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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

径向柱塞泵滑靴副的流场及泄漏量分析

滑靴副是径向柱塞泵中的重要摩擦副。应用Fluent软件对径向柱塞泵滑靴副进行流场仿真模拟,研究液压油在滑靴副流道中的流动特性,确认液压油在油腔中心有局部压力突变现象,会造成滑靴副在运动过程中产生振动和噪声,造成能量损失,并产生大量热量,在长时间工作后出现胶合现象。同时应用Fluent软件的仿真计算功能,计算油膜在标准和非标准工作压力下的泄漏量,确认在相同条件下泄漏量随着入口压力的增大而增大,为后续研究径向柱塞泵的容积效率提供参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于CFD的轴向柱塞泵滑靴副的流场仿真

在斜盘式轴向柱塞泵中,滑靴副是主要的摩擦副之一。对滑靴副油膜的形成和流动状况的研究,对于改善其偏磨、烧盘等现象,增加使用寿命,减小泄漏量,提高泵的整体性能有着重要的意义。利用CFD技术对滑靴副流场进行模拟分析,得出压力分布,与通过静压平衡理论公式的计算结果对比,通过仿真结果定量直观地分析了造成磨损的原因,同时说明油膜了在滑靴副中的重要作用。分析表明,滑靴副的结构及其油膜的作用是减小磨损的重要方面。运用Fluent模拟仿真的结果和理论公式计算得出的结果基本吻合,说明Fluent仿真的可行性。     

强冲击载荷对滑靴副磨损过程承载特性的影响

超负荷加载运行是使液压泵寿命加速退化的常用方法,强冲击载荷是其中一种有效的加载形式,为研究强冲击载荷作用下滑靴副磨损过程的承载特性变化规律及液压泵寿命退化机制,考虑滑靴沿斜盘表面的倾覆,建立滑靴副正常状态的承载特性方程;通过确定冲击载荷作用产生磨损的条件,定义滑靴底面磨损轮廓结构参数,推导滑靴副在强冲击载荷作用下磨损过程的油膜承载特性方程,探索强冲击载荷对油膜压力分布、油膜厚度分布以及抗冲击载荷参数的影响。分析结果表明:随着强冲击载荷和冲击次数的增加,最小油膜厚度均有减小的趋势;而随着强冲击载荷冲击次数的增加,滑靴磨损量将逐步增大,在磨损轮廓处油膜厚度将逐渐减小,油膜压力将逐渐降低;密封带宽度将逐渐变窄,抗冲击载荷能力将逐渐变弱且磨损程度愈发严重。     

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。     

磨损轮廓与弹性变形对滑靴动态特性的影响

考虑滑靴的倾斜与底面实际磨损轮廓,结合滑靴实际受力状况,建立描述滑靴微观运动的动力学方程,对滑靴的刚度分布特性进行研究从而引入底面流体压力所导致的结构弹性变形所带来的影响.联立动力学方程、瞬态二维雷诺方程、油膜描述方程,弹性变形方程,油室压力控制方程,实现滑靴动力学特性与摩擦特性的耦合求解,获得整个工作周期内滑靴的微观运动状态,实现滑靴副润滑特性的精确计算.探讨微观磨损几何、滑靴底面的流固耦合效应对滑靴动态油膜特性的影响.分析结果表明,一定的磨损轮廓与弹性变形均可以保证滑靴承载特性的稳定性,较大的磨损轮廓会降低滑靴的承载力并使滑靴最小膜厚降低;当滑靴位于低压吸入区时,具有表面磨损轮廓的滑靴会出现很大的倾斜现象;磨损轮廓与弹性变形对滑靴的摩擦转矩特性也存在一定的影响.     

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。     

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。