Dynamic Characteristics of Lubrication and Wear Prediction of Slipper/Swash-Plate in Axial Piston Pumps

A novel dynamic model describing the slipper posture of the swash plate in axial piston pumps is proposed, taking into account the hydrodynamic and squeezing effects, which involves three degrees of freedom. The variation in the lubricating film thickness and the slipper tilt are accurately calculated. The influence of hydrodynamic effects and charging pressure on the slipper lubrication is discussed. The minimum film thickness, the overturning angle and the azimuth angle are obtained.Then, the trajectory of minimum thickness on the friction surface of the swash plate is predicted, the accuracy of which can be verified with the abrasion distribution of an actual swash plate. Research results can predict the durability and provide theoretical help for the design of the slipper.

基于分形理论的静压支承滑靴系统摩擦自适应特性分析

静压支承滑靴副比一般的滑动摩擦副具有更好的摩擦自适应特性,对滑靴的早期磨损有一定的修复效果,但其摩擦自适应机理目前尚不明确。为此,基于分形理论,采用分形维数、尺度系数等分形参数描述滑靴表面形貌,对摩擦自适应过程进行理论分析,开展磨损试验并以分时段更换试件的试验方法观察分形参数的变化情况,得到分形参数对摩擦学特性的影响规律,揭示滑靴摩擦自适应机理。结果表明,滑靴副在发生早期磨损后,分形维数呈增大-减小-再增大-再减小的变化过程,尺度系数和摩擦系数呈减小-增大-再减小-再增大的变化过程,滑靴在早期磨损阶段呈现出显著的摩擦自适应特性,其表面性能表现出劣化-修复-再劣化-再修复的变化特征。

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。

基于Archard磨损模型的采煤机导向滑靴磨损特性研究

为了研究采煤机导向滑靴导向槽磨损规律,以某型号采煤机导向滑靴作为研究对象,基于Archard磨损模型建立了导向滑靴数学磨损模型,使用ABAQUS软件对导向滑靴与销排的相对滑动进行了仿真,分析了导向槽表面的磨损特性,探究了滑移距离对导向槽磨损的影响规律。研究结果表明:磨损初期导向滑靴与销排的实际接触面积逐渐增大,接触压力逐渐减小;采煤机运行100 km时导向滑靴的最大磨损深度为4.379 mm,对于耐磨层厚度为6 mm的导向滑靴,采煤机运行450 h后考虑对导向滑靴进行检修。

Experimental Research on the Dynamic Lubricating Performance of Slipper/Swash Plate Interface in Axial Piston Pumps

The interface between the slipper/swash plate is one of the most important frication pairs in axial piston pumps.The test of this interface in a real pump is very challenging.In this paper,a novel pump prototype is designed and a test rig is set up to study the dynamic lubricating performance of the slipper/swash-plate interface in axial piston machines.Such an experimental setup can simulate the operating condition of a real axial piston pump without changing the relative motion relationship of the interfaces.Considering the lubricant oil film thickness as the main measurement parameter,the attitude of the slipper under the conditions of different load pressure,rotation speed and charge pressure are studied experimentally.After the test,the wear state of the swash plate is observed.According to the friction trace on the surface of the swash plate,the prediction for the attitude of the slipper and the zone easy to wear are verified.

LUBRICATION FILM FORMATION MECHANISM OF SLIPPER PAIRS IN LOW SPEED HIGH TORQUE HYDRAULIC MOTORS

Pressure-flow analytical formulas of lubrication film of slipper pairs on camshaft connecting rod type low speed high torque （LSHT） hydraulic motors are put forward. The bottom surface of slipper pairs is rectangle, and the effect of squeeze flow and pressure differential flow is considered. The dynamic process of lubrication film formation through squeezing is numerically studied by computer simulation. Effects of supply pressure, initial lubrication film thickness, velocity damping coefficient, loading impact and gravity, etc are studied. Advantages of novel slipper pairs with large oil cavity area are pointed out.

