水压滑靴副的动静压混合润滑特性研究

水压柱塞泵多腔独立支承滑靴副比普通滑靴副的抗倾覆能力更强,具有更好的润滑特性。利用动静压混合润滑效应和增加径向泄漏阻尼的方法提高滑靴的抗倾覆能力。设计了三腔独立阶梯浅腔和带径向泄流的三腔独立支承的新结构水压滑靴副,应用CFD软件分析了其压力分布等流场特性及抗倾覆刚度,结果表明该滑靴副抗倾覆能力较普通滑靴副和阶梯全浅腔滑靴副等要强。     

水压三腔独立支承滑靴副的抗倾覆特性研究

普通水压滑靴的抗倾覆能力较差,在工作过程中极易出现倾斜现象,一旦和斜盘发生直接固体接触,将产生严重的磨损.提出采用三腔独立静压支承结构提高滑靴的抗倾覆能力,通过CFD仿真计算研究滑靴处于不同倾斜姿态时的流场特性.结果表明,三腔支承结构在各种工况下均具有较好的抗倾覆能力,同时对该结构滑靴的抗倾覆能力进行试验验证.     

水压轴向柱塞泵滑靴静压支承分析与计算

如果设计不合理，水的低粘度将使得水压泵滑靴静压支承的泄漏流量极其严重，导致滑靴几乎不能正常工作，于是对其设计计算提出了新的要求，利用滑靴支承面与柱塞头之间的短节流小孔来补偿细长阻尼孔的节流作用，对滑靴结构参数和性能参数进行了详细的分析与计算，为滑靴的设计提供了一定的参考依据，讨论了温度对支承性能的影响。     

水压柱塞摩擦副的润滑特性研究

基于静压支承的思想，提出双阻尼效应柱塞副来提高其抗卡紧能力。该结构在柱塞的圆周表面上设置了几组支承腔室和阻尼小孔，构成的静压支承结构具有间隙中压力可随间隙变化的调节刚度，保证间隙大小的均匀性，避免卡紧。对双阻尼效应柱塞副进行了抗卡紧特性的理论推导和计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）研究。同时，综合考虑了水的流动惯性和表面粗糙度的影响，研究了水压柱塞副的泄漏特性，并进行了样机试验，对两种柱塞副结构的润滑特性进行了对比分析。     

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.     

纯水液压柱塞泵滑靴副的设计问题

结合试验，分析了纯水液压泵滑靴副泄漏发生的机理，发现压紧系数是影响纯水液压泵容积效率的主要因素之一，在设计中宜取偏小值或考虑采用静压支承结构。给出了考虑柱塞副摩擦和柱塞滑靴副惯性影响的压紧系数计算方法。     

水压轴向柱塞泵滑靴静压支承中的惯性影响

在油压轴向柱塞泵的滑靴静压支承设计中,通常忽略Navier-Stockes方程中的惯性项,这是因为它较粘性项小得多,对计算结果的影响不大.然而,在水压轴向柱塞泵的研究中,由于水的粘度比油的粘度小得多,因此,惯性项就起着较大的作用.研究了水的流动惯性对支承间隙中的压力及流速分布的影响,从而对水压静压支承设计进行修正,得出更加合理的结果.     

一种新型滑靴静压支承在水压马达中的应用研究

针对水压传动的新特点 ,研制了一种新的同心圆缝型滑靴静压支承。分析了这种静压支承的工作原理和基本特性 ,介绍了一个设计实例和台架试验。试验表明 ,采用静压平衡法设计的同心圆缝阻尼型静压支承结构滑靴比采用剩余压紧力法设计的滑靴底部的磨损量小 ,接触比压小。这说明同心圆缝型滑靴静压支承结构特别适合水压马达     

水压轴向柱塞泵的阶梯浅腔滑靴

为了改善水压轴向柱寒泵滑靴的静压支承性能，提出了一种利用动静压混合润滑的阶梯浅腔滑靴结构，并就其结构尺寸和支承性能与普通的滑靴结构型式进行了比较和相应的计算，发现其支承性能有所提高。     

静压支承式滑靴副油膜动态特性研究

考虑斜盘式轴向柱塞泵滑靴副油膜的挤压效应,不考虑滑靴倾覆,分析了滑靴副润滑油膜的动态特性,包括压力跃变响应与实泵输入响应,并分析了滑靴副结构参数对于油膜动态响应的影响。分析结果表明,减小滑靴中心油室的体积,有利于改善油膜动态响应品质,但油室体积不能过小;为兼顾滑靴副动态润滑特性与泄漏量,需要合理设计阻尼管的液阻;在保证建立油膜的情况下,缝隙阻尼的有效支承面积越小,滑靴副动态油膜的润滑品质越好。实泵输入动态响应中,在高低压区工作时,油膜的压力变化虽然较大,但静压支承式滑靴膜厚的波动范围很小。     

