轴向柱塞泵滑靴副倾覆现象数值分析

柱塞泵滑靴副润滑特性分析王官洪;周钊强;曹学鹏【摘要】滑靴副的润滑特性直接影响柱塞泵的效率和使用寿命,油膜厚度和承载力是衡量其润滑特性的重要指标,为此开展柱塞泵滑靴副的润滑特性研究.基于油室压力反馈模型,求得最佳油膜厚度,计算滑靴密封带处油膜压力分布;再通过建立滑靴副流道模型,进行流体仿真验证压力计算数值模型.通过数值计算和流体仿真得出结论:密封带处油膜压力呈环形分布,且随半径的增大逐渐减小,当负载压力增大时,密封带处压力也随之增大,油膜承载力提高.理论模型和数值分析揭示了轴向柱塞泵滑靴副油膜承载能力的变化规律,为液压源的设计和开发打下理论支撑基础.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】3页(P34-35,38)【关键词】油膜厚度;油膜承载力;最佳油膜厚度【作者】王官洪;周钊强;曹学鹏【作者单位】长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】TH322滑靴副作为柱塞泵最重要的摩擦副之一，其润滑特性对泵的效率和使用寿命有重要影响。

国内外学者对柱塞泵滑靴副润滑特性已做了大量研究工作，并取得了巨大成就。

德国的Kumar S J将三维Navier-Stokes应用在滑靴斜盘之间的微小间隙进行数值求解，得到了泄漏流量随滑靴副结构参数之间的关系；英国的John WATTON研究了泵的流量和压力增大时来研究静压支承室结构参数对滑靴底部压力和提升力的影响；德国的UweWieczorek通过开发模拟斜盘式轴向柱塞泵滑靴和斜盘间隙的仿真工具CASPAR，得到密封带处的压力、速度和温度场分布规律[1]。

这对分析滑靴副油膜厚度和油膜承载能力提供理论基础和依据，也为设计摩擦副提供新思路。

1 滑靴副静压支承特性分析在工业生产中，柱塞泵滑靴副大多采用静压支承方式来实现其流体润滑，这有利于降低材料磨损，提高元件使用寿命。

轴向柱塞泵滑靴副功率损失特性汤何胜;李晶;訚耀保【摘要】Considering pressure-gradient flow and shear flow, the power loss model of slipper pair in axial piston pump was built to decrease energy dissipation of axial piston pump. The leakage, friction torque, leakage power loss and viscous friction power consumption of slipper under different pressures of piston chamber, shaft speeds and structure parameters were discussed. The results show that the power loss of slipper bearing is mainly due to the viscous friction and the leakage power loss is low, which causes the friction torque to increase. The influence of shaft speed on viscous friction power loss is more significant than pressure of piston chamber. When the radius ratio of slipper is set from 1.5 to 2.0, the lower radius ratio of slipper helps to reduce the leakage and viscous friction power loss. When the length diameter ratio of orifice is set from 3.50 to 8.75, the higher length diameter ratio of orifice due to the thin film thickness is useful to decrease leakage power loss, but the viscous friction power loss increases.%为降低轴向柱塞泵滑靴副功率损失,考虑油液的压差和剪切流动的影响,建立滑靴副的功率损失模型,讨论泵的柱塞腔压力、主轴转速以及结构参数对滑靴的泄漏流量、摩擦力矩、泄漏功率损失以及黏性摩擦功率损失的影响.研究结果表明:滑靴副的功率损失以黏性摩擦为主,摩擦力矩比较大,而泄漏流量比较小.主轴转速对黏性摩擦功率损失的影响占据主导地位,大于柱塞腔压力的影响;当滑靴的半径比为1.5~2.0时,应尽量取较小值,有利于降低滑靴副的泄漏和黏性摩擦功率损失;当阻尼管的长度直径比为3.50~8.75时,阻尼孔直径不宜设计太小,尽管阻尼管的长度直径比变大对泄漏功率损失产生抑制作用,但是油膜厚度变薄将会增加黏性摩擦功率损失.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(048)002【总页数】9页(P361-369)【关键词】轴向柱塞泵;滑靴;功率损失;油膜;泄漏【作者】汤何胜;李晶;訚耀保【作者单位】温州大学机电工程学院,浙江温州, 325035;同济大学机械与能源工程学院,上海,201804;同济大学机械与能源工程学院,上海,201804【正文语种】中文【中图分类】TH137.5轴向柱塞泵是工程机械液压操纵系统的心脏。

