噪声序列信号之间的灰色关联度,并根据灰色关联度的大小对性能退化状态进行区域划分;应用深度信念网络理论对多指标参数进行智能融合和特征提取,建立性能退化状态评估模型;开展滑靴副磨损过程模拟试验,分析指标参数和灰色关联度对性能退化状态的影响规律,通过构建出的样本数据集,对评估模型进行训练和测试验证,结果表明评估模型对性能退化状态的评估准确率能够达到97%以上,由此证实该方法对滑靴副性能退化状态评估的有效性,且具有较高的评估精度。     

基于故障机理的液压泵多信息烈度特征状态评估方法

以液压泵滑靴磨损故障为例,提出一种基于故障机理的多信息烈度特征状态评估新方法。该方法从滑靴磨损机理出发,利用滑靴副压紧系数值对滑靴不同磨损程度对应的液压泵工作状态进行区域划分;通过振动烈度的频域计算方法提取泵壳体振动、出口流量及压力三种信号的烈度特征因子,分析三种烈度特征因子对滑靴磨损程度的敏感性,并建立特征因子样本集;利用最小二乘法进行数据拟合,得到三种烈度特征因子与液压泵工作状态的对应量化关系,结合BP神经网络和D-S证据理论建立基于多信息决策融合算法的状态评估模型。通过测试样本验证了模型的有效性,结果表明该模型具有较高的评估精度。     

磨损轮廓与弹性变形对滑靴动态特性的影响

考虑滑靴的倾斜与底面实际磨损轮廓,结合滑靴实际受力状况,建立描述滑靴微观运动的动力学方程,对滑靴的刚度分布特性进行研究从而引入底面流体压力所导致的结构弹性变形所带来的影响.联立动力学方程、瞬态二维雷诺方程、油膜描述方程,弹性变形方程,油室压力控制方程,实现滑靴动力学特性与摩擦特性的耦合求解,获得整个工作周期内滑靴的微观运动状态,实现滑靴副润滑特性的精确计算.探讨微观磨损几何、滑靴底面的流固耦合效应对滑靴动态油膜特性的影响.分析结果表明,一定的磨损轮廓与弹性变形均可以保证滑靴承载特性的稳定性,较大的磨损轮廓会降低滑靴的承载力并使滑靴最小膜厚降低;当滑靴位于低压吸入区时,具有表面磨损轮廓的滑靴会出现很大的倾斜现象;磨损轮廓与弹性变形对滑靴的摩擦转矩特性也存在一定的影响.     

斜盘泵滑靴副剧烈磨损过程的油膜润滑特性分析

斜盘泵滑靴副在发生剧烈磨损过程中,滑靴和斜盘将处于边界润滑状态,油膜润滑特性将发生较大的变化。为此,基于弹性流体动力润滑理论,结合滑靴副的实际工况,推导出滑靴副在剧烈磨损过程中的稳态等温线接触混合弹流润滑基本方程,并建立相应的数学模型。对模型进行数值求解,分析得出滑靴和斜盘接触区油膜压力、油膜厚度与泵转速和外载荷的关系。为斜盘泵滑靴磨损故障程度的影响因素分析及液压泵健康状态评估方法的研究奠定理论基础。     

考虑表面接触力的滑靴副油膜特性分析方法

由于受倾覆力及刚体表面粗糙度影响,液压柱塞泵斜盘-滑靴运动副(滑靴副)在相对运动时处于混合润滑状态。斜盘和滑靴表面接触引起弹性和塑性变形,进而产生表面接触力。接触力与油膜厚度密切相关,在油膜特性分析时不应被忽略。提出一种基于流体动压润滑理论的滑靴副油膜特性(油膜厚度、压力分布、油膜间隙流量)的分析与计算方法,考虑了滑靴副粗糙表面的支撑力影响。在雷诺流体动压润滑方程基础上,考虑滑靴副刚体表面粗糙度水平和油膜厚度,计算液压柱塞泵不同工况下的表面接触支撑力,并将接触力融入运动副的受力方程。提出了基于改进的雷诺流体动压润滑方程的数值计算方法,并进行了仿真分析,通过间接对比滑靴副间隙流量的仿真结果,证实了提出方法的有效性和结果的准确性。     

轴向柱塞泵滑靴副倾覆现象数值分析

采用一种新的研究方法对滑靴副油膜动态特性进行研究,首先对滑靴副静压支承固定阻尼加可变阻尼组成的流量压力负反馈调节系统进行建模,然后以此为边界条件对滑靴受力/力矩情况和滑靴副倾覆油膜模型的耦合关系进行研究,最后通过Matlab编程搭建滑靴副油膜耦合关系仿真模型,用Newton迭代法求解油膜模型非线性方程组,动态显示滑靴副油膜特性,以分析滑靴副倾覆现象的本质以及弹簧预压紧力对滑靴副倾覆的影响.利用三点确定一平面的原理,通过三点处油膜厚度值对滑靴副油膜厚度场进行建模.分析结果表明,滑靴偏磨一般发生在柱塞腔吸油区到排油区的过渡区,此时的滑靴倾覆程度最大,在滑靴结构一定时,可以通过增大弹簧预压紧力的方法减弱滑靴的倾覆程度.     

