高压轴向柱塞泵滑靴副性能测试液压系统的研究

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。     

表面微坑对高压轴向柱塞泵滑靴副油膜性能的影响

高压轴向柱塞泵滑靴副在油润滑条件下工作,零件的表面结构对接触面油膜性能有重要影响。选择锥形、圆柱形、方形3种不同形貌微坑开设于滑靴底部,探讨在高速高压工况下,当滑靴表面微坑形貌参数改变时,油膜承载能力及温升的变化规律。基于滑靴副静压润滑原理,利用有限元分析方法,研究在相同工况下,微坑形貌、面积率及深径比对35 MPa高压轴向柱塞泵滑靴副油膜压力与温度变化的影响。结果表明:锥形截面油膜承载能力最佳,在一定范围内,接触面平均压力随深径比的增加明显增大;方形表面在面积率小、深径比大时具有最小温升;合理倾斜微坑底面,优化表面形状,选择较大的深径比,能获得良好的油膜性能。     

滑靴底面结构对轴向柱塞泵滑靴副油膜性能影响的数值分析

轴向柱塞泵滑靴的底面结构直接影响滑靴副的油膜性能,为了摸索出一种适合于35 MPa高压轴向柱塞泵的滑靴结构,在分析滑靴副油膜压力调节原理的基础上,利用ANSYS软件的FLUENT模块,分别对具有内辅助支承面(简称为"一环结构")及具有内、外辅助支承面(包括"二环连通结构"和"二环不连通结构")底面结构的滑靴对油膜性能的影响进行数值分析。分析结果表明,"二环连通结构"滑靴的性能最差,而"二环不连通结构"的滑靴的综合性能最优,是研制35 MPa高压轴向柱塞泵的首选结构。但"二环不连通结构"的滑靴由于"一环"和"二环"间的外支承面属于高温区,且在密封带到边缘之间的坡度槽处压力损失过大,需进一步优化设计。     

材料匹配对高压轴向柱塞泵滑靴副干摩擦性能影响的研究

高压轴向柱塞泵滑靴副在高速、高压条件下工作,当接触面油膜失效时,转化为干摩擦,导致磨损严重。零件的材料匹配对滑靴副的抗磨损性能有着重要的影响。通过有限元分析法,对不同材料匹配,但工况相同的35MPa高压轴向柱塞泵滑靴副接触面进行了应力和温度分析。研究表明:选择合适弹性模量、密度小、泊松比小的滑靴材料与泊松比小,弹性模量大的斜盘材料匹配时,能获得良好的接触应力分布;选择密度、比热及导热率较大的斜盘材料对改善滑靴底部温升有显著作用。     

35MPa高压轴向柱塞泵配流副油膜性能数值分析

为了揭示高压轴向柱塞泵配流副油膜的性能,建立了35MPa高压轴向柱塞泵配流副的三维仿真模型.基于此模型,运用了滑移网格技术和动网格技术对柱塞泵配流副流场进行了CFD数值仿真,得到了可视化的配流副油膜的压力场、速度场和温度场,并监测到不同时刻的压力及温度的变化规律以及排油腔油液的泄漏和流量倒灌的情况,这些结果为高压轴向变量柱塞泵配流副结构的优化设计提供了思路,从而为35MPa高压轴向柱塞泵的国产化提供了可供参考的资料。     

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。     

静压支承球铰副动态仿真研究

建立了基于静压支承设计的球铰副和滑靴副油膜运动数学模型,运用计算机进行了动态仿真,并对仿真结果进行了较为深入的分析,为设计高速高压轴向柱塞泵奠定了一定的理论基础。     

基于动压效应的柱塞泵滑靴副润滑特性仿真分析

针对柱塞泵滑靴副的润滑问题,考虑动压效应给出了滑靴副润滑特性的数值求解方法,并基于该方法对其润滑特性进行了仿真分析。以某型柱塞泵滑靴副为研究对象,在动压效应分析基础上给出滑靴副润滑特性求解方法,实现油膜压力和油膜厚度的计算;其次,进行动压效应的数值仿真计算,验证了求解方法的有效性;最后,基于该方法进行了动压效应、油膜压力分布影响因素等仿真分析。结果表明:滑靴副油膜承受了静压、动压混合的支承力,动压效应不可忽视。另外,中心油膜厚度和滑靴最大倾斜角是油膜动压效应的主要影响因素。所得出的结论对高性能柱塞泵的设计及仿真研究具有一定的工程实践意义。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

基于全空化模型的高压柱塞泵配流盘空化研究

空化是影响轴向柱塞泵性能的主要因素之一, 将引起轴向柱塞泵的内部冲击和噪声, 甚至失效等问题。采用Pumplinx建立轴向柱塞泵内部流体域动态模型, 仿真分析了轴向柱塞泵配流盘吸油口卸荷槽和腰型槽内部流场速度、压力及空泡随时间的变化规律。研究结果表明, 空化不仅影响配流盘卸荷槽的高低压过渡区, 而且对配流盘吸油口侧的腰型槽内壁同样会产生严重影响。通过对比斜盘轴向柱塞泵在35 MPa全排量工况下, 耐久性试验过程中出现的配流盘吸油口腰型槽内壁表面金属剥蚀区域, 验证了仿真结果的准确性。     

考虑油液黏压特性的高压航空液压泵柱塞副泄漏模型研究

 提高机载液压系统压力可以提高液压系统功率密度,但是随着航空液压泵转速增大和压力增高,关键摩擦副之一的柱塞副磨损加剧,泄漏量增大。提出了一种考虑油液黏压特性的高压航空液压泵柱塞副泄漏量模型。结合Barus液压油液黏压公式,在经典泄漏量公式的基础上进行一定程度的补充和修正,以便更精确的计算高压航空液压泵柱塞副各种磨损程度下的泄漏量。仿真结果表明,系统压力达到35 MPa,黏度变化导致的泄漏量变化不可忽略。     

考虑黏-温特性对柱塞泵空化射流的影响

黏度是液压油的基本属性之一,其值对温度变化非常敏感,而温度又是影响油液发生空化的直接因素之一,因此为研究油液的实时黏-温特性对轴向柱塞泵空化效应的影响,利用流体仿真分析软件PumpLinx建立了包括湍流模型、全空化模型等条件在内的轴向柱塞泵动态CFD模型;并在考虑配流副间隙、柱塞副间隙和滑靴副间隙基础上,通过分析对比黏...     

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.     

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。