大排量轴向柱塞泵柱塞副润滑特性分析

为了研究大排量轴向柱塞泵柱塞副的润滑特性,以一款斜柱塞轴向柱塞泵为研究对象,建立了柱塞副瞬时油膜厚度场、压力场模型,采用交错网格技术对柱塞副油膜进行网格划分,通过Altair Compose软件采用有限体积法求解雷诺方程,考虑了柱塞衬套变形的影响,得到了柱塞副油膜厚度场、压力场分布和衬套变形状况。研究了负载压力、主轴转速、斜盘倾角对柱塞副润滑状态、轴向摩擦力以及泄漏量的影响。结果表明：在高压区时,衬套靠近滑靴端的变形量大于柱塞腔端,但在一个运转周期内柱塞腔端衬套变形一直存在。负载压力和斜盘倾角变化对柱塞副润滑性能影响明显,负载压力降低15 MPa,柱塞偏载程度峰值降低20.3%,轴向黏性摩擦力峰值降低35.7%;斜盘倾角减小6°,柱塞偏载程度峰值降低25%,轴向黏性摩擦力峰值降低47.7%;而主轴转速对柱塞副在低压区的泄漏量影响较为明显,主轴转速降低300 r/min,柱塞副在低压区的泄漏量峰值降低18%。     

PP轴向柱塞泵柱塞副温度特性研究

通过建立柱塞副油膜的数学模型,以某型斜盘式轴向斜柱塞泵为研究对象分析了柱塞副油膜的速度和压力分布特性,得出了油膜的温度分布规律。研究了压力、转速、壁温和入口油温等单一参数对油膜温度特性的影响。结果表明：油膜温度的升高量随油液压力、柱塞泵转速增大而上升,随入口油液温度的升高而降低,油膜的温度峰值可能出现在柱塞副内部。     

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。     

A11VLO190轴向柱塞泵柱塞副泄漏与润滑特性研究

将轴向柱塞泵柱塞副的泄漏看做偏心圆环缝隙的流动,使用Matlab进行仿真,分析得到了柱塞副泄漏量与负载压力、配合间隙、工作转速和斜盘倾角的关系。采用有限差分法求解二维雷诺方程,该文在考虑油膜动压效应和挤压效应的条件下,得到了柱塞在缸体内的倾角、柱塞自转速度、进口压力对柱塞副油膜分布压力的影响,为提高柱塞副的效率、改善润滑、减少摩擦磨损和增加使用寿命提供了一些参考意见。     

变黏度液体静压轴承的温升特性研究

采用广泛使用的有限元法难以探究温升的影响对液体静压轴承动态特性的影响,为此,提出了一种基于有限差分法的变黏度液体静压轴承动态润滑仿真算法,对变黏度液体静压轴承的温升特性进行了研究。首先,改进了油腔的热力学边界条件,以拓宽其适用范围,使其适用于油腔尺寸较大的液体静压轴承;然后,基于有限差分法处理了Reynolds方程、流量连续方程、能量方程以及黏温方程,从而建立了基于MATLAB的液体静压轴承变黏度热流动态润滑模型;最后,采用仿真计算的方法,分析了偏心率ε为0.1～0.4、主轴转速n为3 000 r/min～10 000 r/min(线速度为14.1 m/s～47.1 m/s)时,油膜压力与温升的变化机理。研究结果表明：当主轴转速从3 000 r/min增大到10 000 r/min时,转速的增大会使得液体静压轴承的承载力因动压效应的增大而增大,但其油膜的平均压力却因温度的升高、油膜黏度的降低而下降了约24%;主轴偏心率的增大会导致油膜温度聚集,而主轴转速的增大则导致油膜温升增大,故当偏心率ε=0.4而转速n=10 000 r/min时,油膜的温升较大,且热量发生聚集,其最高温升可达39...     

