高压重载锥形缸体柱塞泵球面配流副油膜润滑特性仿真及结构优化

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轴向柱塞泵是液压装备最为重要的动力元件之一,现代工业对其寿命和可靠性提出了更高要求。配流副作为轴向柱塞泵的关键摩擦副,其润滑能力直接影响轴向柱塞泵的寿命和可靠性。相对圆柱形缸体平面配流副,锥形缸体球面配流副结构紧凑,复位能力强,更适用于高速重载工况。由于针对锥形缸体球面配流副油膜润滑特性的研究较为缺乏,因此本研究对锥形缸体球面配流副开展润滑特性分析和结构优化研究。本研究对锥形缸体的动力学行为进行理论分析,建立球面配流副油膜的润滑模型,探讨工况对油膜压力场、厚度场、泄漏和摩擦的影响规律,分析不同磨损轮廓下球面配流副润滑特性的变化,提出一种多弧槽球面配流盘结构,为锥形缸体球面配流副润滑特性的分析和优化提供理论依据和参考。主要如下:首先,对锥形缸体及柱塞滑靴组件进行运动学和动力学分析,建立考虑油液离心力的球面配流副油膜润滑模型,分析了球面配流副油膜泄漏流量及作用力计算模型,实现了锥形缸体球面配流副润滑特性的分析。其次,分别分析了工作压力和工作转速对球面配流副力学特性、油膜承载特性、润滑特性的影响规律,结果表明,缸体压紧力及力矩均随压力增大而增大,而转速对压紧力影响较小;随着压力和转速增大,泄漏和摩擦增大。然后,对轴向柱塞泵开展了不同时长的高压稳态试验,通过表面轮廓扫描试验,获得不同磨损程度的球面配流盘的形貌;开展了磨损轮廓下的球面配流副仿真,分析磨损形貌对球面配流副承载和润滑特性的影响。结果表明:磨损最先以圆弧状划痕形式出现,集中在内外密封带外缘,同时圆弧状划痕有助于形成动压,改善缸体倾斜、摩擦损失及泄漏损失。最后,提出一种多弧槽球面配流盘结构,对比分析了三种弧槽结构参数下的承载和润滑特性,结果表明该结构可有效提升油膜润滑性能;运用遗传算法对弧槽结构参数进行多目标优化,获得优化后的帕雷托解集;通过设定筛选准则,运用线性加权法筛得最终解集,最终解集个体可有效提升球面配流副润滑性能。
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