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。     

柱塞泵滑靴副润滑特性分析

滑靴副的润滑特性直接影响柱塞泵的效率和使用寿命,油膜厚度和承载力是衡量其润滑特性的重要指标,为此开展柱塞泵滑靴副的润滑特性研究。基于油室压力反馈模型,求得最佳油膜厚度,计算滑靴密封带处油膜压力分布;再通过建立滑靴副流道模型,进行流体仿真验证压力计算数值模型。通过数值计算和流体仿真得出结论:密封带处油膜压力呈环形分布,且随半径的增大逐渐减小,当负载压力增大时,密封带处压力也随之增大,油膜承载力提高。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理论支撑基础。     

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。     

计及表面变形的轴向柱塞泵滑靴副热流体动力润滑分析

考虑热变形和弹性变形等影响因素,对倾覆状态下滑靴副热流体动力润滑性能进行研究,主要分析讨论不同柱塞腔压力、主轴转速和进口油液温度等工况下热变形和弹性变形对滑靴副热流体动力润滑性能的影响。采用有限差分法联立求解雷诺方程和油膜厚度方程进行滑靴副油膜润滑分析,采用有限单元法计算滑靴表面变形,采用能量方程和热传导方程计算油膜温度。结果表明,计及热变形和弹性形变时,油膜压力和油膜厚度场在滑靴中心油室和边缘处出现凸起峰值;油膜温度场沿滑靴半径方向由内向外递减分布;柱塞腔压力越大,主轴转速和进油口温度越高,油膜厚度的振荡衰减特征越明显,摩擦转矩随油膜厚度减小而增大,处于柱塞泵的吸排油交替区时的油膜厚度和摩擦转矩出现峰值。     

液黏调速器接合过程建模与特性分析

针对液黏调速离合器接合过程中的挤压膜流动以及摩擦阶段过渡问题，综合考虑摩擦副表面粗糙度、表面油槽结构和流体惯性力等因素，根据流体动压润滑理论和GW粗糙接触模型，建立离合器接合过程的动力学模型，并采用有限体积法对平均流量雷诺方程求解，对挤压过程中的油膜压缩速度、油膜厚度、被动盘转速、传递转矩等动力学参数的变化规律展开了仿真分析。仿真结果表明，液黏调速离合器接合过程主要处于流体润滑阶段和混合摩擦阶段。流体润滑阶段黏性扭矩迅速增加，但是相对角速度变化不大，由于油膜厚度变化较快，在0.1 s左右进入混合摩擦阶段，该阶段油膜厚度变化较小，黏性扭矩逐渐下降至零，摩擦扭矩开始占据主导地位。     

液压柱塞泵运动副磨损特性研究综述

针对液压柱塞泵的3对主要运动副:柱塞-缸体副(柱塞副)、缸体-配流盘副(配流盘副)、斜盘-滑靴副(滑靴副),对国内外围绕3对运动副磨损特性相关的研究进行了汇总和总结。柱塞泵运动副间隙的润滑形式为粘弹性动力润滑(EHL),磨损特性与油膜、介质、污染、运动副材料及表面形貌等密切相关。主要介绍了柱塞泵运动副的润滑磨损理论研究,影响磨损特性的运动副油膜特性相关研究成果,以及适用于柱塞泵运动副的磨损模型。对比分析了柱塞泵磨损特性研究常用的解析方法、仿真方法、实验方法,介绍了每种方法的优势及局限性。最后对影响柱塞泵运动副磨损特性的关键因素进行了总结,给出了有待解决的问题及研究方案。     

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。     

盾构机液压柱塞泵损坏原因解析

该文分析斜轴式液压柱塞泵损坏原因及柱塞滑靴与斜盘摩擦副静压油膜机理,论述不同转速、压力下滑靴油膜特性。     

轴向柱塞泵配流副与滑靴副润滑特性试验系统的研制

论述了轴向柱塞泵配流副与滑靴副润滑特性试验系统的组成和工作原理。详细介绍了系统各部分结构和功能。通过润滑特性试验系统，可以在不同压力、温度、转速、材料、结构下测试配流副与滑靴副间隙，并得出润滑膜厚度、承载力和泄漏流量等润滑特性参数之间的关系。该润滑特性试验装置使用高精度电涡流位移传感器测量配流副与滑靴副间隙，以保证对润滑膜厚度的测量误差小于1μm。通过润滑特性测试平台还可以确定出最佳的水液压柱塞泵配流副与滑靴副润滑结构和材料配对，为研制出性能良好的轴向柱塞式水液压泵奠定坚实的实验基础。     

滑靴材料及封严带结构对摩擦副性能的影响

目前，高压柱塞泵普遍采用滑靴的柱塞结构，滑靴不仅增大了与斜盘的接触面，减小了接触应力，而且其封严带结构，使滑靴与斜盘表面之间形成一层润滑油膜，极大地降低了滑靴-斜盘摩擦副之间的摩擦损失，提高了整泵机械效率。柱塞泵最高工作压力不同，滑靴封严带也随之采用不同结构。该文通过故障分析、理论研究和仿真计算滑靴副PV值，并结合试验验证的方式，阐述了3种不同封严带结构的滑靴在工程实际中的应用。     

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.     