Prediction of Leakage from an Axial Piston Pump Slipper with Circular Dimples Using Deep Neural Networks

Oil leakage between the slipper and swash plate of an axial piston pump has a significant effect on the efficiency of the pump.Therefore,it is extremely important that any leakage can be predicted.This study investigates the leakage,oil film thickness,and pocket pressure values of a slipper with circular dimples under different working conditions.The results reveal that flat slippers suffer less leakage than those with textured surfaces.Also,a deep learning-based framework is proposed for modeling the slipper behavior.This framework is a long short-term memory-based deep neural network,which has been extremely successful in predicting time series.The model is compared with four conventional machine learning methods.In addition,statistical analyses and comparisons confirm the superiority of the proposed model.

Parametric analysis of thermal effect on hydrostatic slipper bearing capacity of axial piston pump

Hydrostatic slipper was often used in friction bearing design, allowing improvement of the latter's dynamic behavior. The influence of thermal effect on hydrostatic slipper bearing capacity of axial piston pump was investigated. A set of lumped parameter mathematical models were developed based on energy conservation law of slipper/ swash plate pair. The results show that thermal equilibrium clearance due to solid thermal deformation periodically changes with shaft rotational angle. The slipper bearing capacity increases dramatically with decreasing thermal equilibrium clearance. In order to improve the slipper bearing capacity, length-to-diameter ratio of fixed damper varies from 3.5 to 8.75 and radius ratio of slipper varies from 1.5 to 2.0. In addition, the higher slipper thermal conductivity is useful to improve slipper bearing capability, but the thermal equilibrium clearance is not compromised.

Pressure distribution of combining center cavity slipper for axial piston pump

In order to improve lubricating characteristics of slippers in an axial piston pump, the combining center cavity slipper approach was proposed based on slipper shape and moving characteristic. The cylindrical coordinate was used in the lubricant area and mesh was made. The blockweight approach was implemented to deal with non-coincidence of mesh and shallow recess border in numerical method. The finite control volume method was applied in calculating pressure distribution. The flow conservation equation and film thickness model were resolved through Gauss-Siedel relaxation iteration. The calculation and analysis results indicate that compared to the slipper （1） slip- per pressure distribution is improved; （2） hydrodynamic pressure of the combining slipper is greatly increased; （3） inclining degree is greatly reduced; （4） negative pressure in lubricant film disappear. So the combining center cavity slipper is lubricated better.

基于倒频谱的轴向柱塞泵松靴故障特征提取

松靴故障会引起轴向柱塞泵的振动和噪声增大,甚至演变为脱靴导致泵与系统严重损坏。为检测松靴故障,需提取故障特征,但松靴故障特征尚不明确。为此,分析了松靴故障机理,搭建了柱塞泵机液耦合仿真模型,建立了松靴与壳体轴向振动信号间的映射关系。采用倒频谱分析方法,提取了正常与两种松靴程度下的信号特征。搭建了轴向柱塞泵单松靴故障试验台,通过实际跑合得到了两种松靴量的柱塞滑靴组件,在不同转速和压力工况下采集壳体轴向振动信号。基于倒频谱方法分析松靴的故障特征,并验证仿真结果。结果表明:倒频谱对松靴故障振动信号敏感,其中转轴基倒频率对应频谱中单松靴故障产生的冲击频率,是松靴的故障特征;倒频谱转轴基倒频率一次谐波处的幅值,随着松靴故障程度的增大而增大。

基于CFD的滑靴副多场耦合特性研究

滑靴副作为斜盘式轴向柱塞泵的主要摩擦副之一,长期工作于高速、高压、高温等一些复杂极端环境中.本文建立了滑靴副中流场的基本控制方程,构建了滑靴副多物理场耦合的有限元模型,通过CFD技术对滑靴副流场进行模拟分析,并在此基础上对滑靴副流-固-热多物理场耦合进行仿真,得到不同工况下油液的压力场和速度场的变化规律以及流体的压力和温度对滑靴副的总变形量、应力的影响.结果表明,随着工作压力增大,油液在阻尼管路中压力损失增加,油腔内涡旋个数及尺寸增大.除此之外还发现滑靴副变形量和最大应力对油液温度较为敏感.本文工作为滑靴副的结构设计提供了一定的技术支持,并且对于提高滑靴副的整体性能有着重要的意义.