基于CFD的深海柱塞泵配流副流场特性分析

为预测深水环境下压力、温度及油膜分布等变参数对柱塞泵使用性能及工作寿命的影响规律,建立深水环境工况模型,基于雷诺(Reynolds)方程求解配流副稳态油膜控制方程,采用CFD方法仿真分析工作参数、水深环境参数等变化时油膜压力场、温度场变化规律。结果表明：当工作水深从海平面增加至7000 m时,排油腔高压油块A、上死点B及吸油腔低压油块C 3点处的轴向压力不断增大,油膜呈现楔形分布,而温度场分布在海平面至1000 m处温度急剧下降,之后降幅减小。随着水深的增加油膜受到的压力增大,温度减小,进而导致稳定性下降。指出变深环境对配流副油膜压力场、温度场影响显著,为深水环境下柱塞泵配流副的流场特性分析及性能优化打下基础。     

边界滑移对柱塞偶件间油膜流动规律的影响

斜盘式轴向柱塞泵内柱塞偶件间油膜为相对运动的偶件提供润滑及密封作用。油膜流动将直接影响柱塞偶件的工作性能。深入分析偶件间油膜的流动规律对设计与优化柱塞偶件有重要意义。基于Navier-Stokes（N-S）方程,引入Navier边界滑移推导偶件间油膜流动方程,根据柱塞运动的周期性规律,分析单个周期内滑移长度和柱塞泵转速对油膜流动剪应力及流量的影响。研究发现：吸油阶段时近柱塞壁面处油膜剪应力随滑移长度增大而减小,流量随着滑移长度增大而增大,柱塞运动速度最大且滑移长度由1 μm增大到3 μm后,剪应力减小18%,流量增大13.59%;排油阶段柱塞运动速度越大,近柱塞壁面处剪应力和油膜流量与无滑移条件下的差距越小。在滑移长度为1 μm的条件下柱塞泵转速由1 500 r/min增大到4 000 r/min时,近柱塞壁面处的油膜剪应力与无滑移条件下相比降低明显,一个周期内油膜总流量与无滑移条件下相比差距减小。     

液压泵柱塞副油膜热-流耦合特性研究

针对柱塞副油膜超薄、易破坏进而加速柱塞副磨损失效的问题,将黏温-黏压效应考虑在内后,建立了油膜热-流耦合模型。开展了对不同柱塞腔入口油温下柱塞副油膜特性的分析,建立了入口油温与整体油温、油膜厚度之间的关系;使用有限体积法离散雷诺方程和能量方程,结合周期性三对角循环算法对离散方程进行了求解;随后,在一种360°油膜特性试验台上,对柱塞副油膜3个区域内的温度及偏心量进行了测量。研究结果表明:在入口端和出口端,柱塞副油膜温度整体变化较为平缓,但有微小凸峰的存在,在中段整体呈"线性"上升;柱塞副最小油膜厚度随温度上升而变薄,且处于排油区时,变化更为明显;当油温超过45℃时,油膜热平衡被破坏,最小油膜厚度急剧减小。     

微观织构配流副热-流-固耦合润滑特性

通过建立轴向柱塞泵配流副的几何模型,利用雷诺方程推导了配流副的油膜压力方程,采用有限差分法和松弛迭代法求解雷诺方程。利用FORTRAN语言编程求解,利用MATLAB语言对油膜厚度、压力、温度分布进行了仿真研究。结合油膜厚度方程、雷诺方程、能量方程、弹性变形方程、黏温黏压方程和密度温压方程,仿真微观织构配流副的热弹流润滑特性。研究表明：配流副油膜厚度增大,最大油膜压力减小,最高温度值减小;配流副的热-流-固耦合效果随油膜间隙收敛逐渐明显,在最小油膜厚度处达到最大,并且,油膜压力值达到最大;加工微观织构可以显著改变配流副的油膜压力和温度分布。     

