轴向柱塞泵配流副短阻尼孔效应研究

　　配流副是轴向柱塞泵中最为关键的摩擦副之一[1],为了提高摩擦副的寿命,减小摩擦功率的损失和保证较小的泄漏,静压支承原理被广泛地应用在配流副设计中。其原理实质是在配流面上引进高压油,并在高压油的进口设置节流阻尼,以形成油膜的压力反馈作用,使配流面间始终保持一定的油膜厚度,并使油膜具有一定的刚度,以平衡压紧力的变化[2-3]。静压支承中的节流阻尼主要有3种形式:阻尼长孔型、阻尼槽型和短阻尼孔型。由于短阻尼孔型节流的配流副也是轴向柱塞泵较为典型的一种配流副结构方式,因此,为了设计性能优良的高压、高速、大排量轴向柱塞泵,研究短阻尼孔型配流副的静压支承和润滑特性是十分重要的。现今对配流副静压支承和润滑特性的研究主要集中在阻尼长孔型和阻尼槽型,而对短阻尼孔型的研究较少。柯坚等[4]利用滑靴支承面与柱塞头之间的短阻尼孔来补偿阻尼长孔的节流作用,对滑靴结构参数和性能参数进行了详细的分析与计算,研究得出短阻尼孔的节流作用提高了滑靴静压支承的性能。而且目前研究配流副密封带压力场分布的数值计算,都是在油膜厚度不变的条件下进行的,并没有考虑泵工作压力对油膜厚度变化产生的影响[5-10]。配流副工作时,静压支承效应和挤压油膜效应是对油膜厚度的影响最大,所以本文作者欲在此基础上,建立短阻尼孔型的轴向柱塞泵配流副静压支承的流场数学模型及在突变载荷条件下的动态模型,进行短阻尼孔效应下配流副的静、动态静压支承和润滑特性研究。

　　1　配流副静态特性研究

　　1·1　缸体受力分析

　　短阻尼孔型配流盘是轴向柱塞泵较为典型的一种结构方式,如图1所示。

　　配流副正常工作时,配流盘固定不动,缸体主要受压紧力和分离力。压紧力包括缸孔油液压力Fy和缸体弹簧预紧力2部分,因为弹簧预紧力相比Fy要小很多,在此忽略弹簧预紧力,则压紧力为:

　　式中: D为柱塞直径,mm; p为工作压力,MPa; z为柱塞数; a为压降系数;φf为配流盘上高压流体作用范围包角; r1~r4为配流窗口两侧内、外密封带的边界尺寸,mm; r5~r8为压力平衡油槽两侧内、外密封带的边界尺寸,mm。

　　从式(3)可以看出,配流副稳定工作时,压力平衡油槽的压降系数只与配流副的结构参数相关联,而与工作压力和油液粘度无关。当轴向柱塞泵柱塞数为奇数时,由于处于高压区的柱塞腔数交替变化,其压力平衡油槽的压降系数也是交替变化的。

　　1·2　配流副静压支承流场数学模型

　　图2为配流副流场几何模型。配流副正常工作时,间隙间的油液流动主要分为2部分:配流窗口8的油液通过密封带7泄漏到壳体内,同时通过密封带6、卸荷槽9和无阻尼孔1也泄漏到壳体内;配流窗口8的油液通过无阻尼孔3和短阻尼孔2 (可变液阻R0),进入压力平衡油槽10,再由压力平衡油槽10通过密封带4 (可变液阻R1)和5 (可变液阻R2)泄漏到壳体内。压力平衡油槽和其两侧密封带形成压力反馈的静压支承面。配流副静压支承流场液路如图3所示。