二维活塞式动态流量计,其主要特点在于采用具有旋转和往复直动双运动自由度的二维活塞作为流量计量单元。介绍该流量计机械结构和工作原理后,建立了相关动态模型,并研究了该流量计自身的计量特性以及各个结构参数对该流量计动态性能的影响,包括二维活塞直径、二维活塞质量以及计量单元内计量腔体积等。结果表明,采用两个计量单元并联连接结构的该流量计流量脉动极小,减小二维活塞质量以及减小工作腔中的死腔体积可以提升流量计的动态性能,而二维活塞直径对流量计动态性能的影响是随数值先增大后减小,这为二维活塞式动态流量计提供了优化方向。

二维液压元件能充分利用二维活塞的面密封以及周向旋转配流等特点以获得更好的工作性能,但面临二维活塞与缸体配合微间隙中油液强剪切可能诱发空化的问题。为探究该处微间隙内油液的一维运动工况,利用自制的外筒旋转同心圆筒装置开展纯剪切流动实验研究,分别就不同转速、流场压力、油液上方空气占比、内筒外壁面配流槽结构以及微间隙厚度进行可视化研究。实验结果表明:流场压力与发生剪切空化的临界剪切应力成线性增大关系,压力越大油液空化所需剪切应力越大;若油液上方空间内留有空气,则上方空气含量越高对剪切空化的抑制作用越强;而二维活塞的配流槽结构一方面会减小油液的剪切扭矩,另一方面会改变纯剪切流场,从而抑制剪切空化的发生;微间隙厚度的减小将使发生剪切空化的临界剪切应力减小,从而降低剪切空化发生的难度。