柱塞泵配流副椭圆开口偏置类抛物线微织构研究

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当前,轴向柱塞泵的发展趋势是:高压、高速、大流量化。实现这些目标就要合理的设计其包含的各类摩擦副,以提升其性能和寿命。配流副作为轴向柱塞泵中最重要的摩擦副,提高其油膜承载压强、降低油膜摩擦系数和油膜泄漏量将会对轴向柱塞泵的整体性能有显著提升。表面微织构被认为是可以提高摩擦副承载性能、抗摩擦磨损性能的有效措施。基于以上原因,本文将表面微织构应用到轴向柱塞泵配流盘工作表面,以期望达到提高轴向柱塞泵配流副的油膜承载压强、降低油膜摩擦系数和泄漏量,进而提高轴向柱塞泵的使用寿命、稳定性和效率。本文对轴向柱塞泵配流盘工作表面椭圆开口偏置类抛物线微织构进行研究,主要研究内容和得出的结论如下:(1)本文选取某国产160CY14泵作为原型泵,建立其配流副各部分对应的三维模型,采用动网格编程对配流副流体域整体进行仿真。对仿真结果分析并计算得出原型配流盘油膜承载压强为7564148.4Pa,摩擦系数为0.0042和泄漏量为0.135L/s。(2)根据椭圆开口偏置类抛物线微织构单元胞孔形状特点,初步确定各个参数。研究不同形状的微织构单元胞孔对空化程度的影响,并得出空化会降低微织构单元胞孔的油膜承载压强和提高摩擦系数,且降低程度与空化体积分数大小有关的结论。在此基础上选取椭圆长轴半径、椭圆短轴半径、深度、偏移量以及RHO值,为五个主要参数设计了五因素五水平正交实验。研究了其对单元胞孔油膜承载压强、摩擦系数和空化体积分数的影响规律;并运用神经网络与遗传学算法对微织构单元胞孔形状参数进行多目标优化分析,确定了微织构单元胞孔最优的形状参数。根据最优参数构建模型,得出其油膜承载压强和摩擦系数的仿真值与无织构模型相比油膜承载压强提升了6.6%,油膜摩擦系数降低了16.67%且没有出现空化。(3)选取微织构在轴向柱塞泵配流盘工作表面上的分布参数——椭圆长半轴与缸体切线速度夹角、微织构单元胞孔间的间距和微织构单元胞孔数量方阵,并结合最优微织构单元胞孔形状参数。通过响应面分析方法分析了微织构在轴向柱塞泵配流盘工作表面上的分布参数对其性能的影响规律,得出最优的织构化配流盘的分布参数。对最优参数的织构化配流副的油膜承载压强、泄漏量和摩擦系数进行了仿真分析,将其结果与原型配流盘进行对比得油膜承载压强提升了13.65%、油膜泄漏量下降了2.96%和油膜摩擦系数降低了15.71%。总之,通过本文的研究证明:运用优化设计理论对椭圆开口偏置类抛物线微织构的结构参数和分布参数进行优化,可以提升配流副的承载、密封和摩擦磨损性能。椭圆开口偏置类抛物线微织构单元胞孔微织构可增加优化参数的寻优空间,便于充分挖掘微织构对提升摩擦副有益性能。本文的研究成果可以推广应用于其它机械结构摩擦副表面,对于提升我国国民经济建设和安全维护机械装备的使用性能、寿命、运行稳定性和效率具有重要意义。该论文有图55幅,表17个,参考文献80篇。
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