海水轴向柱塞马达偏心配流盘的研究

　　0 引言

　　海水液压马达是海水液压系统的核心元件,由于海水的理化性质不同于液压油,使传统的油压马达不能直接用于海水液压系统。而配流副在海水轴向柱塞马达中的作用是完成高压水和低压水的交换,是轴向柱塞马达的关键摩擦副之一,配流副的工作状态直接关系到轴向柱塞马达能否正常工作和使用寿命[1]。

　　从国内外海水液压马达的研究概况[2]来看,轴向柱塞式马达是海水马达的研究重点。而采用新型偏心配流盘结构形式的海水轴向柱塞马达的显著特点是:缸体固定,配流盘旋转并关于几何中心对称;加工方便,没有复杂的沟槽或阻尼结构;配流盘的密封带比较宽;实现马达的正反转容易,只需对调高压区和低压区;配流盘与浮动推力盘相配合;径向尺寸小,转动惯量小,响应快[3]。

　　因此,本文结合海水的特性,针对传统配流盘的不足,提出了一种具有新型偏心配流盘结构的方案,并对其进行了理论计算和CFD仿真,为偏心配流盘的设计提供重要的参考依据。

　　1 偏心配流盘的理论研究

　　1.1 偏心配流原理

　　如图1所示,配流盘和斜盘通过键联接在传动轴上,配流盘的几何中心与转动中心不重合,有一定的偏心量,斜盘上下死点的连线与偏心方向垂直。当柱塞在液压力的作用下通过滑靴压在斜盘上时,斜盘受到正压力F的作用,正压力F分解为轴向分力Fx和垂直分力Fy。Fx与柱塞上液压力相等,而Fy使斜盘相对斜盘转动轴线产生一个转矩,带动马达传动轴顺时针旋转[4]。

　　1.2 配流副受力分析

　　偏心配流副由缸体衬板、偏心配流盘和浮动推力盘组成,其间有两个缝隙流场:缸体衬板与偏心配流盘间的流场a和浮动推力盘与偏心配流盘间的流场b。

　　(1)配流盘的受力分析

　　配流盘中心处于高压区,流场a对配流盘的作用力为:

　　考虑配流盘的压紧力系数k1,由式(1)和(2)得偏心配流盘第一个满足条件:

　　流场a对配流盘的力矩包括Fa1对配流盘的力矩和Fav对配流盘的力矩。

　　假设作用在配流窗口流场上的力为配流窗口中心分布圆半径为R0, Z0为处于高压区柱塞数,柱塞总数为Z,分布夹角为假定第一个柱塞相对上死点转过角度为,则配流窗口上的液压力对转动中心的力矩的两个分量为:

　　因此,配流窗口在0FUFA范围内产生的平均力矩:

　　公式(9)是配流盘的第二个满足条件。

　　配流盘中心处于低压区,流场a对配流盘的作用力为: