基于虚拟样机的轴向柱塞泵柱塞副仿真分析

采用虚拟样机技术对轴向柱塞泵柱塞副进行仿真分析,介绍虚拟样机子模型,通过软件接口实现子模块之间数据传递,实现柱塞副仿真模型的液固耦合和刚柔耦合;建立试验平台,通过试验测试结果验证模型的正确性,证明轴向柱塞泵虚拟样机仿真平台对轴向柱塞泵设计有很强的指导作用.仿真分析柱塞泵负载压力等级、斜盘倾角以及柱塞副间隙对柱塞副性能的影响,表明柱塞副设计是限定轴向柱塞泵压力等级和最大斜盘倾角的重要因素,适当减小间隙油膜厚度可以降低柱塞副泄露损失和摩擦损失,并有助于提高柱塞副油膜承载能力.     

喷油器柱塞副动态泄漏及特性

为了研究高压共轨喷油器柱塞副的动态泄漏特性,建立了柱塞副间隙燃油流动的数学模型,通过有限差分法对数学模型进行数值计算,研究了不同轨压下柱塞副燃油的平均动态泄漏率的变化趋势,与试验值进行对比,验证该数学模型的有效性,并分析了轨压、进口燃油温度、柱塞最大升程和喷射脉宽四种因素对柱塞副动态泄漏量的影响及在不同柱塞速度下,油膜压力、厚度和温度参数的变化趋势。结果表明,在一个喷油循环内,动态泄漏率的变化曲线与控制腔油压变化曲线相似,平均动态泄漏率随着喷油器的轨压、入口燃油温度和柱塞最大升程的增加而增加,但随着喷射脉宽的增加而减小;随着柱塞速度由正速度到负速度的过程,油膜的厚度逐渐变薄,油膜的温度整体上升,油膜的压力变小。     

柱塞自转对油膜承载能力的影响

用数值方法研究轴向柱塞泵马达的柱塞自转速度对柱塞副油膜承载能力的影响.用多重网格法求解油膜压力分布,用辛普森公式计算压力的积分,讨论了供油压力、主轴转速、往复运动速度等参数改变时,柱塞自转速度对油膜承载能力的影响.结果表明,自转造成的动压效应不是油膜承载能力的最主要部分;高压情况下,自转对承载能力影响不大,低压高速情况下,自转的影响显著;柱塞倾斜导致自转对承载能力的贡献较小.     

热-压形变对超高压水压泵柱塞副间隙泄漏的影响

柱塞副间隙的泄漏是影响柱塞泵容积效率的主要因素,超高压工况下柱塞副微米间隙的热-压形变不可忽略.利用流-固-热耦合方法,建立柱塞副压形变主导模型和热-压耦合形变模型,对单边间隙高度5μm的柱塞副二维轴对称模型中的压差流动进行仿真计算.结果表明:当柱塞副入口压力为110 MPa时,在间隙入口受压形变占主导,单边间隙增大4...     

柱塞副温度场数学建模与性能分析

为完善轴向柱塞泵柱塞副性能分析理论体系,针对温度分布影响柱塞副性能问题进行研究,建立瞬时油膜厚度场、压力场和温度场模型以及柱塞副摩擦与泄漏模型,采用交错网格技术划分油膜网格,采用有限体积法求解能量方程和雷诺方程,以MATLAB仿真软件为依托耦合各物理场模型和柱塞微运动特性,对柱塞副动态温度场进行数值求解。研究温度对油膜压力分布、柱塞副轴向摩擦力和泄漏量的影响,并分析油膜不同入口温度对柱塞副性能参数的影响规律。研究结果表明:温度变化数值计算结果与实验结果基本一致;在柱塞副中引入动态温度后油膜压力峰值明显降低,轴向摩擦力有所下降,但柱塞副泄漏量增加较快;控制油膜入口油温能有效提高柱塞副工作性能。     

深水环境下压力补偿泵柱塞副的润滑特性分析

压力补偿式柱塞泵可较好地适应深水极端环境,但深水极端环境会使柱塞副的润滑特性发生改变,影响其水下工作性能和应用范围。以压力补偿泵柱塞副油膜的润滑特性为研究对象,考虑深水温度、压力等环境因素对黏度、密度等介质属性的影响,建立深水环境下柱塞副油膜的数值模型,提出在柱塞偏心方向采用坐标轮换寻优和有限差分离散有机结合的方法求解柱塞副膜厚等表征润滑特性的参数。结果表明,在水深1 000 m,主轴转角约90°时,柱塞副油膜出现小于1 μm的极薄区域,且压力极差达80 MPa。改变主轴转速和斜盘倾角时,泄漏量和轴向摩擦力的变化较大气工况下更显著。不同水深下,轴向摩擦力与水深间呈正相关变化,泄漏量的变化则相反。相关研究可为深水环境下泵柱塞副的设计和开发提供有益参考。     

