三用阀阀芯微造型的动压润滑性能#br#

以煤矿三用阀中的安全阀阀芯的密封面为研究对象,通过在阀芯表面开设微造型以改善其润滑及抗磨损性能。建立阀芯微造型的数学模型,采用基于N S方程的计算流体力学方法对微造型区域进行流场分析。通过得到不同结构参数及速度参数下的阀芯表面压力分布曲线及阀芯承载力曲线,探究在阀芯表面开设微造型对改善其动压润滑性能的影响效果。分析结果表明：在水压三用阀阀芯表面开设的微造型能产生良好的动压润滑效果;动压润滑性能随壁面间隙的增大,先略有下降然后再逐渐增强;随微造型深度的加深,先提高而后再逐渐下降;而不断增大微造型半径及壁面移动速度均能使动压润滑性能不断提升。     

煤矿水压安全阀微造型阀芯润滑性能正交试验分析

以煤矿水压安全阀阀芯为研究对象,通过在阀芯表面设置微造型以改善其润滑特性。采用正交试验方法,选取L₁₆(4⁵)标准正交表,设计出16种试验方案,考虑微造型深度、微造型半径、摩擦副间隙、阀芯运动速度和微造型形貌5个因素对微造型阀芯润滑特性的影响。建立微造型阀芯CFD模型,分析阀芯表面压力分布和承载力特性,研究微造型参数对微造型阀芯润滑性能的影响,并确定微造型最优模型。结果表明:阀芯表面微造型能产生动压润滑效果,有助于改善阀芯摩擦磨损问题;由极差分析可知影响微造型阀芯承载力的因素由主到次依次是微造型深度、微造型半径、微造型形貌、摩擦副间隙和阀芯运动速度。由正交试验得出的优选方案比原试验方案的承载力提高22%。     

阀芯微造型动压承载力的交互试验分析

以水压三用阀阀芯为研究对象,通过在阀芯表面加工微造型以改善其润滑和抗磨性能。采用CFD方法建立阀芯微造型的动压润滑模型,研究阀芯表面的压力分布和承载力特性,然后选择L27(35)交互试验表,开展动压承载力的交互试验分析,研究分析液膜厚度、微造型深度、半径、形貌、阀芯移动速度以及液膜厚度与微造型深度、半径之间的交互作用对阀芯承载力的影响,并确定最优模型。结果表明:在阀芯表面设置微造型能够在阀芯与阀套之间产生承载力,各因素中对液膜承载力的影响由强至弱依次是液膜厚度、阀芯移动速度、微造型半径、形貌以及深度,最终分析得到的最优模型A3B3C3D1E3,比方案中的最大承载力提高了14.5%。     

基于CFD活塞环表面凹腔微造型动压润滑性能研究

采用基于N-S方程的CFD方法,将缸套-活塞环摩擦副简化为平面滑动摩擦副,忽略次要因素建立三维表面凹腔微造型动压润滑模型,分析凹腔面积占有率、凹腔深度、凹腔半径变化分别对举升力的影响。研究表明:平面滑动摩擦副表面凹腔微造型可以产生动压润滑效应;当面积占有率为12%～20%,凹腔深度为5～10μm,凹腔半径为90～120μm时动压润滑性能较好。     

基于N-S方程的微造型表面动压润滑性能的分析研究

根据微造型的几何模型特点,基于N-S方程研究了微造型表面的动压润滑性能,并与基于雷诺方程求解的微造型表面的动压润滑性能进行了比较。结果表明:合适的微造型可以产生动压效果;通过比较N-S方程和雷诺方程求解动压润滑的差异,发现惯性力将对微造型的动压效果产生显著的影响,在微造型表面惯性力的影响是不可以忽略的;微造型的几何参数对润滑性能存在着很大的影响。     

