水壓柱塞泵的潤滑基礎(chǔ)研究.pdf

1、勘探和開發(fā)海洋資源需要先進(jìn)的作業(yè)裝備，不僅需要適應(yīng)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(dòng)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(diǎn)。海水液壓技術(shù)直接利用海水作為工作介質(zhì)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，不僅環(huán)保，而且維護(hù)方便，是海洋作業(yè)裝備的理想驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 由于(海)水的強(qiáng)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(xiàn)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(chǔ)研究幾乎沒有，但該部分內(nèi)容對水壓泵的設(shè)計(jì)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(jìn)行了深入的基礎(chǔ)理論和試驗(yàn)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(yīng)調(diào)節(jié)水膜厚度與細(xì)長阻尼孔長度間的矛盾。同時(shí)

3、，利用流體的動(dòng)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(jí)，不能忽略，因此不能直接利用經(jīng)典雷諾方程進(jìn)行摩擦副潤滑特性的設(shè)計(jì)與計(jì)算。論文以N-S方程為數(shù)學(xué)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(yīng)，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(shí)，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(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)水壓摩擦副的流體潤滑機(jī)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(dú)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(shè)置多組彼此獨(dú)立的靜壓支承結(jié)構(gòu)。當(dāng)滑靴傾斜時(shí)，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(gè)抵抗滑靴傾斜的力矩?；诳箖A覆機(jī)理，設(shè)計(jì)了三腔獨(dú)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(dú)立支承滑靴及其它幾種水壓滑

5、靴進(jìn)行了抗傾覆研究，同時(shí)分析了其流量特性和壓力特性，結(jié)果表明三腔獨(dú)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(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡緊現(xiàn)象。同時(shí)，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(kuò)流動(dòng)形狀，使得柱塞朝某一方向

6、偏移，同樣也會(huì)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(yīng)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(fù)載變化能力。論文應(yīng)用解析法近似推導(dǎo)了柱塞副的抗卡緊機(jī)理?；诳箍ňo機(jī)理，設(shè)計(jì)出了具有抗卡緊能力的雙阻尼效應(yīng)柱塞副結(jié)構(gòu)。利用CFD方法對柱塞副的流場壓力分布進(jìn)行了仿真計(jì)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(yàn)證理論研究的正

7、確性，把三腔獨(dú)立支承滑靴副和雙阻尼效應(yīng)柱塞副均制成了樣品進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)分為試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)和深海模擬艙試驗(yàn)。在試驗(yàn)臺(tái)上，主要完成間隙潤滑摩擦副的慣性影響試驗(yàn)、表面粗糙度影響試驗(yàn)、滑靴抗傾覆效果的對比試驗(yàn)和柱塞副的抗卡試驗(yàn)；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(yàn)。 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(chǔ)研究成果進(jìn)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(jī)理研究、滑靴副和柱塞副的性能改善機(jī)理及