扫描电镜/能谱法结合多元统计学对塑料拖鞋的分类研究

建立一种将扫描电镜/能谱法与多元统计学结合分析塑料拖鞋类物证的方法。对收集到的30个塑料拖鞋样本进行前处理,利用扫描电镜/能谱法对样本进行分析测试,并结合系统聚类、Fisher判别分析等多元统计学方法对实验数据进行处理。成功将30个样本分为两类,每类分为两组。此方法操作简便、快速,且无损检材、分类效果良好,可用于公安机关实际办案,在法庭科学领域有广阔的应用前景。

轴向柱塞泵滑靴副服役损伤与防护的研究进展

轴向柱塞泵是液压传动系统的核心动力元件,广泛应用于诸多工程领域。滑靴副是轴向柱塞泵中3对关键摩擦副(滑靴副、配流副和柱塞副)之一,显著影响柱塞泵的服役安全。滑靴副的磨损是引起柱塞泵失效的主要原因,开展滑靴副的服役损伤与防护措施研究对柱塞泵向高速、高压化技术发展有着重要意义。概述了轴向柱塞泵的基本工作原理;介绍了滑靴副间隙润滑油膜的形成和3大作用(润滑、密封和承载),以及油膜特性测量方法和影响因素;阐述了滑靴副的磨损机理、磨损影响因素及磨损状态评估方法;基于滑靴副的油膜特性及磨损机理,着重讨论了滑靴副延寿设计方法和失效防护措施,如优化滑靴副材料匹配、结构的延寿设计方法,以及利用表面织构化、固体润滑涂层改善滑靴副表面摩擦学性能的表面改性方法。表面织构化的原理是利用微纳米加工手段在滑靴副材料表面加工出具有一定形状、尺寸且排列规则的几何阵列来收集磨屑、储存润滑介质或通过产生流体动压效应来增强润滑进而减小磨损,固体润滑涂层则是通过改变基体表面的组织结构来提高滑靴副表面的承载力和增强滑靴副的自润滑性能。最后对轴向柱塞泵滑靴副未来的研究方向提出了展望。

某型液压柱塞泵壳体回油特性试验研究

针对高回油压力条件下航空液压柱塞泵壳体回油特性不明的问题,以某型航空液压柱塞泵为研究对象,对其壳体回油特性进行了仿真分析和试验研究。首先,在求解配流副润滑模型的基础上,考虑缸体倾覆、油液温度、回油压力等因素的影响,分别建立了配流副、柱塞副和滑靴副的泄漏模型;然后,对各摩擦副的泄漏模型进行了数值求解,分析了不同因素下各摩擦副的泄漏变化规律;最后,基于各摩擦副的泄漏量,计算了泵壳体回油压力-流量特性,并测试了不同回油压力下泵的壳体回油流量,对计算结果的有效性进行了验证。研究结果表明:在缸体倾斜角度较大和壳体回油压力较高时,配流副和滑靴副对壳体回油流量的贡献为负值,而柱塞副对壳体回油流量的贡献始终为正值;泵的壳体回油流量随着回油压力的升高而减小,当壳体回油压力为1.37 MPa时,壳体回油流量下降至0。

超声速双轨火箭橇系统两级减振与分析

针对刚性双轨火箭橇无法满足导弹控制装置在马赫数为2条件下的力学环境试验要求,分析了刚性双轨火箭橇的振动数据和特性,发现火箭橇振动响应与运行速度强相关,振动均方根随速度的增加呈非线性增加趋势,火箭橇刚度越大,振动响应越大,当速度为900 m/s时,刚性火箭橇振动响应均方根值达到120g,火箭橇试验中产生的振动表现为随机振动,频带范围覆盖了5~2 000 Hz,且低频振动十分剧烈。根据火箭橇的振动特性,将天然橡胶与滑靴一体化融合设计为减振滑靴,减小滑靴刚度,从而降低由靴轨冲击碰撞引起的振动,实现了火箭橇振源处的一级减振,在被试品与橇体接口处采用硅橡胶实现二级减振。通过动态特性响应仿真、振动台试验、橇轨耦合动力学计算和火箭橇试验进行了验证。研究结果表明:双轨火箭橇通过两级减振后,从振源和传递路径两方面将侧、竖向振动过载控制在了12g内,并实现了100~2 000 Hz内宽频域段减振,被试品侧、竖向减振效率分别达到52%和70%,能够为导引头类火箭橇试验提供验证技术支撑。

大排量柱塞泵滑靴副摩擦学性能研究

目的探究大排量柱塞泵滑靴副因底面尺寸大的特点所产生的不同于常规柱塞泵滑靴副的摩擦学性能。方法首先,在考虑大底面滑靴高速旋转时形成线速度差的基础上,结合热楔效应以及热传导关系,建立一种在剩余压紧力状态下大排量柱塞泵滑靴副摩擦力的数学模型。其次,仿真分析柱塞腔压力、主轴转速以及油液温度对滑靴副摩擦力的影响。最后,搭建滑靴副摩擦力测试装置,并测量滑靴副所受摩擦力,验证所建立的滑靴副摩擦力数学模型的准确性。结果滑靴副的总摩擦力由黏性摩擦力和犁沟力2部分组成。随着转速的升高,滑靴副的总摩擦力会降低,犁沟力的占比逐渐增大,当转速由800 r/min上升至1800 r/min时,犁沟力所占比例由3.4%上升至11.9%。随着压力的升高,滑靴副的总摩擦力上升,犁沟力所占比例增大,当压力由3 MPa上升至9 MPa时,犁沟力所占比例由0%上升至21.5%。随着油液温度的升高,滑靴副的总摩擦力上升,犁沟力所占比例增大,当油温由25℃上升至55℃时,犁沟力所占比例由4.0%上升至17.1%。结论研究揭示了黏性摩擦力在滑靴副所受摩擦力中的主导作用和犁沟力对摩擦力变化趋势的影响作用,仿真和试验结果的一致性表明所建立的数学模型能够准确描述大排量柱塞泵滑靴副摩擦力影响因素和变化规律。

减振滑靴减振效能评估及试验研究

针对包含减振滑靴的低过载火箭橇系统,分析了其在轨动态特性。通过平面压缩试验及振动台试验建立减振滑靴非线性数值模型,据此模型代入简化后火箭橇动力学方程中分析了包含减振滑靴火箭橇系统的在轨力学特性,并通过火箭橇试验对数值结果加以验证。计算结果表明:减振滑靴可将冲击峰值衰减30%;结合柔性立柱组成的火箭橇多级减振系统,被试品处400 Hz低通滤波后过载均方根降低为15g,满足了导引头类等被试品对火箭橇试验在轨力学环境的低过载需求。

斜盘式轴向柱塞泵滑靴副油膜挤压效应研究

斜盘-滑靴副是轴向柱塞泵的重要摩擦副之一,对柱塞泵的工作可靠性有着重要的影响。传统滑靴副油膜设计采用剩余压紧力法,并没有完整考虑油膜挤压效应对滑靴的动态支承力。针对轴向柱塞泵斜盘-滑靴副油膜的支承力受挤压效应影响进行了研究。通过控制滑靴挤压速度,利用CFD流体仿真方法,验证挤压效应的存在及结构参数和油液动力粘度对油膜挤压效应的影响。

轴向柱塞泵/马达回程盘与滑靴运动关系分析

针对轴向柱塞泵/马达中回程盘变形、磨损及碎裂的现象,通过分析回程盘滑靴安装孔与滑靴之间的位置关系,建立了两者相对运动的不等式组,求解出在斜盘平面、滑靴中心与回程盘上滑靴安装孔中心在回转过程中相对斜盘中心的角度和距离变化范围,进而找到滑靴与回程盘可能接触的区域,并通过实例分析了回程盘上滑靴安装孔大小对滑靴与回程盘相对运动的影响,对于液压泵/马达回程盘的设计具有参考意义。

减振滑靴非线性动态特性数值分析

针对以降低火箭橇系统在轨振动为目的设计的减振滑靴,对其动态特性进行了数值分析。通过平面压缩试验及经验公式确定了减振滑靴减振层天然橡胶的本构参数,进而由有限元模型获得其非线性刚度,据此建立了减振滑靴非线性动力学模型对其求解并进行了试验验证。数值计算结果表明,减振滑靴相较于传统滑靴有着较好减振能力,其减振效率随其载荷提高而提高,但由于引入橡胶使得其在大载荷及高过载条件下易出现“跳跃”现象。根据“跳跃”现象确定了减振滑靴工作边界,典型工况下在1 Ma(350 m/s)速度下每枚减振滑靴载荷应小于311 kg,在2 Ma(700 m/s)载荷则应低于181 kg。