水壓柱塞泵的潤滑基礎研究.pdf

1、勘探和開發(fā)海洋資源需要先進的作業(yè)裝備，不僅需要適應高壓、低溫、無光、缺氧等惡劣的環(huán)境條件，而且更要遭受海水介質(zhì)的腐蝕和剝蝕。水壓驅(qū)動技術(shù)以自來水或海水作為工作介質(zhì)，具有環(huán)保、安全和介質(zhì)獲取方便等優(yōu)點。海水液壓技術(shù)直接利用海水作為工作介質(zhì)進行動力驅(qū)動，不僅環(huán)保，而且維護方便，是海洋作業(yè)裝備的理想驅(qū)動系統(tǒng)。 由于(海)水的強腐蝕性、低粘度和較差的潤滑特性，使得(海)水液壓技術(shù)面臨許多技術(shù)難題，比如元件的腐蝕、泄漏和磨損等。通過文獻檢

2、索和檢索結(jié)果的對比分析發(fā)現(xiàn)，目前對水壓泵關(guān)鍵摩擦副流體潤滑特性的基礎研究幾乎沒有，但該部分內(nèi)容對水壓泵的設計卻具有十分重要的意義和作用。因此，論文對(海)水壓柱塞泵的關(guān)鍵摩擦副-滑靴副和柱塞副的潤滑特性進行了深入的基礎理論和試驗研究，提出了具有較好潤滑特性的新型滑靴副和柱塞副結(jié)構(gòu)。 (海)水的粘度很小，使得摩擦副的泄漏流量較大。為了使水壓滑靴副具有較好的綜合特性，利用滑靴中的短阻尼孔效應調(diào)節(jié)水膜厚度與細長阻尼孔長度間的矛盾。同時

3、，利用流體的動靜壓混合支承原理提出了一種新型的滑靴結(jié)構(gòu)，具有更好的支承潤滑特性。在(海)水液壓元件的摩擦副間隙流場中，慣性力具有和粘性力幾乎相同大小的數(shù)量級，不能忽略，因此不能直接利用經(jīng)典雷諾方程進行摩擦副潤滑特性的設計與計算。論文以N-S方程為數(shù)學模型，利用解析法和CFD方法研究了水壓滑靴副和柱塞副中的慣性效應，分析了慣性對兩種摩擦副流量特性和壓力分布特性的影響。同時，研究了摩擦副表面粗糙度對間隙潤滑流場流態(tài)的影響以及對摩擦副泄漏流量

4、的影響，有利于更加準確地認識水壓摩擦副的流體潤滑機理。 對于普通的水壓滑靴副，抗傾覆能力較差，對材料和表面處理提出了較高的要求。利用多腔獨立靜壓支承的原理，提出一種新型的滑靴副結(jié)構(gòu)，在滑靴上設置多組彼此獨立的靜壓支承結(jié)構(gòu)。當滑靴傾斜時，小間隙中的支承壓力局部增加，大間隙中的支承壓力局部減小，從而產(chǎn)生一個抵抗滑靴傾斜的力矩。基于抗傾覆機理，設計了三腔獨立支承的水壓滑靴結(jié)構(gòu)。利用CFD方法對普通滑靴、三腔獨立支承滑靴及其它幾種水壓滑

5、靴進行了抗傾覆研究，同時分析了其流量特性和壓力特性，結(jié)果表明三腔獨立支承滑靴具有更好的抗傾覆性能。 柱塞副是水壓泵和水壓閥等水壓元件中的重要摩擦副之一。在水壓軸向柱塞泵中，由于滑靴受到水膜的支承力作用，使得柱塞總是在柱塞孔中處于傾斜狀態(tài)，造成柱塞和缸體柱塞孔間存在一定程度的磨損，嚴重時會出現(xiàn)卡緊現(xiàn)象。同時，由于制造誤差的原因，柱塞和柱塞孔具有一定的橢圓度，即柱塞副的徑向間隙不等，因此流場中可能存在漸擴流動形狀，使得柱塞朝某一方向

6、偏移，同樣也會造成卡緊現(xiàn)象。為了提高柱塞的抗卡緊能力，提出了利用靜壓支承原理工作的雙阻尼效應柱塞副，使水流經(jīng)阻尼小孔和支承腔室后，再通過徑向間隙流出，從而形成靜壓支承結(jié)構(gòu)，使水膜具備一定的抗負載變化能力。論文應用解析法近似推導了柱塞副的抗卡緊機理。基于抗卡緊機理，設計出了具有抗卡緊能力的雙阻尼效應柱塞副結(jié)構(gòu)。利用CFD方法對柱塞副的流場壓力分布進行了仿真計算和分析，結(jié)果表明新型柱塞結(jié)構(gòu)具有較好的抗卡緊能力。 為了驗證理論研究的正

7、確性，把三腔獨立支承滑靴副和雙阻尼效應柱塞副均制成了樣品進行試驗。試驗分為試驗臺試驗和深海模擬艙試驗。在試驗臺上，主要完成間隙潤滑摩擦副的慣性影響試驗、表面粗糙度影響試驗、滑靴抗傾覆效果的對比試驗和柱塞副的抗卡試驗；在深海模擬艙中主要完成滑靴副和柱塞副的磨損狀況對比試驗。 最后，論文對水壓軸向柱塞泵關(guān)鍵摩擦副潤滑特性的基礎研究成果進行了總結(jié)，主要包括慣性和表面粗糙度對摩擦副潤滑特性的影響等機理研究、滑靴副和柱塞副的性能改善機理及