Investigation on the Radial Micro-motion about Piston of Axial Piston Pump

The limit working parameters and service life of axial piston pump are determined by the carrying ability and lubrication characteristic of its key friction pairs. Therefore, the design and optimization of the key friction pairs are always a key and difficult problem in the research on axial piston pump. In the traditional research on piston/cylinder pair, the assembly relationship of piston and cylinder bore is simplified into ideal cylindrical pair, which can not be used to analyze the influences of radial micro-motion of piston on the distribution characteristics of oil-film thickness and pressure in details. In this paper, based on the lubrication theory of the oil film, a numerical simulation model is built, taking the influences of roughness, elastic deformation of piston and pressure-viscosity effect into consideration. With the simulation model, the dynamic characteristics of the radial micro-motion and pressure distribution are analyzed, and the relationships between radial micro-motion and carrying ability, lubrication condition, and abrasion are discussed. Furthermore, a model pump for pressure distribution measurement of oil film between piston and cylinder bore is designed. The comparison of simulation and experimental results of pressure distribution shows that the simulation model has high accuracy. The experiment and simulation results demonstrate that the pressure distribution has peak values that are much higher than the boundary pressure in the piston chamber due to the radial micro-motion, and the abrasion of piston takes place mainly on the hand close to piston ball. In addition, improvement of manufacturing roundness and straightness of piston and cylinder bore is helpful to improve the carrying ability of piston/cylinder pair. The proposed research provides references for designing piston/cylinder pair, and helps to prolong the service life of axial piston pump.

微型高速轴向柱塞泵转子系统力矩损失仿真分析

微型高速轴向柱塞泵转子系统在充满油液的壳体内高速旋转时,产生较大的力矩损失,影响柱塞泵的效率。首先,建立了轴向柱塞泵转子系统力矩损失仿真模型。其次,分析了其力矩损失组成和柱塞泵转速与斜盘倾角对其力矩损失的影响。最后,通过不同切片位置下柱塞泵转子系统油液速度场和压力场分布特点,分析了其力矩损失。结果表明:转子系统压差力矩损失约为其黏性摩擦力矩损失的11倍,其中,柱塞-滑靴压差力矩损失约占70%;随着转角的变化,压差力矩损失波动较大,黏性摩擦力矩损失几乎保持稳定。油液压力呈梯形分布且51.4°周期性剧烈波动,由旋转中心到壳体内壁压力逐渐增大;同时,靠近出油口和下止点位置处,油液压力较小。

规则分布微凹坑对配流副泄漏量的影响

提出了一种织构化配流副泄漏量的新计算方法,研究了圆柱形微凹坑直径、深度和面积率对配流副泄漏量的影响,并进行了初步的机理分析.结果表明:随着微凹坑深度的增加,泄漏量随之减小;在相同的面积率下,较小直径的微凹坑具有较小的泄漏量;轴向柱塞泵配流副缸体的转动速度对泄漏量几乎没有影响;配流副工作压力与泄漏量成正比.计算结果可为选择符合配流副工况的圆柱形微凹坑几何参数提供指导.

深海水下滑翔器浮力驱动系统设计

以微型轴向柱塞泵为核心的高压浮力驱动系统是1 000 m以深水下滑翔器和剖面浮标优先采用的重要动力单元。文中首先介绍了当前国际上水下滑翔器和剖面浮标两型剖面运动平台的浮力驱动系统的种类及应用,然后以1 000 m以深水下滑翔器为例,系统地阐述了其高压浮力驱动系统的工作原理和设计方法,以及绝对排油量测量、吸油口气锁防止和柱塞偶件精密配合等核心问题。设计制作出精密、高效而且可靠的高压浮力驱动系统,可以为我国剖面观测平台的进一步发展起到推进作用。

轴向柱塞泵滑靴副润滑特性实验台的研制

介绍了轴向柱塞泵滑靴副润滑特性实验台的功能、系统组成、结构以及测量原理。此实验台适用于油和水两种 介质的滑靴副润滑膜测量,可以进行高压高转速大流量泵的滑靴副油膜厚度测量研究及各种模拟工况下的滑靴副的润滑特 性的实验研究。

表面微坑对高压轴向柱塞泵滑靴副油膜性能的影响

高压轴向柱塞泵滑靴副在油润滑条件下工作,零件的表面结构对接触面油膜性能有重要影响。选择锥形、圆柱形、方形3种不同形貌微坑开设于滑靴底部,探讨在高速高压工况下,当滑靴表面微坑形貌参数改变时,油膜承载能力及温升的变化规律。基于滑靴副静压润滑原理,利用有限元分析方法,研究在相同工况下,微坑形貌、面积率及深径比对35 MPa高压轴向柱塞泵滑靴副油膜压力与温度变化的影响。结果表明:锥形截面油膜承载能力最佳,在一定范围内,接触面平均压力随深径比的增加明显增大;方形表面在面积率小、深径比大时具有最小温升;合理倾斜微坑底面,优化表面形状,选择较大的深径比,能获得良好的油膜性能。

微型高速轴向柱塞泵动力学特性分析

微型高速轴向柱塞泵动力学特性影响其工作性能和寿命,主轴与缸体的振动响应以及质心轨迹可反映其动力学特性。对微型高速轴向柱塞泵结构进行合理简化,建立了其运行工况下的动力学模型。分析了工况压力21 MPa,转速分别为18000,20000,23000 r/min时,主轴与缸体的振动位移频谱、倾覆角度频谱和质心轨迹;分析了工况转速20000 r/min,压力分别为14,21,28 MPa时,主轴与缸体的振动位移频谱、倾覆角度频谱和质心轨迹。研究结果表明:振动位移需关注偶倍频,倾覆角度需关注奇倍频,部分谐波振动响应随压力的增大而增大,主轴与缸体的质心轨迹呈扇叶形状。

微台阶对滑靴副微运动姿态及油膜润滑的影响

针对轴向柱塞泵中滑靴副的倾覆和偏磨问题,建立了一种滑靴副润滑数值模型和耦合求解器.在此基础上探究了滑靴产生倾覆的原因,并提出了一种微台阶来改进滑靴结构.通过仿真计算,进一步对比了不同微台阶结构参数对滑靴副姿态和油膜润滑的影响.结果表明:微台阶有助于滑靴副油膜的形成,改善油膜润滑性能;微台阶深度对滑靴微运动姿态、油膜压力和油膜厚度的影响比宽度大;所提出的数值模型和微台阶结构有助于轴向柱塞泵的优化设计,并能有效防止滑靴产生偏磨来提高柱塞泵的可靠性和寿命.

柱塞副微运动轨迹及微倒角对其影响分析

针对轴向柱塞泵柱塞副由于接触造成的磨损问题,建立了柱塞副油膜弹性流体动压润滑数值仿真模型,在此基础上分析了柱塞在缸体孔内微运动轨迹及柱塞与缸体接触状态.提出了柱塞微深度倒角的结构改进措施,通过仿真对比了不同尺寸倒角对接触程度的影响.结果表明:微深度倒角有利于减少柱塞与缸体孔的接触,倒角深度对减少接触的作用比倒角长度更加明显;所提出的数值模型和改进措施有利于实现柱塞泵的优化设计,通过降低柱塞副的磨损最终提高柱塞泵的寿命和可靠性.