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。     

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。     

Tribological study on hydrostatic slipper bearing with annular orifice damper for water hydraulic axial piston motor

Hydrostatic slipper bearing is an effective way to maintain a fluid film between slipper pad and swash plate that slide against each other, and thereby mitigate direct surface-to-surface contact in water hydraulic axial piston motor (WHAPM). The hydrostatic slipper bearing with an annular orifice damper is proposed, and the reaction force of the bearing in WHAPM is investigated. The effects from the friction within the cylinder bore, the dynamics of the piston, and the centrifugal force of the piston–slipper assembly are examined. The characteristic equation of the hydrostatic slipper bearing with an annular orifice damper is formulated, where the effects of various geometric parameters (e.g. damping length, supporting length, and clearance between the piston and the cylinder bore) are reflected. The relevant criterion for designing the hydrostatic slipper bearing can then be established. Results of the theoretical analyses indicate that (a) the friction coefficient, the swash plate angle, and the inertia and centrifugal loads (generated under a high motor rotating speed) would have significant influences on the reaction force; (b) an appropriate swash plate angle can help eliminate the fluctuation of the reaction force; (c) the load-carrying capacity of the hydrostatic slipper bearing is more sensitive to the damping length than to the supporting length of the piston; (d) a short damping length can help enhance the load-carrying capacity; (e) a small clearance between the piston and the cylinder bore would help improve the adaptive ability to the varying load for the hydrostatic slipper bearing, when clearance between the slipper pad and the swash plate ranges from 5 to 20 μm. Experimental studies of the slipper pads sliding against the swash plates are conducted at a custom-manufactured test apparatus, given different material combinations and design methods. The experimental results indicate that the hydrostatic slipper bearing with an annular orifice damper would decrease the possibility of the severe wear between the slipper pad and the swash plate in comparison with the hydrostatic clamping ratio bearing in the WHAPM, and the CRA laser cladding (compared to the ZrO₂·MgO-plasma-sprayed coating and the stainless steel 2Cr13) is a promising candidate as the tribo-material when sliding against composite materials in water lubrication system. The hydrostatic slipper bearing with an annular orifice damper has been successfully applied to a WHAPM developed at the Huazhong University Science and Technology. The result demonstrates that the developed bearing has a satisfactory tribolgical performance, and can be extended to the manufacture of water hydraulic axial piston pumps.     

基于润滑机理的智能液压元件本体性能预测方法

以液压泵为例,以其最为薄弱的环节--滑靴副为研究对象,并以滑靴磨损作为性能退化原因,结合滑靴磨损数学描述方程、泄漏流量公式和柱塞腔压力瞬时变化模型,建立了滑靴磨损过程的油膜润滑特性方程组;揭示了液压泵性能失稳失效机理,计算了失稳和失效临界点;对液压泵性能退化状态进行区域划分,分析液压泵不同状态下滑靴磨损量与油膜润滑特性参数及性能退化参数的变化规律,建立了性能预测模型;通过仿真分析验证理论模型的正确性,通过液压泵性能测试试验验证预测模型的有效性和预测精度,结果表明,所构建的模型能够精确预测液压泵性能。     

轴向柱塞泵滑靴的动力学特性仿真分析

滑靴与斜盘、柱塞、回程盘之间的配合是保证柱塞泵正常工作的重要条件,滑靴的磨损失效会影响与之配合零件的正常工作。首先对A4VG125型柱塞泵滑靴进行理论受力分析,应用SimulationX建立柱塞泵的一维液压模型和三维MBS模型,仿真柱塞底部所受液压力。然后与ADAMS和ANSYS建立的柱塞泵动力学模型进行联合,完成柱塞泵的刚柔与液固耦合仿真模型。在仿真工作参数作用下,研究滑靴与斜盘、柱塞、回程盘之间摩擦副的动力学特性。结果表明:当斜盘倾角增大、主轴转速提高时,对滑靴总体的受力/力矩情况影响较大;滑靴与柱塞之间的球铰副受工作参数变化影响较为明显,受力/力矩波动较为严重。     

热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响

为探讨热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响,建立配流副的润滑模型,采用有限差分法对雷诺方程、能量方程和弹性变形方程进行求解,考虑黏度-温度、黏度-压力的关系,利用松弛迭代法求得热流固耦合下油膜压力、弹性变形与油膜温度分布的数值解,并运用MATLAB得到油膜压力、弹性变形、油膜温度分布云图;分析配流副参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明：缸体倾斜角度和初始油膜厚度对油膜承载力的影响较大,增大缸体倾斜角度和减小初始油膜厚度,可提高油膜承载能力;减小润滑油黏度、增大初始油膜厚度能有效降低润滑摩擦过程中的摩擦力和摩擦因数。     

表面粗糙度和润滑油黏度对活塞裙-缸套摩擦副润滑性能的影响

以一多缸内燃机为对象,研究表面粗糙度和润滑油黏度对活塞裙-缸套摩擦副润滑性能的影响。建立活塞二阶运动方程与平均Reynolds方程相结合的活塞裙-缸套摩擦副润滑分析模型。活塞二阶运动方程采用Broyden方法求解,应用有限差分法进行活塞裙-缸套摩擦副的润滑分析。结果表明,表面粗糙度对活塞裙-缸套摩擦副润滑性能影响不明显,而随润滑油黏度增加,活塞裙-缸套摩擦副的最小油膜厚度、摩擦力和摩擦功率增加,最大油膜压力在进气和排气行程随润滑油黏度变化比较明显,在其他行程变化较小。     

Prediction of Leakage from an Axial Piston Pump Slipper with Circular Dimples Using Deep Neural Networks

Oil leakage between the slipper and swash plate of an axial piston pump has a significant effect on the e ciency of the pump. Therefore, it is extremely important that any leakage can be predicted. This study investigates the leakage, oil film thickness, and pocket pressure values of a slipper with circular dimples under different working conditions. The results reveal that flat slippers suffer less leakage than those with textured surfaces. Also, a deep learning-based framework is proposed for modeling the slipper behavior. This framework is a long short-term memory-based deep neural network, which has been extremely successful in predicting time series. The model is compared with four conventional machine learning methods. In addition, statistical analyses and comparisons confirm the superiority of the proposed model.