锥形缸体球面配流副润滑特性建模及试验验证

配流副油膜的润滑特性对轴向柱塞泵的可靠运行有重要影响。建立了锥形缸体球面配流副油膜润滑特性仿真模型,并通过试验验证了模型的有效性。对锥形缸体进行受力分析,通过对柱塞滑靴组件运动学和受力的分析,求解得到柱塞滑靴组件对锥形缸体的作用力;通过对球面配流副油膜厚度分布和压力分布的分析,求解得到球面配流副对锥形缸体的油膜支承力;采用有限容积法对油膜进行离散化处理,通过牛顿迭代法数值求解球面配流副油膜润滑特性和锥形缸体运动方程;开展轴向柱塞泵高压稳态试验和轮廓扫描试验,获得不同稳态试验时长的球面配流盘磨损形貌,对比球面配流盘磨损轮廓与仿真得到的油膜厚度分布和压力分布。研究结果表明,仿真得到的油膜厚度较小区域与配流盘主要磨损区域相近,验证了锥形缸体球面配流副油膜润滑模型的有效性。     

轴向柱塞泵滑靴副润滑特性分析

滑靴副的润滑特性直接影响着轴向柱塞泵的效率和使用寿命等工作性能,而油膜厚度和承载力是其衡量润滑特性的重要指标,为此开展柱塞泵滑靴副的油膜厚度及承载力的研究。在静压支承的基础上确立了滑靴副油室压力反馈模型,根据损失功率最小求得最佳油膜厚度,计算滑靴密封带处油膜压力分布。再通过建立滑靴副三维流道模型,进行流体仿真验证压力计算数值模型。理论模型和数值分析揭示了轴向柱塞泵滑靴副油膜承载能力的变化规律,为液压源的设计和开发打下了理论基础。     

轴向柱塞泵滑靴副楔形油膜特性分析

轴向柱塞泵工作过程中,滑靴会在倾覆力矩作用下相对于斜盘表面形成一定的楔形油膜,在油膜静压支承力和油膜动压效应和挤压效应作用下滑靴副楔形油膜压力场始终与滑靴所受的外力和外力矩处在动态的平衡中。本文采用一种新的研究方法对滑靴油膜动态特性进行研究,用牛顿迭代算法对滑靴受力/力矩情况和滑靴副油膜的耦合关系进行研究。在Matlab软件中以低层编程的方法揭示滑靴副楔形油膜动态特性,从而对滑靴副工作特性进行预测。     

Lubrication characteristics analysis of slipper bearing in axial piston pump considering thermal effect

In this study, the lubrication characteristics of a slipper bearing for axial piston pump considering oil thermal effect have been investigated. A mathematical model is developed to predict the film thickness and temperature on the slipper/swash plate interface under different operating conditions. Based on the mathematical model, a parametric study is conducted to evaluate the slipper lubrication performance. It is found that the slipper is characterised by an unstable behaviour and the behaviour is enhanced by lower pressure and higher rotational speed. As the film temperature increases rapidly due to high shaft speed and piston chamber pressure, the overall result is a rather low decline in the film thickness. The leakage flow rate increases with increasing speed or oil film thickness. The structure parameter can be optimised to obtain satisfactory slipper performance. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

海水液压柱塞泵中新型滑盘副的设计及其润滑特性研究

传统海水液压柱塞泵中,滑靴的固有结构形式使其易发生偏磨、烧靴等问题。提出了一种新型滑盘结构,从根本上消除了因离心力产生的滑靴倾覆问题,并减小了柱塞所受的侧向力。建立了滑盘副润滑数学模型,并分析了温度和工况参数对滑盘副的润滑特性及能耗特性的影响。结果表明:随着介质温度的升高,滑盘副的动压效应减弱,水膜厚度减小,导致泄漏量降低;同时,黏度随温度升高而降低,滑盘所受到的摩擦力减小,黏性摩擦功率损失降低;随着泵工作压力的升高,水膜厚度变大,泄漏量增大,相反黏性摩擦功率损失降低;而随着泵的工作转速的增大,滑盘副的泄漏量功率损失和黏性摩擦功率损失均有所增加。     

