考虑表面粗糙度与空化效应的组合密封润滑分析

为了研究表面粗糙度及空化效应对压裂泵柱塞密封副密封性能的影响,基于稳态Reynolds方程,建立了粗糙峰和空化效应影响下组合密封的弹流润滑数值模型.在数值模拟基础上,采用有限体积法求解稳态Reynolds方程,研究了密封副在表面粗糙度影响下的油膜厚度、油膜压力、油膜流速分布规律,以及不同的往复速度和滑环表面粗糙度对密封性能的影响.结果表明,外行程流体动压效应微弱,油膜在空气侧附近会出现空化现象;较高的往复速度有利于减小泄漏量及摩擦阻力;滑环表面粗糙度从0.8μm增加到1.8μm时,净泄漏量与外行程摩擦力分别升高了180.4%和11.17%.因此,在工作过程中应设置较高的往复速度和使用较低粗糙度的滑环以提高密封性能.

喷油器柱塞副动态泄漏及特性

为了研究高压共轨喷油器柱塞副的动态泄漏特性,建立了柱塞副间隙燃油流动的数学模型,通过有限差分法对数学模型进行数值计算,研究了不同轨压下柱塞副燃油的平均动态泄漏率的变化趋势,与试验值进行对比,验证该数学模型的有效性,并分析了轨压、进口燃油温度、柱塞最大升程和喷射脉宽四种因素对柱塞副动态泄漏量的影响及在不同柱塞速度下,油膜压力、厚度和温度参数的变化趋势。结果表明,在一个喷油循环内,动态泄漏率的变化曲线与控制腔油压变化曲线相似,平均动态泄漏率随着喷油器的轨压、入口燃油温度和柱塞最大升程的增加而增加,但随着喷射脉宽的增加而减小;随着柱塞速度由正速度到负速度的过程,油膜的厚度逐渐变薄,油膜的温度整体上升,油膜的压力变小。

穿山甲鳞片型织构柱塞副减摩和泄漏特性分析

针对内曲线径向马达柱塞副的磨损和泄漏制约液电能量回收系统效率的问题,提出在柱塞结构表面仿穿山甲鳞片型织构以减小摩擦和泄漏的方法。采用双抛物线平移的方法表征出穿山甲鳞片型织构的数学模型,结合雷诺方程建立油膜承载力和摩擦因数仿真模型,对比分析无织构柱塞和织构柱塞的油膜压力、摩擦因数和柱塞副间隙泄漏随织构面积率的变化关系。结果表明:织构柱塞比无织构柱塞的油膜压力高出10%~35%,且具有更高的承载力和更低的摩擦因数;织构柱塞副比无织构柱塞副间隙的泄漏量减少了13.8%~27.8%,表明织构对柱塞副的密封性能有一定的提升作用。仿穿山甲鳞片型柱塞织构结构对提升液压马达液电能量回收系统的效率有显著效果。

基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解方法

通过改进轴向柱塞泵的滑靴副与柱塞的结构设计以稳定建立滑靴油膜,这是轴向柱塞泵当前的研究热点之一。柱塞泵滑靴副油膜厚度的动态特性对分析柱塞泵滑靴副的支撑特性至关重要,为此,提出了一种基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解新方法。首先,对滑靴副的受力平衡机理进行了分析,并构建了柱塞泵运动学和动力学模型;然后,构建了柱塞泵整泵流场仿真模型,求解了包含滑靴底部支撑力、柱塞腔压力等在内的滑靴副支撑动态边界,并采用容积效率试验数据验证了整泵流场仿真的准确性;最后,建立了滑靴副油膜承载模型,分析了滑靴副油膜支撑特性,提出了基于插值计算理论的柱塞泵滑靴副油膜承载尺度动态求解方法,对1600 r/min与600 r/min两种典型工况的滑靴副油膜动态进行了计算。研究结果显示:大排量柱塞泵转速为1600 r/min时,柱塞惯性力导致高压侧油膜厚度进一步减薄,高压转低压过程中,柱塞腔内出现压力骤降,使滑靴副油膜无法形成,导致滑靴与斜盘发生刚性接触,在该区域内发生异常磨损;而在低转速工况(600 r/min)时,滑靴底面能够有效形成油膜,保证柱塞泵低速运行的可靠性。这表明基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解方法可以快速地对不同工况下的柱塞泵滑靴副油膜厚度进行求解。

径向柱塞泵柱塞副润滑特性分析

柱塞副是径向柱塞泵的关键摩擦副之一,其润滑特性对泵的使用寿命产生很大影响,因此开展径向柱塞泵柱塞副的润滑特性研究。首先对柱塞副进行受力分析,分析动压支承下的柱塞副油膜受力,然后建立柱塞副油膜厚度方程以及柱塞副油膜雷诺方程;其次建立柱塞副稳态油膜模型,借助流体仿真软件对柱塞副油膜压力进行分析,结果表明,柱塞腔压力对柱塞副油膜压力的影响很大,为超高压下径向柱塞泵的研究奠定基础。

考虑弹性变形的柱塞泵柱塞副润滑及泄漏特性研究

针对航空柱塞泵关键摩擦副存在的摩擦磨损严重、泄漏量大等关键问题,引入压力流和剪切流影响因子,修正间隙流动的雷诺控制方程,然后采用有限元方法,考虑柱塞副弹性变形的影响,对柱塞副的润滑及泄漏特性进行分析。结果表明:考虑衬套弹性变形条件下的最大油膜压力小于刚性衬套条件下的,且油膜压力在靠近柱塞两端的位置时略微大于未考虑弹性变形的情况下的;刚性衬套的最小油膜厚度小于弹性衬套的,考虑弹性变形的油膜厚度沿轴向呈两端急速增大、中间较为平坦的“开口簸箕形”,而刚性衬套沿轴向的油膜厚度呈一条直线,且沿周向方向的衬套最大变形量约为沿轴向的2倍;当压差和柱塞的偏心率增大时,单个柱塞副的泄漏比大部分呈近似线性增大的趋势,当单边间隙增加到3μm以上时,泄漏比显著增大。

轴向柱塞泵球面配流副可靠性评估

球面配流副结构紧凑、承载面积大、抗倾覆力矩能力强,是高压大流量柱塞泵常用结构之一,其可靠性评估是柱塞泵可靠性的关键部分。提出一种对柱塞具有一定倾斜角度的球面配流副的疲劳裂纹和磨损退化的可靠性评估方法。建立球面配流副油膜的分布模型,获得内外密封带的压力表达式,实现配流副的受力分析。通过球面配流副ANSYS仿真模型并分析缸体薄弱环节,基于Miner准则对缸体进行疲劳可靠性分析。基于逆高斯理论计算球面配流副的磨损可靠度。最后将疲劳可靠性和磨损可靠性相结合,研究其整体可靠性。研究结果表明:柱塞倾斜的轴向柱塞泵的球面配流副的最薄弱环节为高低压腔孔交界的尖角处,在给定的应力条件下,存活率为50%时,该设备的最低循环次数为4.839×109次,缸体寿命为31 839.52 h;整体应力循环次数的数量级与疲劳和磨损可靠性中循环次数数量级较低的一致,因此在多种可靠性相结合时,整体可靠性降低。

柱塞副油膜温度分布的数值分析

在忽略温度在油膜厚度方向的变化而将温度求解视为二维问题的条件下,采用数值方法研究了轴向柱塞泵马达柱塞副油膜的温度分布规律。假设膜厚分布已知,通过黏温黏压关系方程、雷诺方程和能量方程联合求解,得出柱塞副油膜的温度分布。结果表明,按二维绝热模型计算的温升比传统的解析法更接近实测值,计算出的温度分布规律与实际测试结果一致。

压裂泵柱塞密封副优化技术的发展与展望

为了打破压裂泵柱塞密封副优化技术的瓶颈、进一步提升压裂设备的工作性能、实现油气增产,从压裂泵柱塞密封系统的实际工况和密封机理出发,概述了压裂泵柱塞密封副失效的研究现状,梳理和总结了现有的压裂泵柱塞密封副优化技术;在此基础上,结合摩擦学和材料学等相关领域的最新研究成果,对我国压裂泵柱塞密封副优化技术未来的发展提出了建议和展望。研究结果表明:①表面织构技术已被证实能显著降低柱塞密封副的摩擦磨损,应积极设计和开展压裂泵实际工况下的全尺寸织构化柱塞密封系统试验,以推动表面织构化柱塞的应用进程;②针对橡胶密封件的性能短板以及压裂泵柱塞密封系统的工作要求,亟需采用材料改性技术来进一步增强密封橡胶的综合性能;③表面织构技术、表面涂层技术、材料改性技术在减摩抗磨等方面的协同效应决定了将其复合成压裂泵柱塞密封副优化新技术的可行性和必要性,未来应着手解决复合技术在压裂泵工况下的实际应用问题。结论认为,我国油气资源的勘探开发现状对压裂设备的工作性能提出了更高的要求,压裂泵柱塞密封副的优化必须结合自身实际,对多学科领域的相关理论和方法进行借鉴、消化、吸收与再创新,进而形成一套符合我国实际的压裂泵柱塞密封副优化技术。

高压共轨柱塞泵柱塞副摩擦学研究

柱塞偶件作为高压共轨柱塞泵的重要精密偶件之一,柱塞与柱塞套之间的油膜特性直接影响泵的寿命。柱塞受到的径向力对油膜的厚度产生影响,可能产生润滑不良、加剧磨损。对柱塞油膜厚度的研究有助于解释其磨损失效原因。通过进行柱塞受力分析、油膜压力分析得出油膜厚度的变化情况。通过仿真计算不同柱塞位置的油膜厚度分布,得出柱塞副易受磨损的部位,并研究不同工作压力对油膜厚度的影响。对磨损后的柱塞偶件进行电镜扫描,分析其磨损机制。结果表明:当凸轮转过180°时,柱塞上端油膜最薄,此处最易磨损;当凸轮处于0°时,柱塞套下端油膜最薄;工作压力增大,油膜厚度减小。由电镜扫描结果可知,其主要磨损方式是黏着磨损和硬质颗粒的犁沟效应。

基于ANSYS抽油泵筒-柱塞摩擦副磨损规律分析

针对缺少在模拟工况下对抽油泵摩擦副进行优化分析的现状,研究了抽油泵泵筒-柱塞摩擦副在模拟工况下的磨损状态,建立了泵筒-柱塞模型,设计正交试验研究了摩擦副在不同配合间隙下,不同因素水平对其磨损状态的影响程度,确定了磨损最优的因素水平组合。研究结果表明:摩擦副的配合间隙越大,其摩擦应力和磨损体积均显著增大,配合间隙减小后,整体磨损体积减小了10.05%且磨损状态有所改善;当单边间隙为0.05 mm时,60 s内泵筒涂覆层表面磨损体积为0.184 13~0.376 83 mm^(3),当液体压力为10 MPa,涂覆层硬度为1 150 MPa,抽油杆冲程为300 mm,液体润滑摩擦因数为0.11时,摩擦副减摩抗磨效果最好。所得结论可以为抽油泵的合理选用提供技术指导。

角域多信息熵融合算法的EHA柱塞泵滑靴副状态评估方法

滑靴副是电静液执行器(Electro-hydrostatic Actuator,EHA)柱塞泵中受力最为复杂和薄弱环节,在变转速极端工况下对其健康状态进行有效评估对于EHA的安全稳定运行尤为重要。针对滑靴副在变转速工况下磨损故障特征机理复杂、难以揭示的问题。提出一种基于角域多信息熵融合算法的新状态评估方法,结合阶比分析与信息熵理论,针对EHA变转速极端工况提出“角域信息熵”新概念,运用BP神经网络和D-S证据理论构建基于角域多信息熵融合的滑靴磨损状态评估模型;最后在恒压变转速工况条件下,以滑靴外边缘偏磨磨损故障为例对评估模型进行测试试验验证和结果分析,证实状态评估方法有效性和评估结果的准确性。

车用柱塞泵配流副径向表面轮廓对稳态润滑特性影响的研究

使用表面形貌仪实际测量了配流盘径向表面轮廓,同时假设缸体径向表面轮廓具有理想型、内凹型和内凸型3种类型,并使用倾斜方位描述法建立了考虑径向表面轮廓的油膜厚度模型;结合柱坐标系下稳态润滑控制方程,对比分析3种径向表面轮廓对偶形式配流副的动压力分布及其效果,最后搭建稳态润滑试验台进行试验验证。试验与仿真结果表明:与实测配流盘配合的理想平整缸体动压生成能力最强,但因加工问题无法实际应用,内凹型缸体动压能力次之,可应用于配流副工程设计,而内凸型缸体生成动压能力最差;内凹型缸体-实测配流盘对偶的配流副摩擦因数符合经典Stribeck曲线,其反映润滑状态转变的临界速度随负载的增大而升高。

水压轴向柱塞泵滑靴的倾侧问题及平衡设计

滑靴副的偏磨是水压轴向柱塞泵实际工作中常见的问题,通过力学分析给出了滑靴倾侧的成因,提出了减小倾侧的一些具体措施。

残留容积对柱塞泵容积效率的影响

为提高柱塞泵的工作效率,研究了残留容积和柱塞副间隙对柱塞泵效率的影响.通过理论分析发现由于多缸运作,减小残留容积可以有效地提高柱塞泵的容积效率,但过多地减小柱塞腔容积,会使得柱塞由于过热而产生"咬死"现象,这个问题通过增大柱塞副间隙可以得到改善.结合状态平衡和流体力学,推导出柱塞副周向摩擦力的受力方程.仿真数据表明,随着柱塞副间隙的增大,其所受周向摩擦力也增大,并且损失了泵的机械效率.因此,需适当调节残留容积来提高柱塞泵的效率.

轴向柱塞马达连杆滑靴与斜盘摩擦副烧损原因判断和改进

本文介绍采用。日D_L三项性能指标验算的方法,通过实例判断轴向柱塞马达中滑靴与斜盘摩擦副的烧损原因是由静压支承设计不合理所造成,改进后试验成功。

某型锥形缸体斜盘式轴向柱塞泵配流冲击研究

轴向柱塞泵柱塞腔在吸排油区的高低压转换过程中会产生配流冲击,从而引发柱塞泵产生振动以及噪声,为了减小某型斜盘式轴向柱塞泵配流副的配流冲击,建立了考虑摩擦副泄漏影响的柱塞腔油液压力变化的数学模型与AMESim仿真模型,研究了不同配流结构对柱塞泵配流冲击的影响。首先,基于对目标泵的运动学分析,建立了柱塞泵配流冲击的数学模型;然后,基于建立的数学模型,利用Python软件分析了油液的可压缩性、配流盘错配角、过渡角以及减振孔结构尺寸对于柱塞腔油液压力波动的影响关系,提出了针对目标泵的优化方案;最后,基于AMESim软件的子模型二次开发功能,搭建了目标泵的仿真模型,对理论计算得出的优化方案进行了仿真分析与验证。研究结果表明:通过调整配流盘的过渡角以及减振孔等结构的尺寸,可以有效减小柱塞泵在运行过程中的配流冲击,在额定工况下目标泵的流量脉动率由35.59%减小为20.23%,降低了15.56%;该研究提出的轴向柱塞泵配流冲击优化方法,可以为轴向柱塞泵的设计和优化提供参考。

柱塞泵柱塞密封摩擦副润滑状态分析

根据流体动压润滑理论,对柱塞泵柱塞密封摩擦副的润滑机理进行了理论分析,即在泵的排出行程由强制性润滑油润滑,泵的吸入行程由工作介质润滑;并利用最小油膜厚度的计算公式,对摩擦副的润滑状态进行了判断。模拟计算表明,在柱塞往复运动周期内,摩擦副处于干、混合摩擦状态,工作介质和强制润滑油可改善润滑状态,且润滑油的选择也是至关重要的。

凹坑表面织构对高水基球铰副润滑性能的影响

针对高水基球铰副由于在较恶劣工况下存在倾侧偏载效应凸显、磨损和机械效率损失加剧等使其难以满足高压大流量轴向柱塞泵液压动力需求的问题,以球铰副为研究对象,将不同的凹坑布置在滑靴球凹表面,结合理论计算结果并采用CFD(计算流体力学)方法,对球铰副在高水基乳化液中的润滑模型进行数值模拟,通过分析油膜上表面的压力分布、凹坑截面的速度分布,寻求不同表面织构的减磨机理及凹坑几何参数对承载力的影响规律。最后通过试验分析摩擦磨损情况,并与仿真进行对比。研究结果表明:油膜上的压力沿着凹坑的分度圆逐渐减小;乳化液在凹坑中流动时速度最大(位于前半凹坑内);工况参数和几何参数对油膜承载力的影响顺序为坑形>转速>面积率>深径比>高水基乳化液浓度>膜厚;膜厚4.5μm、转速1500 r/min、高水基乳化液浓度3%、深径比0.1、面积率10%的圆柱坑为最优水平组合;3种凹坑的承载力由大到小为圆柱坑>圆锥坑>圆球坑;高水基乳化液浓度3%的摩擦因数最小,在0.2左右。仿真和试验结果均表明,高水基乳化液介质环境下具有凹坑形表面织构的球铰副减阻降摩效果较普通光滑表面突出。获得了高水基球铰副表面织构化对其润滑性能的影响规律,可为提高轴向柱塞泵润滑性能和机械效率提供参考。

考虑柱塞两种姿态的柱塞副燃油泄漏研究

高压共轨喷油器运行时柱塞的姿态会有偏心和倾斜状态,为了更加全面地研究柱塞副的泄漏情况,建立了考虑柱塞姿态的柱塞副间隙流动数学模型,包括雷诺方程、油膜厚度方程、油膜截面速度方程、非等温流动方程、稳态导热方程和燃油物性参数方程,并对这些方程进行了基于有限差分法的数值分析。利用该数学模型计算了燃油泄漏速率,并与经典公式计算的燃油泄漏速率以及试验值进行对比,验证了该研究模型的有效性。经分析得出了柱塞在柱塞套内倾斜状态下和偏心状态下,间隙燃油的泄漏速率、油膜厚度、温度、密度、黏度和比热容的变化趋势。