轴向柱塞泵压力脉动既是引起液压系统转速波动、振动噪声以及输出稳定性的重要原因,也是获取故障信息的主要信息源。液压系统具有强噪声干扰特性,导致监测信号信噪比低,因此很有必要深度挖掘压力信号携带的系统运行状态信息。本文首先通过柱塞泵流量损失机理,来分析流量脉动与压力脉动之间的映射关系。之后基于标准Gabor变换对压力信号进行滤波重构。最后根据压力信号时域波形形貌,提出4个特征指标来分析不同运行工况下的压力脉动特点。实验结果表明标准Gabor变换能够准确提取信号中的高次谐波及相位频率。其重构的轴向柱塞泵压力脉动时域波形形貌,蕴含着丰富的运行状态信息。通过分析各工况下脉动的变化特点,为液压泵、马达及关键元件的故障诊断和健康评估提供了新的理论依据和方法支持。

为提高柱塞泵配流阀的响应特性,满足高速工况需求,提出一种应用于高响应轴向柱塞泵的凸轮组合方程曲线设计方法.以阀配流轴向柱塞泵为对象,分别搭建基于余弦方程、高次多项式与组合方程曲线的柱塞泵液压仿真模型,分析不同凸轮曲线对配流阀阀芯滞后特性的影响.计算不同凸轮曲线下泵的理论排量和瞬时排量,探究曲线对柱塞泵流量脉动的影响.结果表明:与余弦曲线相比,基于组合方程曲线的配流阀阀芯响应性至少提高了30%,但在该方程曲线下,柱塞泵仍存在一定的流量脉动,研究成果为轴向曲线式柱塞泵曲线的选型与优化提供理论依据.

柱塞泵的流量脉动是噪声流体传播的原因。为设计良好的配流盘以减少流量脉动和斜盘上的倾覆力,笔者建立了柱塞泵工作过程的数学模型。以流量脉动为目标,压力脉动作为结果进行分析;采用Amesim液压仿真软件分析柱塞腔内的增压、减压速率与流量波动的关系;在此基础上分析减压槽和配流盘上分度角等结构设计参数的影响,通过遗传算法优化得到一组参数帕累托解集,以此设计配流盘。排油流量和吸油流量变化仿真结果表明:采用该优化方法设计的配流盘,能有效降低柱塞泵流量脉动。该研究为正向设计配流盘结构、降低流量脉动提供了一种有效方法。

含气量、温度和压力作为反应油液特性的3个重要参数,在轴向柱塞泵仿真分析时易忽略其对流量脉动特性的影响。为了探究油液特性对轴向柱塞泵出口处流量脉动的影响规律,基于AMESim建立轴向柱塞泵的仿真模型,对不同的含气量、温度以及压力下轴向柱塞泵的流量脉动进行仿真,对其结果进行分析。结果表明:油液特性对轴向柱塞泵的流量脉动影响较大,轴向柱塞泵流量脉动特性随着油液含气量的增大而减小,随着油液温度的升高而减小,随着系统压力的减小而增大。

为解决配流盘气穴问题,考虑液压油中含气量、泵进油口压力梯度、柱塞转速以及柱塞直径的变化,以柱塞泵运动分析为出发点,在建立油液体积模量和泵的气穴数学模型基础上,结合AMESim单柱塞泵仿真模型,计算不同环境下泵内气穴发生情况。研究表明:当柱塞转速1500 r/min、柱塞直径φ12 mm、含气量占比10%和进油口压力梯度60 L·min^(-1)/MPa时,柱塞泵配流盘进油口位置压力低于空气分离压,发生气穴现象,并且气穴对油液体积模量产生巨大影响。该计算为预防轴向柱塞泵内气穴的发生提供一定的理论依据。