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。     

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。     

转速对EHA泵柱塞副柱塞位姿及泄漏量影响仿真分析

斜轴式轴向柱塞泵作为电动静液压作动器（Electro-hydrostatic actuator,EHA）液压系统的重要元件,高转速、高工作压力是实现其小型化、轻量化的重要手段。柱塞副是斜轴式轴向柱塞泵中重要的两对摩擦副之一,对斜轴式轴向柱塞泵的工作状况起着直接影响。随着缸体转动,柱塞在缸体柱塞孔中的位姿朝着各个方向不断变化,柱塞副泄漏量也随之变化。为准确得到高速高压下柱塞副的泄漏量并给出解释,充分考虑柱塞受力情况,通过对离散化的柱塞副油膜雷诺方程和力平衡方程进行迭代求解,使用柱塞端面偏移量来确切描述了柱塞在缸体柱塞孔中的位姿随转速的变化情况,据此给出了柱塞副泄漏量模型,分析了转速变化对柱塞位姿和柱塞副泄漏量的变化的影响。结论为EHA泵的设计提供了适当的理论指导。     

考虑弹性变形的柱塞泵配流副温度特性研究

针对柱塞泵配流副的温度特性问题,建立了柱塞泵配流副的数学模型,在考虑弹性变形情况下,对柱塞泵配流副温度特性进行了研究。运用Fortran和MATLAB软件对数学模型进行了计算仿真,在油膜压力作用下,计算了配流副的弹性变形分布形态,得到了配流副的热弹流分布;对比了不同工况参数下的油膜温度最高值,分析得出了油膜的油液黏度、缸体转速、缸体倾角、初始油膜厚度、密封带宽度等单一参数对油膜温度特性的影响,并与未加入弹性变形的配流副的温度特性进行了比较;最后通过温度测试的实验,验证了该计算结果的正确性。研究结果表明:在两种不同情况下,油液黏度不同时各工况参数对温度的影响趋势保持一致;在考虑弹性变形的情况下,各工况参数对温度的影响程度不同;该结果可对后续柱塞泵配流副热流固耦合这一研究方向提供理论基础和计算依据。     

基于流热固耦合的止推轴承仿真与实验研究

在考虑止推轴承、止推盘和油膜之间流固热多物理场耦合的情况下,建立了止推轴承的模型。考虑瓦块和止推盘受力、受热形变的影响,模拟出了转速在2 000r/min、4 000r/min、6 000r/min和8 000r/min时不同轴向载荷下的平均油膜厚度曲线。通过比较模拟曲线与实际测量曲线[1],得出在低转速下,模拟出的平均油膜厚度与实验所得相当吻合,并得到了油膜的压力分布图、厚度分布图和瓦块的温度云图,为推力轴承的设计以及旋转机械轴位移故障的准确诊断提供理论依据。     

轴向柱塞泵配流副润滑特性分析

配流副润滑特性直接影响柱塞泵的使用性能及工作特性,而油膜承载力是衡量润滑特性的重要指标,为此开展轴向柱塞泵配流副油膜承载力的研究。首先根据柱坐标下雷诺方程(Reynolds)推导配流副楔形油膜压力场模型,其次建立配流副稳态计算模型,借助CFD流场仿真软件分析油膜承载力对配流副润滑特性的重要影响。对比理论模型与仿真结果,验证理论模型的正确性,为轴向柱塞泵的性能优化奠定基础。     

液黏传动摩擦副软启动过程承载特性研究

以刮板输送机可控启动装置液黏传动软启动过程为研究对象,考虑摩擦副表面粗糙度及工作油的离心力,基于平均流量模型求解了油膜厚度及油膜压力的变化规律。基于Greenwood-Tripp接触模型建立了摩擦副粗糙接触压力和转矩方程,利用转矩平衡原理对软启动过程中摩擦副承载特性的时变性进行了分析。结果表明：当启动时间10 s,额定输出转速45 r/min,启动过程遵循S形曲线变化时,油膜厚度按照反S形曲线逐渐减小,并趋于恒定值;油膜压力随时间先增大后减小,且沿径向的分布与启动时间密切相关;摩擦副间压力按照S形曲线增大;负载越大,启动时油膜越薄,摩擦副间压力越大。研究结果为准确地分析摩擦副热特性提供了先决条件,同时也为控制策略的制定奠定了理论基础。     

