發(fā)布時間：2020-07-09 23:29

【摘要】：軸向柱塞泵作為高性能容積式液壓泵的代表,廣泛應用于工程機械、航空液壓系統(tǒng)和伺服液壓系統(tǒng)中。隨著液壓系統(tǒng)向著高壓高速化方向發(fā)展,對于軸向柱塞泵其內(nèi)部摩擦副的性能、壽命要求越來越高。各摩擦副內(nèi)流場、結(jié)構(gòu)場和熱場等物理場之間的耦合關(guān)系也越來越重要,傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗公式和反復試驗的柱塞泵設計方法已經(jīng)不再適用于高性能軸向柱塞泵的設計和開發(fā)。柱塞副作為柱塞泵內(nèi)傳遞動力、密封的關(guān)鍵摩擦副,處于復雜的受力和運動狀態(tài)。研究柱塞副油膜的潤滑機理,分析柱塞副各結(jié)構(gòu)參數(shù)對柱塞副性能影響,是柱塞副優(yōu)化設計的基礎,具有重要的學術(shù)研究價值和工程應用背景。本文提出了軸向柱塞泵柱塞副油膜流固熱耦合模型的算法,從柱塞副微動狀態(tài)的數(shù)學描述出發(fā),推導出適用于柱塞副的油膜雷諾方程。通過柱塞內(nèi)外截面中心的偏心量來定義柱塞微運動。在數(shù)值模型中加入了柱塞力平衡分析,并通過柱塞微運動的擠壓速度迭代求解來達成力平衡。計算柱塞和缸體孔表面的變形影響矩陣,建立柱塞副油膜流體網(wǎng)格和柱塞、缸體表面結(jié)構(gòu)場網(wǎng)格的動態(tài)鏈接,實現(xiàn)流場和結(jié)構(gòu)場數(shù)據(jù)傳遞。研究了缸體和柱塞在溫度穩(wěn)定狀態(tài)下的熱變形量,并將變形量輸入到數(shù)值模型中。在此基礎上,提出了柱塞副油膜流固熱耦合模型,介紹了模型的算法流程。對柱塞副受力和油膜狀態(tài)影響較大的柱塞腔內(nèi)動態(tài)壓力進行了研究,基于柱塞泵配流原理建立流量壓力仿真模型并求解了柱塞腔內(nèi)動態(tài)壓力。通過三角緩沖槽流場分析獲得了流量壓力特性,用最小二乘法處理數(shù)據(jù)修正了三角槽的節(jié)流系數(shù)。搭建實驗臺獲取了三角槽流量壓力特性的實驗數(shù)據(jù),驗證了流場仿真結(jié)果的正確性。在此基礎上得到了修正的柱塞腔內(nèi)油液動態(tài)壓力,通過對比發(fā)現(xiàn)采用節(jié)流系數(shù)經(jīng)驗值會給配流過渡區(qū)的壓力變化以及流動狀態(tài)帶來計算誤差。在建立柱塞副油膜數(shù)值模型和獲得柱塞副油膜邊界條件后,分析了柱塞副的若干結(jié)構(gòu)參數(shù)對柱塞微動特性及油膜潤滑性能的影響,得到不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對柱塞副油膜壓力分布、泄漏量、粘性摩擦功率損失等性能的影響。具體為:柱塞一端的微深度倒角有利于降低柱塞與缸體的接觸,但倒角長度的增加會增加接觸發(fā)生的可能性。微倒角在降低接觸的同時,會增加柱塞微運動的幅度,最終增加柱塞副油膜的壓力峰值。缸體孔襯套的加入可以通過軟材料的變形降低柱塞副油膜的局部峰值壓力,油膜粘性摩擦功率損失也會降低,但隨著襯套厚度的增加,油膜泄漏量會出現(xiàn)一定程度的增加。離柱塞腔近的內(nèi)置環(huán)形槽有利于改善柱塞微運動的軌跡,但會增加柱塞副油膜局部的壓力峰值。離柱塞腔遠的外置環(huán)形槽有利于消除由于柱塞腔壓力陡增引起的泄漏峰值,起到一定的儲存油液的功能。柱塞副泄漏流量隨著間隙值的增加而增加,粘性摩擦功率損失隨著間隙的增加而減小。柱塞副的總功率損失隨著柱塞副間隙值的增加先減小后增加,存在使柱塞副總功率損失最小的間隙最優(yōu)值。設計并搭建了柱塞副油膜實驗系統(tǒng),采用柱塞泵運動反轉(zhuǎn)的形式,讓斜盤主動旋轉(zhuǎn),柱塞在高壓油的作用下只進行往復運動。設計了雙柱塞對稱布置的柱塞副模擬裝置,雙柱塞互相平衡對斜盤轉(zhuǎn)動的阻力矩,保證斜盤能穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的同時便于測量柱塞副的粘性摩擦功率損失。采用微型電渦流位移傳感器對柱塞副油膜進行非接觸式測量,對柱塞套上三個測點的油膜厚度測量與仿真結(jié)果具有相同的變化趨勢,驗證了柱塞副油膜數(shù)值仿真模型的正確性。實驗測量的不同柱塞腔壓力和襯套厚度下的柱塞副油膜粘性摩擦功率損失與仿真值基本一致。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH137.51
【圖文】：

圖 1-1 斜盤式軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1-1 Structure of swashplate axial piston pump軸向柱塞泵內(nèi)的主要摩擦副包括配流副、滑靴副和柱塞流盤之間的環(huán)形密封帶，密封柱塞泵高壓油口和柱塞腔

- 3 -圖 1-2 航空柱塞泵壓力等級變化[8]Fig. 1-2 Axial piston pressure classes of aircraft system[8]

- 5 -圖 1-3 柱塞運動特性實驗臺[32-34]Fig. 1-3 Piston motion characteristics test bench[32-34]

【參考文獻】

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本文編號：2748133