水的黏度变化对低速大扭矩水压马达柱塞副泄漏流量的影响

为了提高低速大扭矩水压马达的容积效率,定量分析了水黏度对柱塞副泄漏流量损失的影响。首先根据水压马达实际运行状态确定了柱塞副的初始设计参数和水的性能参数,计算了定黏度下不同间隙、不同偏心距时的柱塞副泄漏流量。然后基于温升与压降的关系、黏温方程、黏压方程及流量方程,建立了变黏度条件下,水压马达在低速及高速情况下,柱塞副与转子缸孔同心及偏心时,柱塞副泄漏流量损失的数学模型。最后以环形间隙大小、偏心距和压差作为柱塞副的性能指标,详细分析了水的黏度对柱塞副泄漏流量的影响。研究表明:低速同心下,增大间隙2~10μm,减小水黏度,柱塞副的最大泄漏流量由0.002L/min增大至0.250 3L/min;高速同心下,柱塞副的最大泄漏流量由0.020 4L/min增大至0.261 1L/min。低速偏心下,增大偏心距1~4μm,减小水黏度,柱塞副的最大泄漏流量由0.017 5L/min增大至0.040 1L/min;高速偏心下,柱塞副的最大泄漏流量由0.021 9L/min增大至0.044 4L/min。因此,减小柱塞转子副的间隙,减小偏心距,增大水的黏度,柱塞副的泄漏流量降低,马达的容积效率提高。     

硫化机高压柱塞油缸密封问题的研究

在液压传动中，柱塞与缸体的配合一般采用（Ｄ４／Ｄｃ４）Ｈ８／Ｆ９的间隙配合。但对大直径的液压缸来讲，其产生的间隙便会增加，导致严重泄漏，即影响硫化机的性能，又浪费液压油，本工作结合生产实际从理论上讨论了液压介质泄漏量Ｑ与间隙δ以及压力Ｐ之间的关系；分析了Ｖ型密封圈在应用上的缺点，找出了解决上述问题的办法。     

基于静压支承原理的多作用恒流轴向柱塞泵柱塞侧倾力平衡结构

对多作用恒流轴向柱塞泵的柱塞副进行了受力分析,建立了柱塞副侧倾力数学模型.为减小柱塞因受侧倾力而导致的摩擦磨损,提出了一种静压支承结构并对采用静压支承的柱塞副侧倾力进行了数值仿真与对比分析,同时对静压支承结构进行了容积效率分析.结果表明该静压支承结构能有效减小柱塞副的侧倾力与摩擦磨损,且能满足柱塞副的密封要求.     

棒状柱塞气举液体漏失模型研究

在柱塞气举工艺举液过程中,由于管柱与柱塞间存在间隙,在速度、压力及气体滑脱等影响下必然会引起液体漏失,掌握其漏失规律对提高举升效率具有重要意义.根据柱塞与管壁间隙微元体受力平衡分析得到液体漏失的数学模型,针对柱塞自身结构特点,结合垂直管段柱塞举升模拟实验对模型进行修正,确定了棒状柱塞的漏失修正系数,建立棒状柱塞气举液液...     

轴向柱塞泵柱塞副偏心状态油膜特性分析

为了分析柱塞副偏心状态对油膜特性的影响,采用动压支承理论和数值模拟方法,研究在不同柱塞腔压力和缸体转速时柱塞副油膜形态及其变化规律,采用寿命试验台测试液压泵试验件并与理论结果进行对比验证.结果表明:柱塞偏心状态下,柱塞副油膜出现最小厚度值,油膜内部压力高于柱塞腔压力;压油区油膜厚度随压力增加而线性增加,随转速增加而减小,但转速越大,油膜厚度减少量越小,柱塞转过90°时油膜厚度达到最小值;吸油区最小油膜厚度几乎不随转速变化,且吸油区最小油膜厚度小于压油区油膜厚度;柱塞副最小油膜厚度出现位置与斜盘摩擦力方向一致.     

柱塞副微运动轨迹及微倒角对其影响分析

针对轴向柱塞泵柱塞副由于接触造成的磨损问题,建立了柱塞副油膜弹性流体动压润滑数值仿真模型,在此基础上分析了柱塞在缸体孔内微运动轨迹及柱塞与缸体接触状态.提出了柱塞微深度倒角的结构改进措施,通过仿真对比了不同尺寸倒角对接触程度的影响.结果表明:微深度倒角有利于减少柱塞与缸体孔的接触,倒角深度对减少接触的作用比倒角长度更加明显;所提出的数值模型和改进措施有利于实现柱塞泵的优化设计,通过降低柱塞副的磨损最终提高柱塞泵的寿命和可靠性.     

进口压力对正开口配流盘轴向柱塞变量泵斜盘力矩的影响

以某型具有正开口配流盘结构的闭式斜盘轴向柱塞变量泵为例,建立了单柱塞腔可压缩配流模型和斜盘力矩计算公式,得出配流盘吸排油过流断面面积变化曲线和单柱塞腔预升压、预卸压曲线,研究了不同进口压力下斜盘力矩的变化规律.结果发现随着泵进口压力的增大,斜盘绕三个坐标轴上所受力矩平均值均有不同程度的减小,其中变量力矩脉动幅值明显减小,适当增大入口压力有利于减小泵的变量力矩和减弱斜盘的机械振动.     