轴向柱塞泵的空穴流动特性分析与优化

为了解决轴向柱塞泵气穴复杂问题,介绍泵的运动规律,分别建立柱塞腔压力、泵进出口流量和斜盘力矩计算模型,以柱塞腔内压力和出油口流量为基准,采用正交试验、Kriging曲面插值及遗传粒子群算法,对泵中液压油含气量、进油口压力梯度、柱塞转速以及柱塞直径进行优化计算。试验表明：油液中含气量、柱塞转速和柱塞直径对腔内压力和出油口流量的显著性值均小于0.05,当柱塞转速为700 r/min,柱塞直径为8 mm,油液中含气量为3%时,柱塞腔内压力和出油口流量分别为47 991 Pa和2.1 L/min,将优化结果导入AMESim单柱塞泵计算模型中,得到柱塞腔内负压为-29 573.5 Pa,出油口流量2.18 L/min,并无空穴现象发生,两者计算结果吻合程度均在合理范围内,验证了控制算法的优越性。     

考虑空化效应的液黏离合器带排转矩特性分析

为了准确预测液黏离合器内部流场及带排转矩特性,以双圆弧槽摩擦副间隙流场为研究对象,基于流体动力学原理以及牛顿内摩擦定律,建立了考虑空化效应的两相流CFD数学模型,并运用FLUENT软件对流体域进行数值模拟,对比研究空化效应下不同转速、进油压力以及油膜厚度对流场分布、压力分布及带排转矩特性的影响。结果表明,速度分布具有不均匀性,与旋转方向一致的沟槽流体速度较高,且具有导流作用;空化发生在沟槽交叉部位,转速越高,膜厚越大,其空化现象越显著;高压区域发生在入口处,压力随着径向呈现递减趋势,在外径边缘处产生负压效应,承载力随着转速近似线性关系;转速越大,剪切应力提升越明显,当转速ω(1 400~1 600)r/min时,带排转矩随着转速近似线性关系,当达到某一峰值后又缓慢降低;随着油膜厚度减小,带排转矩有所提升,其峰值点对应的速度有所提高。     

正开口配流盘轴向柱塞变量泵输出特性预测

为了准确地预测正开口式斜盘轴向柱塞泵的流动特性,通过对单个柱塞的运动特性、过流面积、密封带、泄漏等重要影响因素进行分析。在此基础上,用MATLAB编程建立柱塞以及柱塞泵的流动特性方程,并且绘制过流面积曲线和密封带曲线。在输入结构参数后对柱塞泵流动特性进行仿真和分析,得到在不同转速以及压力条件下的泵的输出流量特性。通过比较分析可知,配流副之间的泄漏、滑靴副之间的泄漏、柱塞副之间的泄漏和三角槽的流量损失是影响柱塞泵容积效率的关键因素。当柱塞泵的出口压力增大时,泵的输出流量会有略微的下降,流量不均匀系数增加,容积效率下降,主要原因是由于出油口压力的增大使得摩擦副之间的泄漏量以及三角槽损失的流量增加。     

基于摩擦配副变形的轴向柱塞泵配流副流固热耦合影响因素分析

通过考虑轴向柱塞泵配流盘摩擦配副的缸体和配流盘耦合变形,建立了配流副的热流固多场耦合仿真分析模型。用有限元法求解模型中的柱塞流道压力场和温度场以及配副耦合热变形,其结果能够可视化地实时观测在整泵运动过程中两配副表面不同的温度和变形动态分布过程,从而揭示出多因素对其表面油液润滑特性的影响规律,并指出各因素的影响的权重。结果表明：配流副油液的压力和温度与配副两表面的热弹性变形量的具有耦合交互影响,在轴向柱塞泵的配流副高压压油区,由于压力较大,此区域结构变形和温度分布较大。不同工况条件下,压力和转速的提高,会导致结构的应力变形和温度分布成正相比。压力对变形和温度的影响权重均大于60%,明显大于速度的影响,压力对其起着决定性作用。