轴向柱塞泵摩擦副的研究进展摘要：现代液压中，柱塞泵作为能量转换的执行部件，是液压系统中最为核心动力的装置之一。

其广泛应用于船舶、石油开采、工程机械等领域。

柱塞泵按照柱塞的排列形式不同，有径向柱塞泵与轴向柱塞泵之分。

轴向柱塞泵较径向柱塞泵而言，结构更加简单，制造成本更低，其端面配流的结构更易实现无极变量，且体积小、重量轻、维修方便，在技术经济指标上占更大优势，因此，端面配流的轴向柱塞泵是当今使用最为广泛的柱塞泵[1]。

关键词：轴向柱塞泵；摩擦副；油膜设计轴向柱塞泵作为一种容积式变量泵，其通过吸油腔与压油腔容积的变化，将机械能转化为液压能。

机械能驱动花键轴，带动缸体旋转，柱塞在缸体与斜盘的作用下作圆周的滑动及往复的活塞运动，配合配流盘的通断控制，实现吸油与排油的动作。

轴向柱塞泵中最关键的运动摩擦副有三组：（1）滑靴与斜盘形成滑靴副，将缸体旋转运动转化为柱塞的直线运动；（2）柱塞与缸体形成柱塞副，柱塞在柱塞腔内往复运动运动，形成吸油与排油过程；（3）缸体与配流盘形成配流副，实现周期性的配流动作[2]。

柱塞泵在高速运转过程中，摩擦副将承受巨大的压力或扭矩，且各摩擦副的摩擦形式均为滑动摩擦，若相对运动部件直接接触将导致摩擦副损毁，因此，在优选匹配材料的同时，摩擦副之间要形成合理的油膜。

摩擦副的优化与设计对柱塞泵寿命、可靠性、效率、噪音等都有至关重要的影响。

1.滑靴与斜盘形成的滑靴副柱塞泵在运转时，滑靴在随着柱塞进行轴向运动的同时还围绕着主轴圆周运动，在油液粘性摩擦的作用下，滑靴会绕自身中心旋转，运动特性复杂；其受力也十分复杂，除受到柱塞、弹簧的压力和斜盘的反作用力外，还承受离心力、倾覆力、摩擦力及油膜压力等。

因此，润滑油膜的建立是柱塞泵功能实现的前提，合理的油膜状态不但能改善摩擦副的润滑条件，而且能突破摩擦副处比功[pv]的限制，实现柱塞泵的高压、大排量化。

针对滑靴摩擦副，国内外专家都做了大量的理论研究与实验验证[3]。

高转速轴向柱塞泵滑靴副流固热耦合仿真与材料摩擦学特性分析高转速轴向柱塞泵滑靴副流固热耦合仿真与材料摩擦学特性分析摘要：随着工程技术的不断发展，高转速轴向柱塞泵在现代工业中越来越广泛地应用。

然而，由于高速运转过程中液体与机械部件之间的摩擦作用会引起能量的损耗和部件的磨损，因此，研究滑靴与副流固之间的摩擦学特性对于提高泵的效率和寿命至关重要。

本文采用有限元方法对高转速轴向柱塞泵滑靴副流固热耦合进行了仿真，并通过材料摩擦学特性分析，对影响滑靴摩擦性能的因素进行了探讨。

1. 引言轴向柱塞泵是一种将机械能转化为液体能量的重要设备，广泛应用于船舶、航空航天、石油化工等领域。

高转速下，泵的动态特性和摩擦学特性对其性能和寿命有着重要影响。

2. 数学模型的建立根据轴向柱塞泵的结构特点和工作原理，我们建立了其流体动力学模型和材料热学模型。

在流体动力学模型中，我们考虑了流体的压力、流速、温度等变量。

材料热学模型分析了滑靴和副流固之间的能量传递机制，并考虑了材料的热传导、扩散和对流。

3. 仿真结果与分析通过对数值模型的仿真计算，我们得到了不同工况下滑靴副流固的摩擦力和温度分布。

结果表明，在高转速工况下，摩擦力和温度分布不均匀，存在着较大的梯度。

摩擦力的不均匀分布会导致滑靴的不稳定运动和过大的摩擦损失，而温度梯度则会对材料的热膨胀和热应力造成影响。

4. 材料摩擦学特性分析根据仿真结果，我们进一步分析了滑靴和副流固之间的摩擦学特性。

不同材料和润滑条件下的摩擦系数、摩擦功率和摩擦损失进行了比较。

通过摩擦学特性的分析，可以选择适合的材料和润滑方式，以减小摩擦损失和提高泵的效率和寿命。

5. 结论本文利用有限元方法对高转速轴向柱塞泵滑靴副流固热耦合进行了仿真，并通过材料摩擦学特性分析，对影响滑靴摩擦性能的因素进行了探讨。

研究结果对于优化泵的设计和提高其性能具有重要意义。

未来，我们可以进一步研究其他影响因素，如润滑油的流动特性和泵的结构参数等，以提高泵的工作效率和寿命。