微造型阀芯摩擦副的动压承载及润滑特性

以水液压滑阀的阀芯摩擦副为研究对象,通过在阀芯表面设计微造型结构以改善其动压承载和润滑性能。采用基于N-S方程的CFD方法分析微造型阀芯摩擦副的流场,得到微造型阀芯表面的压力分布曲线、承载力曲线以及摩擦力曲线,研究阀芯叠合量大于2.5 mm时,叠合量的大小对微造型阀芯摩擦副动压承载及润滑性能的影响。研究结果表明:光滑阀芯的表面无动压润滑效果,而微造型阀芯的表面可产生油膜动压支撑;且随着阀芯叠合量的减小,微造型阀芯表面的承载力值呈上升趋势,从而使阀芯和阀套间摩擦副的接触摩擦力减小。     

液压缸活塞表面微织构动压润滑性能分析

以织构化间隙密封液压缸为研究背景,利用平均雷诺方程对缸筒与活塞的配合处微织构流场进行数学建模,采用有限差分法对平均雷诺方程进行离散,分别对织构形貌为球缺面、圆柱面、圆锥面、抛物面、六面体和正方体进行数值模拟,获得最优微织构形貌,同时探讨了表面粗糙度,表面方向参数和面积占有率对表面摩擦因数的影响。结果表明:六种不同形貌的微织构均能在活塞表面产生动压润滑效果,圆柱形微织构表面动压润滑性能最好;粗糙表面的粗糙峰在运动过程中能够形成动压承载力,圆柱形表面的摩擦因数随粗糙度的增加而增加,微织构的摩擦因数随表面方向参数的增加而减小,随着面积占有率的增加而减小。     

激光微造型表面固体润滑性能研究

采用声光调Q二极管泵浦固体光源(DPSS)Nd:YAG激光器,在45#钢试样表面进行表面微造型加工。以聚酰亚胺(PI)和二硫化钼(MoS2)复合固体润滑材料作为固体润滑剂,通过两步加温固化黏结工艺成功制备微造型固体润滑试样。在MMW-1A型摩擦磨损试验机上进行光滑无润滑试样、光滑表面固体润滑试样和微造型固体润滑试样的摩擦性能对比试验,以及微造型固体润滑试样在不同转速和压力下的摩擦性能试验。结果表明,在经过激光加工的微凹坑中填充复合固体润滑材料的试样,在摩擦过程中微凹坑中填充的固体润滑材料能有效转移到在摩擦表面,补充消耗掉的润滑材料,因而表现出更好的摩擦学性能。     

分形表面的微织构对动压润滑性能的影响

在分析分形表面形貌和人工织构对弹流润滑影响的基础上,建立关联表面分形特性的织构润滑模型。通过数值计算方法分析润滑模型中压力流量因子与表面分形维数及表面织构参数之间关系。计算结果表明:在一定分形维数下,平均流量模型结果适用于没有织构的各向同性分形表面;在同一分形维数下,压力流量因子随着织构参数凹腔深度的增加而增大,随着凹腔半径的增加而减小;在同一织构参数下,压力流量因子随分形维数的增加先增加后趋于稳定。     

正弦状非对称织构的动压润滑性能

为研究正弦状非对称织构表面的动压润滑性能,对单个织构建模,设置周期性边界,运用CFD软件FLUENT计算仿真并分析。选取非对称型织构与对称型凹坑进行对比,求解织构表面对油膜的压力,雷诺数变化,织构上表面的运动方向变化对非对称织构承载力的影响。结果表明:对称织构在往复运动中表现出相同的动压性能,非对称型织构上表面运动方向相反时的动压润滑性能相差较大,且在某一运动方向上比单一织构表现出更大的承载力。织构承载力与壁面运动速度在一定范围内成线性关系。     

