针对柱塞泵配流副的温度特性问题,建立了柱塞泵配流副的数学模型,在考虑弹性变形情况下,对柱塞泵配流副温度特性进行了研究。运用Fortran和MATLAB软件对数学模型进行了计算仿真,在油膜压力作用下,计算了配流副的弹性变形分布形态,得到了配流副的热弹流分布;对比了不同工况参数下的油膜温度最高值,分析得出了油膜的油液黏度、缸体转速、缸体倾角、初始油膜厚度、密封带宽度等单一参数对油膜温度特性的影响,并与未加入弹性变形的配流副的温度特性进行了比较;最后通过温度测试的实验,验证了该计算结果的正确性。研究结果表明:在两种不同情况下,油液黏度不同时各工况参数对温度的影响趋势保持一致;在考虑弹性变形的情况下,各工况参数对温度的影响程度不同;该结果可对后续柱塞泵配流副热流固耦合这一研究方向提供理论基础和计算依据。

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。

为研究配流盘表面形貌对配流副润滑特性的影响,采用分形理论模拟配流盘表面形貌,建立轴向柱塞泵配流副润滑模型,使用有限差分法对模型进行求解,探讨分形参数对表面轮廓的影响,并进一步分析分形参数和配流副工况参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明:分形维数越大,表面轮廓形貌复杂度越高,且粗糙表面高度随尺度系数减小而降低;随着缸体倾角和转速的增大,油膜承载力提升,但摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数也随之升高;配流副润滑性能与分形维数呈现正相关的关系,选取较大的分形维数有利于提升配流副的润滑性能;尺度系数越小其摩擦力越小,但承载力也减小,因此需选择适中的尺度系数。

在建立双作用子母叶片泵配流副的油膜体模型后,运用CFD软件对其流场区域进行流场仿真,得到该配流副油膜的压力和速度分布。分析结果表明:油膜高压区主要集中在排油阻尼槽和排油区的叶片中间腔分油槽附近。双作用子母叶片泵配流盘配流均压槽较多,使得配流副油膜油液的流动较复杂,油液流动速度很快,且由于油膜内部存在射流现象,导致在高压槽附近出现了负压区域。当转速增加时,压力分布的规律并不会随着转速的增加发生太大的改变,但全速度在油膜高压区由于动压作用的影响反而会减小。径向速度主要受压差作用影响,随着转速增加基本没有变化。

配流副作为浮杯泵重要的摩擦副,良好的润滑状态对于提升柱塞泵的使用寿命和容积效率起到关键作用。在滚筒板上引入连通式阶梯槽结构,通过动静压混合润滑的支承形式改善浮杯泵配流副的润滑特性,分析配流副油膜的压力分布及动静压润滑形成原因,对比分析连通槽型、浅腔深度比和阶梯槽包角等结构参数对润滑特性的影响,发现连通式阶梯槽对配流副润滑特性起积极作用,为浮杯泵配流副结构优化提供了一定的理论支持。

以织构化配流副为研究对象,分析了织构化配流副的稳态受力和瞬态受力情况,建立了织构化配流副的数学模型和基于Simulink的仿真模型,并以配流副间油膜厚度为考察对象进行研究。结果表明:相对于普通配流副,压力突变时,织构化配流副的油膜厚度变化更小,油膜厚度的动态性能参数均有一定程度的提高。动态特性与油膜刚度相关,油膜刚度越大越有利于配流副的动态特性的提高。油膜厚度近似为零时,织构化配流副的压缩效应有利于配流副避免固体接触。

柱塞副是斜盘式轴向柱塞泵重要的摩擦副之一,在原有柱塞副受力分析基础上考虑了套筒的影响,建立了柱塞受力分析的数学模型,将柱塞副摩擦润滑状态看做边界摩擦,分析了柱塞转动时轴向摩擦力的变化,并得到了[P]、[PV]值得变化.针对配流副的摩擦性能采用剩余压紧力的方法计算分析了剩余压紧力、剩余压紧力系数和[P]的变化规律,以及发生磨损和“烧盘”的位置和原因.结果表明,柱塞各位置受力不均,前端大于后端,配流盘边缘易发生磨损和“烧盘”.

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。

结合轴向柱塞泵配流副实际受力与运动形式,使用盘-环试验机在L-HM46抗磨液压油润滑条件下,研究轴向柱塞泵配流副(38CrMoAl-CuPb15Sn5)在高转速(1800r/min)的摩擦磨损特性并分析磨损机理。实验结果表明:与中低转速相比,高转速测试条件下的配流副更易发生粘着磨损;38CrMoAl经调质、渗氮处理后与CuPb15Sn5组成的配流副在高转速工况下摩擦磨损性能良好,其磨损率比38CrMoAl未经热处理和只渗氮处理配流副分别降低69%和57%;调质热处理可改善38CrMoAl的表面特性,减少摩擦过程中CuPb15Sn5在其表面的附着继而改善配对副摩擦特性,将有助于提高配流副的工作寿命。

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。