表面粗糙度对配流副润滑特性的影响

为研究表面粗糙度对轴向液压柱塞泵马达配流副润滑特性的影响,引入Weierstrass-Mandelbort分形函数,对不同幅值的表面粗糙度的表面形貌进行二维和三维模拟,建立考虑表面粗糙度的流固热耦合下的配流副油膜润滑模型,采用中差分形式的有限差分法和松弛迭代法对其进行数值求解,并分析油膜厚度、油膜压力、油膜承载力、摩擦因数等性能参数随着表面粗糙度幅值变化的规律。通过盘-盘形式的配流盘-缸体摩擦磨损试验,得到不同幅值的表面粗糙度下配流副摩擦因数,对所建立的数学模型进行验证。数值计算结果表明,表面粗糙度幅值的增大会引起油膜承载力增大,但也会引起最大油膜压力和摩擦因数的增大,导致摩擦性能下降。摩擦磨损试验发现,表面粗糙度增大,配流盘表面摩擦磨损情况加剧,配流副润滑性能和耐磨性能整体降低。因此在配流盘表面加工处理中,应适当降低其表面粗糙度。     

高压轴向柱塞泵滑靴副性能测试液压

为了测量35 MPa高压轴向变量柱塞泵滑靴副的油膜性能参数,需研制一套滑靴副性能测试液压系统。针对35 MPa的高压工作环境,设计出了一种高压轴向变量柱塞泵滑靴副性能测试液压系统,并建立了其AMESim仿真模型。通过仿真分析,得知该液压系统的卸压能满足工作要求,其卸荷性能良好,而且无论是卸压还是卸荷过程,液压冲击均得到有效的抑制,因而,该液压系统能够满足泵在35 MPa高压工况下平稳运行的要求,从而为提高35 MPa高压轴向变量柱塞泵滑靴副的油膜性能提供了前提保障。     

Multi-objective optimization of surface texture for the slipper/swash plate interface in EHA pumps

Well-designed surface textures can improve the tribological properties and the efficiency of the electro-hydrostatic actuator (EHA) pump under high-speed and high-pressure conditions. This study proposes a multi-objective optimization model to obtain the arbitrarily surface textures design of the slipper/swash plate interface for improving the mechanical and volumetric efficiency of the EHA pump. The model is composed of the lubrication film model, the component dynamic model considering the spinning motion, and the multi-objective optimization model. In this way, the arbitrary-shaped surface texture with the best comprehensive effect in the EHA pump is achieved and its positive effects in the EHA pump prototype are verified. Experimental results show a reduction in wear and an improvement in mechanical and volumetric efficiency by 1.4% and 0.8%, respectively, with the textured swash plate compared with the untextured one.     

Experimental Research on the Dynamic Lubricating Performance of Slipper/Swash Plate Interface in Axial Piston Pumps

The interface between the slipper/swash plate is one of the most important frication pairs in axial piston pumps. The test of this interface in a real pump is very challenging. In this paper, a novel pump prototype is designed and a test rig is set up to study the dynamic lubricating performance of the slipper/swash-plate interface in axial piston machines. Such an experimental setup can simulate the operating condition of a real axial piston pump without changing the relative motion relationship of the interfaces. Considering the lubricant oil film thickness as the main measurement parameter, the attitude of the slipper under the conditions of different load pressure, rotation speed and charge pressure are studied experimentally. After the test, the wear state of the swash plate is observed. According to the friction trace on the surface of the swash plate, the prediction for the attitude of the slipper and the zone easy to wear are verified.     

斜盘泵滑靴副剧烈磨损过程的动态特性分析

斜盘泵在发生滑靴副磨损故障时表现出与正常状态下完全不同的动态特性。为深入分析滑靴磨损量对滑靴副动态特性的影响,在不考虑滑靴倾斜的条件下,建立了描述滑靴剧烈磨损的动力学模型。通过对滑靴磨损过程的发展机理分析,采用近似圆弧进行拟合的方法得到磨损量与磨损轮廓的数学描述方程;同时给出滑靴磨损状态的压力控制方程、膜厚方程、流量平衡方程和力平衡方程,由此建立滑靴在压油区的动力学模型。通过数值分析得出磨损量与滑靴副泄漏量、压力分布、滑靴承载力以及最小油膜厚度之间的变化规律。结果表明:滑靴泄漏量随滑靴磨损量的增加而变大,从而加快滑靴底面油膜压力沿滑靴径向的递减速度,进而降低滑靴的承载力,减小滑靴的最小油膜厚度,削弱滑靴副适应载荷变化的能力。     

凹坑形仿生非光滑表面滑靴副的动压润滑计算

通过建立凹坑形仿生非光滑表面滑靴副的全水动压润滑模型,采用CFD方法及正交试验法研究工况参数(膜厚、转速)及几何参数(坑形、面积率、深径比)对流体动压润滑性能和水膜承载力的影响规律。研究结果表明：凹坑表面产生的承载效应是其静压和动压分布的综合,其中具有凹坑形仿生非光滑表面的斜盘与滑靴相对运动而引起的动压效应起主要作用;工况参数和几何参数对水膜承载力的影响顺序为转速>膜厚>坑形>深径比>面积率;膜厚30 μm、转速3 000 r/min、面积率20%、深径比0.5的三角柱坑为最优水平组合。该研究结果可为高压海水轴向柱塞泵仿生非光滑表面斜盘的设计提供参考。