压裂泵滑动轴承流体动压润滑性能研究

压裂泵的十字头滑履与导板间隙、供油流量和油压等关键参数,目前主要通过工程经验进行调节,缺乏科学依据,易致导板磨损和烧瓦,严重影响压裂泵服役寿命。针对以上问题,建立3500HP压裂泵的轴瓦、轴承间隙及润滑油组成的流体力学系统,利用计算流体力学软件Fluent进行滑动轴承的流场分析,考察润滑油黏度、轴瓦间隙、润滑流量、润滑油压对压裂泵用滑动轴承的影响。结果表明：随着滑履与导板间隙的减小,导板的形变与应力会增大,最优导板间隙为0.5 mm左右;增大供油流量会使导板的形变与应力降低,供油流量最好不低于2.2 L/min;增大供油黏度会使导板的形变与应力变大,在0.2~0.4 Pa·s范围内供油黏度越小越好;随着供油油压的增大,导板的形变与应力增加显著,当油压大于4 MPa时,导板的应变与应力呈现指数级增大,当供油油压为3 MPa时,导板的形变与应力达到最小值。     

液压缸活塞表面菱形织构的动压润滑性能

基于间隙密封液压缸活塞表面菱形凹坑形貌,建立单个三维菱形织构的动压润滑模型及流体力学控制方程;应用流体力学软件FLUENT,采用超松弛迭代法对该织构的表面的动压润滑性能进行数值模拟分析。求解活塞在运动时的菱形凹坑表面对油膜压力和承载力的影响。结果表明:在液压缸活塞表面加工菱形织构,能够对油膜产生附加承载力,改善活塞表面润滑性能;在菱形织构无量纲深度e保持一定时,存在最优面积比为20%。在同一面积比情况下,无量纲深度e在0.012~0.018之间最优,且存在最优角度在(60~75)°之间。     

凹槽织构流体动压润滑性能的CFD研究

采用基于N-S方程的CFD方法,探究了不同截面形状和凹槽承载力的关系,以及织构面积率、速度和凹槽深度对承载能力的影响。结果表明:方形截面形状凹槽的承载能力最好,三角形的最差;滑动速度对承载能力有很大的影响;随着织构面积率的增加,承载力呈现了先增大、后减小、再增大的过程;当织构深度和摩擦副间距大小相当时,凹槽承载力最优。     

楔形织构对流体动压润滑性能的影响

采用基于N-S方程的CFD方法对流体动压润滑状态下的表面织构进行数值模拟,分析了不同几何参数下楔形结构对表面织构动压性能的影响。结果表明：几何参数对织构的动压性能有着显著影响,对称及楔形收敛织构的动压性能随深度比的增大呈先增大后减小趋势,随面积率的增大而增大;而相反的楔形结构使织构表现出相反的动压性能,因此当深度比增大到一定程度后,楔形发散织构表现出较楔形收敛织构更优的动压性能。此外通过正交模拟得出,相同工况下,对织构动压性能影响的主次因素依次为表面形状>面积率>截面形状>深度比,对负压幅值影响的主次因素依次为深度比>截面形状>表面形状>面积率,为织构的设计优化提供参考。     

横向表面凹槽对流体动压润滑性能的影响

利用研究组自制的面接触润滑油膜测量装置,主要针对横向表面凹槽,利用多光束干涉原理测量不同卷吸速度下的油膜厚度,以揭示横向表面凹槽对油膜厚度的影响,并将试验数据和数值分析结果进行对比分析,结果表明:在平行条件下,只有阶梯滑块才能够测得有效的承载膜厚;试验和理论验证了平行间隙条件下,表面织构中的群集效应优于单体效应这一观点。     

线接触摩擦副织构化表面动压润滑性能

为研究线接触摩擦副织构化表面动压润滑性能,建立其理论模型,并运用多重网格法进行数值分析,探讨工况参数(载荷、转速)和微织构参数(面积占有率、深径比)对表面油膜压力的影响;在MMW-1A摩擦磨损试验机上研究微织构面积占有率与摩擦因数的关系。结果表明,线接触条件下微织构化表面的油膜平均压力随着载荷和转速的增大而增大,随着微织构面积占有率的增大而先增大后减小,随着深径比的增大而减小;而摩擦因数随着微织构面积占有率的增大而先减小后增大再减小;存在最优的微织构面积占有率,使得油膜平均压力最大和摩擦因数最小。试验结果较好地验证了数值模拟结果,表明线接触摩擦副织构化表面具有较好的减摩特性。     

