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水液压技术作为一种绿色环保节能的液压技术,是当今国际上流体传动及控制学科一个重要的研究方向,也是中国制造2025海洋领域工程的重要研究内容之一。海水轴向柱塞马达是海水液压系统中的一个关键执行元件,在深海资源开采、食品机械、农业机械、市政工程等领域具有广泛的应用前景。鉴于海水的粘度低、润滑性差、腐蚀性强等特点,海水液压马达的研制需要在油压设计理论方法的基础上,综合流体传动与控制、材料学、摩擦学、机械设计、润滑理论、计算机技术和先进制造等学科,进行深入的理论和试验研究。因此,对于海水液压马达的研究具有重要的理论研究意义和工程应用价值。 本文以海水轴向柱塞马达为研究对象,结合轴向柱塞马达的结构紧凑、单位体积输出功率大、额定压力高、寿命长等优点,开展了马达内部流场仿真、空化和配流特性研究,进行了马达零部件故障分析并进行优化,完成了海水轴向柱塞马达样机的研制,开展了样机的性能试验和振动性能测试。主要研究内容包括以下几个方面: (1)考虑海水轴向柱塞马达的结构特点,在建立数学模型和空化模型的前提下,建立马达的几何模型并进行相关参数设置,运用CFD软件PumpLinx软件对马达内部流场的压力变化、空化位置、进出口和配流盘高低压腔的压力和流量脉动变化、柱塞腔压力变化以及马达输出扭矩进行仿真分析。进一步通过仿真,对马达进口压力、转速、背压等因素对马达的影响进行分析。 (2)通过仿真和试验研究,为了提高马达的容积效率,对不同大小窗口的浮动盘、不同的浮动套、不同结构的配流盘进行对比分析。另外,还对马达故障部件进行分析,提出解决材料热处理、机加工出现的硬度低、耐磨差等问题的方法。 (3)研制出海水轴向柱塞马达样机,开发了海水液压试验系统测控软件,完成了海水轴向柱塞马达样机的试验研究,试验结果表明样机在额定转速1500r/min、额定压力为14MPa时的输出扭矩远超过12.5Nm,容积效率远超过80%,达到了项目技术指标。 最后,对本文的研究工作进行了总结,并指出了进一步的研究方向。