为改善锥形缸体球面配流副油膜润滑特性,提出一种多弧槽球面配流副结构,并采用遗传算法对多弧槽球面配流结构进行多目标优化。首先,对多弧槽球面配流副进行理论建模,采用有限容积法对油膜压力控制方程进行离散化,利用环形三对角矩阵算法(CTDMA)求解球面配流副压力分布;然后,对多弧槽球面配流副承载特性进行仿真,分析球面配流副不同弧槽结构下的油膜厚度分布及压力分布规律;最后,以缸体倾角、泄漏量和摩擦转矩为优化目标,利用多目标遗传算法优化多弧槽球面配流副的结构参数。结果表明:多弧槽结构可提升球面配流副油膜承载能力,弧槽结构最小膜厚下降3.1%~4.0%,弧槽结构最大压力显著提高,最大增幅为16.3%;同时可有效降低泄漏量、摩擦转矩,优化后综合目标性能提升10.5%,缸体倾角、泄漏量和摩擦转矩分别下降5.1%、8.1%和5.9%,有效提升了球面配流副润

阀配流轴向柱塞泵滑靴受力状态及油膜动态边界值与端面配流泵不同,为研究其润滑特性,建立一种应用于阀配流轴向柱塞泵的滑靴副工况模拟和数值解析耦合求解模型,分析柱塞运动频率、系统负载及不同分级定流量对滑靴副润滑特性的影响。结果表明:阀配流滑靴副主要在摩擦力矩作用方向发生倾覆,高压区到低压区的过渡期及低压区更易发生偏磨磨损;柱塞运动频率增大会降低滑靴发生倾覆偏磨的危险性,但也会降低滑靴副稳定性;系统负载增大会使油膜厚度减小,且高压区滑靴倾覆角减小,而低压区滑靴倾覆角增大;不同分级定流量下,当柱塞数大于3时,奇数柱塞组合时滑靴不易发生倾覆,而偶数柱塞组合时滑靴易发生倾覆磨损且高低压区压力变化幅度增大。

【目的】为提升柱塞泵的性能、寿命与安全运行提供参考。【方法】从理论计算及仿真的角度综述了柱塞副的油膜特性,针对其厚度场、压力场和温度场进行了分析,概述了柱塞副的摩擦学特性、润滑介质和匹配材料对其摩擦学行为的影响,列举了具有更低磨损率的柱塞副匹配材料,阐述了表面织构的润滑减摩机理及表面织构的形状、面积率和尺寸及分布方式等因素对柱塞副摩擦学性能的影响。【结论】轴向柱塞泵是液压装备的核心元件,被称作液压系统的“心脏”。柱塞泵关键摩擦副服役状态下的磨损严重威胁着装备的可靠运行和长寿命服役安全,更是制约柱塞泵发展和应用的技术瓶颈。柱塞副是轴向柱塞泵中数量最多、最为关键的摩擦副之一,其摩擦学性能直接决定了柱塞泵的服役寿命。当柱塞副油膜润滑不良时,轴向柱塞泵会严重损坏。

针对航空发动机柱塞泵动态特性解析模型复杂、阶次高、计算资源需求大、参数多且难以准确确定的问题,在忽略解析模型高阶特性得出简化的机载模型基础上,提出了基于典型环节特征参数的时域阶跃响应辨识方法,得到柱塞泵的动态参数。仿真分析和试验结果表明,简化模型精度可达95%,计算资源需求少,为柱塞泵机载模型应用奠定了基础。同时,基于动态模型分析了柱塞泵动态响应对伺服控制动态响应的影响,柱塞泵动态特性应在伺服回路动态特性4倍以上,国军标中规定的柱塞泵动态特性要求可满足航空发动机喷口控制要求。

轴向柱塞泵是液压传动系统的核心动力元件,广泛应用于诸多工程领域。滑靴副是轴向柱塞泵中3对关键摩擦副(滑靴副、配流副和柱塞副)之一,显著影响柱塞泵的服役安全。滑靴副的磨损是引起柱塞泵失效的主要原因,开展滑靴副的服役损伤与防护措施研究对柱塞泵向高速、高压化技术发展有着重要意义。概述了轴向柱塞泵的基本工作原理;介绍了滑靴副间隙润滑油膜的形成和3大作用(润滑、密封和承载),以及油膜特性测量方法和影响因素;阐述了滑靴副的磨损机理、磨损影响因素及磨损状态评估方法;基于滑靴副的油膜特性及磨损机理,着重讨论了滑靴副延寿设计方法和失效防护措施,如优化滑靴副材料匹配、结构的延寿设计方法,以及利用表面织构化、固体润滑涂层改善滑靴副表面摩擦学性能的表面改性方法。表面织构化的原理是利用微纳米加工手段在滑靴副