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。

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。

论述了轴向柱塞泵配流副润滑特性试验系统的组成和工作原理.该润滑特性试验系统用来测量压力、温度、转速和结构对配流副润滑膜厚度、承载力和泄漏流量等润滑特性参数的影响规律.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间隙,以保证对润滑膜厚度的测量误差小于1 μm.采用PID控制算法对微米级的润滑膜厚度进行反馈控制.利用MATLAB语言的SIMULINK软件包对精密位置反馈控制系统进行了动态仿真,得出参数V0/βe和Kce值的选取对该精密位置反馈控制系统的设计是非常重要的.

介绍了国内外有关轴向柱塞泵配流副润滑特性方面的研究成果,并进行了综合分析和比较.指出需借鉴国外现有的关于轴向柱塞泵配流副压力分布规律的理论,确定最佳剩余压紧系数,现有的配流副结构设计方法和理论依据需进一步完善.建立了轴向柱塞泵配流副润滑特性试验平台,可在不同压力、温度、转速、结构下测试配流副间隙并得出配流副润滑膜的形成及变化规律.通过润滑特性测试平台还可以确定最佳水液压柱塞泵配流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实验基础.

设计了轴向柱塞泵配流副的润滑特性试验系统,描述了润滑结构与特性试验系统的组成和功能.建立了配流副润滑膜形成的数学模型,该数学模型用于描述配流副间润滑膜的运动变化规律和工作介质在阻尼槽、压力平衡油槽中的压力、流量特性及分布规律.对不同工况下的配流副润滑膜的形成进行仿真分析,结果表明在其他工况不变时,润滑膜厚度随压力和温度的增加而减小.当转速达到3000r/min,盲孔个数为6时,盲孔包角应选为12°,或者盲孔个数为12,盲孔包角选为15°.

为研究配流机构工况参数对摩擦转矩的影响，根据轴向柱塞泵配流机构的受力特点，给出配流盘与缸体转子之间固体或边界润滑、全空间油膜润滑状态下的摩擦转矩构成及相应的理论计算．在不同油膜厚度、配流副转速下实测配流副的摩擦转矩变化，结合缸体转动周期讨论摩擦转矩变化过程及与配流副磨损形式的对应关系．结果表明，载荷是配流副摩擦转矩变化的根本因素；配流副正常磨损通常表现为配流盘吸油槽与压油槽间的不均匀磨损；油膜厚度对摩擦转矩的影响显著，但并不是单调反比例关系，5μm的油膜厚度引起近10％的摩擦功率损失．由配流副摩擦转矩的实测及与理论计算的对比，得出配流副摩擦转矩造成的整泵机械功率损失．

考虑到配流副在高压条件下的弹性变形量已与油膜厚度同一量级,该文应用弹性流体动力润滑理论,建立了弹性变形条件下配流副的润滑数学模型,采用有限差分法求解了模型的控制方程,进行了弹性变形对配流副润滑特性的影响分析。结果表明,在油膜厚度较小时,配流副的弹性变形使平均油膜厚度相比增大了14.48%,但最大油膜压力却减小了18.60%,且配流副的油膜承载力和泄漏量明显增大,而摩擦转矩明显减小;但油膜厚度大于15？m时,可以忽略弹性变形对配流副润滑特性的影响。研究为高压化轴向柱塞泵配流副的设计与研究打下了基础。

为研究轴向柱塞泵配流副的摩擦学特性,建立了模拟配流机构的润滑特性试验系统,以实测润滑特征参数,对工况进行实时调节与控制,寻求良好的润滑状态。论述了配流副润滑特性试验研究的优点,根据润滑理论模型分析了供油压力和油膜厚度等主要特征参数,提出了膜厚反馈的电液控制配流副油膜动态试验装置的结构及关键技术。通过平面配流密封带多点实测膜厚、泄漏流量、摩擦转矩的试验数据表明,供油压力对密封带润滑油膜厚度、形态等的影响较大。局部油膜破坏是导致缸体面磨损的主因,试验测得的膜厚分布与其磨损分布有直接关系。

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”.