水压元件柱塞摩擦副的抗卡紧研究

针对水润滑普通间隙密封柱塞副在工作过程中出现的卡紧现象,提出了基于静压支撑的双阻尼效应柱塞副,并对其抗卡紧特性和流量特性进行了分析。结果表明:水的流动惯性和表面粗糙度的共同作用使得间隙摩擦副流场内可能产生局部紊流或整体紊流,计算时不能采用层流模型,需考虑惯性和表面粗糙度效应;提出的双阻尼效应柱塞副具有一定的抗卡紧能力,能实现柱塞的自动对中和平衡,防止卡紧,减小启动摩擦力;双阻尼效应柱塞副比同等密封长度的普通柱塞副的泄漏流量更小。     

水压摩擦副中的压力与流量特性

水的低粘度使得水压润滑间隙中的惯性力与粘性力几乎处于同一数量级,因此研究摩擦副的润滑特性时,不能忽略惯性力的影响。惯性力的作用可能改变间隙流场的局部甚至全局流态,从层流变为紊流,因此应用经典润滑理论所得的计算结果将产生太大的误差。采用CFD方法从N-S方程出发对水压摩擦副中压力与流量特性的惯性影响和表面粗糙度效应进行了研究,并与经典润滑理论结果进行了对比,发现表面粗糙度和惯性力对润滑间隙中的压力和流量特性均有一定的影响。其中,惯性力对端面摩擦副中的压力分布具有一定的影响,对端面副和径向副的泄漏流量均有影响,并且惯性力使得表面粗糙度对流场流态的影响得以体现,因此以N-S方程而不是雷诺方程为模型所得的计算结果更加准确。     

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.     

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。     

LUBRICATION FILM FORMATION MECHANISM OF SLIPPER PAIRS IN LOW SPEED HIGH TORQUE HYDRAULIC MOTORS

Pressure-flow analytical formulas of lubrication film of slipper pairs on camshaft connect- ing rod type low speed high torque (LSHT) hydraulic motors are put forward. The bottom surface of slipper pairs is rectangle, and the effect of squeeze flow and pressure differential flow is considered. The dynamic process of lubrication film formation through squeezing is numerically studied by com- puter simulation. Effects of supply pressure, initial lubrication film thickness, velocity damping coef- ficient, loading impact and gravity, etc are studied. Advantages of novel slipper pairs with large oil cavity area are pointed out.     

轴向柱塞泵摩擦副润滑膜性能动态试验系统分析

为了进行供油压力高、输出流量大的轴向柱塞泵配流副、滑靴副等关键摩擦副润滑膜性能试验,基于试验供油油路与加载油路分离原则,研制了轴向柱塞泵摩擦副润滑性能试验系统。论述了轴向柱塞泵摩擦副润滑特性研究的必要性及目前试验研究存在的主要问题,根据润滑理论模型分析了试验研究的主要内容,针对其难点提出了基于精密位置反馈的新型电液控制润滑膜动态试验系统组成、特点及关键技术等。通过在研制的试验系统上进行实际的油膜平衡、密封带多点膜厚实测及泄漏流量与膜厚等试验的数据分析表明,该试验系统稳定、可靠,能够完成预期设计的试验对系统的要求,亦可开展相关摩擦副润滑特性试验研究。     

等离子喷涂陶瓷水压元件磨损特性的试验研究

一般金属材料不能满足水压传动元件的耐蚀耐磨要求 ,在不锈钢表面通过等离子喷涂工程陶瓷可以使摩擦副元件同时具有金属的韧性和陶瓷的耐磨性。在自制的柱塞滑靴副摩擦磨损试验台上 ,对表面分别喷涂 AL2 O3·13% Ti O2 、Cr2 O3· 5 Si O2 · 3Ti O2 、AL2 O3· 4 0 % Ti O2 、Zr O2 · Mg O的斜盘与工程塑料配对做了磨损试验 ,表明Cr2 O3· 5 Si O2 · 3Ti O2 、Zr O2 · Mg O具有较好的摩擦磨损特性。     

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。     

超高压斜盘式轴向柱塞泵柱塞副摩擦界面油膜固液耦合作用特性研究

作为液压传动系统核心动力元件的轴向柱塞泵,超高压化是其必然发展趋势与要求,然而超高压化会造成其中关键的柱塞副摩擦界面油膜形成显著的固液耦合作用,对柱塞副油膜的摩擦润滑与密封承载性能产生规律尚不明确的影响。为此,建立一种基于变形矩阵法的固液耦合作用求解方法,该方法基于有限容积法解算油膜流体润滑方程,基于有限元法实现摩擦界面变形计算节点规则化设置及变形矩阵精准计算,在此基础上建立柱塞副油膜弹性流体动压润滑数值计算模型,针对采用软硬配对的柱塞副63 MPa超高压工况下的摩擦界面油膜固液耦合作用特性进行研究,结果表明：固液耦合作用有助于减小柱塞副处轴向黏性摩擦力和泄漏流量,一个周期内柱塞副总周向黏性摩擦力大小基本不变但分布更为集中,导致产生了更大峰值的瞬时摩擦力;显著的结构变形产生于柱塞副摩擦界面两端局部位置处,因而对泄漏流量不造成影响,在超高压工况下经过软硬配对跑合,固液耦合作用有助于原本标准柱形铜套孔形成类似“喇叭口”的一种微观形貌,增大了柱塞与铜套孔的接触面积,增强了密封超高压油的能力,降低了接触应力。建立的模型及研究结果可为轴向柱塞泵超高压化设计提供指导。