结构和工况参数对动压滑动轴承润滑性能影响的研究

在动压滑动轴承润滑分析基础上,应用正交试验设计法,研究结构参数(轴承直径、宽径比和间隙比)和工况参数(线速度和比压)对动压滑动轴承润滑性能的影响。结果表明:线速度和比压对轴承最大油膜压力影响显著,比压和轴承直径对轴承承载力影响显著,轴承直径和线速度对轴承端泄流量影响显著;低黏度润滑剂下线速度对轴承摩擦功耗影响最为显著,高黏度润滑剂下间隙比、比压和轴承直径对轴承摩擦功耗影响变大。     

不同类型织构的动压润滑性能评价方法及实验验证

基于雷诺方程建立牛顿流体润滑条件下单一织构表面动压润滑理论模型,求解不同类型织构表面动压润滑性能,计算织构表面偏态和峰值,从偏态和峰值角度分析织构类型对动压润滑性能的影响;开展压裂泵模拟工况下柱塞-密封橡胶摩擦副单元摩擦学实验,研究不同织构类型对柱塞密封副摩擦磨损性能的影响。实验结果验证基于偏态和峰值分析织构类型对动压润滑性能影响的合理性。仿真结果表明,相同条件下,对于不同类型表面织构,表面偏态越小、峰值越大,其动压润滑性能越好;研究的3种织构中,圆形织构表面动压润滑性能最优,其次分别为椭圆织构表面和条形织构表面。与仿真结果类似,实验研究表明,圆形织构润滑减磨性能最优,其次为椭圆织构、条形织构。     

润滑油水侵对动压可倾瓦推力轴承润滑性能的影响*

针对核主泵、船用轴系等特定工况下推力轴承润滑油的进水问题,以46润滑油和68润滑油为例研究润滑油水侵对推力轴承润滑性能的影响。通过黏度测试获得润滑油中水分质量分数为0、0.5%、1.0%时的运动黏度,采用黏温曲线对润滑油含水前后的动力黏度进行表征。将润滑油的黏温关系代入推力轴承的润滑计算当中,获得不同含水量下轴承的最小油膜厚度、温升、流量及功耗等静态特性参数,并分析含水量对推力轴承起飞转速的影响。研究结果表明：润滑油含水后对最小油膜厚度和功耗影响较大,对温升和流量影响较小;随着润滑油含水量的增加最小油膜厚度和功耗均降低,而温升增大,流量减小;使用2种润滑油在不含水和水分质量分数为0.5%时的起飞转速都在50 r/min以下,水分质量分数为1.0%时起飞转速都在50 r/min以上,表明随着含水量的增加起飞转速增大。     

激光微织构表面脂润滑性能试验研究

采用声光调 Q 二极管泵浦固体光源（DPSS）Nd∶YAG 激光器,在45＃钢试样表面进行激光微织构加工,采用 VYKO-NT1100三维形貌分析仪对微观织构形貌进行测量。以二硫化钼润滑脂为润滑剂,在 MMW-1A 型摩擦磨损试验机上进行微织构试样和光滑试样在不同工况条件下的摩擦性能对比试验。试验结果表明,在一定条件下,面积占有率为14％的微凹腔织构表面的脂润滑性能明显优于未织构光滑表面,且随着微凹腔面积占有率的增大,摩擦因数波动范围变小;凹槽织构表面较未织构光滑表面具有更好的润滑稳定性;在脂润滑条件下,激光微织构表面较未织构光滑表面摩擦因数最大可降低26％。