基于空化模型的阶梯收敛槽机械密封性能分析

为解决波度端面机械密封精密加工困难的问题,提出一种由波度密封衍生变化而来的阶梯收敛槽机械密封结构,采用CFD数值模拟,考虑液膜空化效应,对其密封性能进行参数化分析.结果表明：随着槽深、槽数、槽区开口及密封压力的增加,液膜承载力和泄漏量都增大;随着转速的增加,承载力增大,泄漏量减小;随着膜厚的增加,承载力减小,泄漏量增大.在小膜厚,高转速及较低密封压力的工况条件下,更容易产生液膜空化现象,流体泄漏量降低;较小的槽深会增强流体剪切作用,空化效应增强,泄漏量降低,实现减小泄漏的目的.     

DAS组合密封圈密封特性

为了研究工程机械用DAS组合密封圈密封特性及其变化规律,建立密封特性计算模型,使用三次多项式修正密封圈压力油侧接触应力,得到近似油膜压力分布;结合逆解法求解油膜厚度,研究DAS组合密封圈预压缩量、油液压力及活塞杆伸出速度对平均油膜厚度、内泄漏量及动摩擦力的影响。研究结果表明:随着预压缩量增大,平均油膜厚度及内泄漏量逐渐减小,动摩擦力逐渐增大;随着油液压力的增大,平均油膜厚度及内泄漏量逐渐减小,动摩擦力逐渐增大;随着活塞杆伸出速度增大,平均油膜厚度、内泄漏量及动摩擦力随之增大。综合考虑各因素对密封件磨损、内泄漏的影响,建议DAS组合密封圈应用于活塞密封时最小压缩量c=1 mm,最大活塞杆伸出速度v=0.1 m/s。     

考虑热力学效应的涡轮氧泵口环间隙泄漏特性研究

为精确分析口环间隙泄漏特性及泄漏流动对液氧泵内流场的影响,本文基于SST k-ω湍流模型与High Resolution算法,对某涡轮氧泵进行了全尺寸整场数值模拟,研究了不同流量工况下热力学效应对液氧泵外特性、口环间隙泄漏量及空化特性的影响。研究结果表明,在额定工况点附近,Б.B.奥夫相尼科夫公式预测口环间隙泄漏特性相对准确,偏流量工况下各经验公式预测精度下降;等体积流量下,工质为液氧时泵效率较常温水介质高4%,口环间隙泄漏量大于水介质下,且泄漏量差值与流量相关;等温条件下,介质温度对口环间隙泄漏量影响较小,额定工况下高温液氧泄漏损失较大;考虑热力学效应后,泵腔口环间隙内的温升随流量减小而增大,120%～40%工况下温升约为1～3 K。液氧泵扬程与效率较等温条件结果略有升高,口环间隙进出口涡量增大、泄漏量明显减小,泄漏量减小数值与流量成反比,最大减小量为3%,同时口环间隙内空化加剧。     

轴向柱塞泵滑靴副间隙泄漏及摩擦转矩特性

探讨了在不同柱塞腔压力、缸体转速和滑靴重心与球窝中心所组成的离心力臂作用下滑靴副间隙泄漏以及摩擦转矩的变化过程.结果表明:柱塞腔压力、缸体转速以及滑靴的离心力臂与其所受的正向压紧力、动压效应以及离心力矩密切相关,它们是影响滑靴副泄漏流量的重要参数;滑靴的摩擦力矩随泄漏流量的增大而增大.液压泵的实际泄漏流量和摩擦转矩损失随柱塞腔压力和缸体转速增大而增大,由于考虑配流副和柱塞副的泄漏与摩擦转矩损失,其实际测试结果较大;滑靴在泵的容积效率和机械效率损失方面所占的比重较小.     

轴向柱塞泵滑靴副热平衡间隙及影响因素分析

为了改善轴向柱塞泵滑靴副润滑特性,考虑滑靴副与油膜之间的热传导关系,提出了一种基于控制体能量守恒定律的滑靴副热平衡间隙公式,讨论不同柱塞腔压力、缸体转速以及进口油液温度对热平衡间隙的影响.研究结果表明,滑靴副的热平衡间隙与材料的线膨胀系数和导热率成反比,影响材料的抗温升变形以及摩擦副的配合性能;滑靴和斜盘因表面温度升高而产生热膨胀,导致热平衡间隙显著减小,与柱塞腔压力、缸体转速以及进口油液温度成正比.因此,滑靴应该选取线膨胀系数和热导率大的材料,对于斜盘则正好相反,以减少滑靴表面磨损.     

变转速工况下电动汽车涡旋压缩机切向泄漏研究

针对电动汽车涡旋压缩机动、静涡旋盘径向间隙产生的切向泄漏问题,文章基于油膜润滑理论计算模型,利用有限差分方法数值求解二维雷诺方程,得出动、静涡旋盘径向间隙上的油膜压力分布规律以及压缩机转速变化时涡旋盘壁面上的油膜承载力和表面摩擦力的变化规律.压缩机性能实验结果表明:随着压缩机转速的增大,泄漏间隙随之减小,表面摩擦力随之...     

轴向柱塞泵柱塞副的摩擦学特性及其表面织构化研究进展

【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。