重载柱塞泵球面配流副承载特性研究

高压(>35 MPa)、大排量(>500 mL/r)的轴向柱塞泵是大断面隧道掘进装备刀盘驱动系统的核心动力源,在高压、大排量的工况下,轴向柱塞泵的配流副油膜是最易损的摩擦副结构,直接影响柱塞泵的可靠性。为此,针对大排量轴向柱塞泵中球面配流副结构的设计问题,对不同结构配流副的承载特性及压力流量特性进行了研究。首先,采用计算流体力学(CFD)方法,构建了轴向柱塞泵整泵的流场模型,对油膜内关键节点的受力及压力流量特性进行了求解,并通过与台架实验的压力出口数据,对比验证了仿真模型边界设置的准确性;然后,对比分析了不同配流副结构的出口压力流量特性,分别对平面配流副、锥面配流副和球面配流副的泄漏特性及其承载特性进行了计算;最后,分析了不同曲率半径的球面配流副在出口压力流量特性、泄漏特性及承载特性方面的差异,提出了球面配流副结构的优化方案。研究结果表明:在泄漏和承载能力方面,球面配流副均优于传统的平面配流副,并且球面曲率半径会直接影响配流副的泄漏和承载特性;针对排量为750 mL/r的大排量轴向柱塞泵,其最优的球面曲率半径为455 mm,此时的脉动率为13.6%,油膜的承载力达76 kN,此时的球面配流副具有最优的承载特性。