Lubrication and tribology in seawater hydraulic piston pump

Water hydraulic systems have provoked major interest because of the human friendly and environmental safety aspects. Piston pump is one of the most frequently used hydraulic units in recent engineering technique. In water hydraulic piston pump, poor lubrication is more likely to happen than in oil hydraulic one because of difference in properties between water and oil. So there are some key problems such as corrosive wear and erosion, which are investigated briefly. Many new materials have been developed, which give longer life expectancies with water without corrosion and erosion. A new type of seawater hydraulic piston pumps with better suction characteristics had been developed at HUST. Much of this research has concentrated on new materials, structure and experiments, which are also specially introduced.

基于PumpLinx纯水轴向柱塞泵配流盘卸荷槽结构的仿真分析

以纯水轴向柱塞泵为研究对象,在同时考虑配流盘间隙和柱塞间隙的基础上,利用流体仿真分析软件Pump Linx,采用动网格技术并建立空化模型,研究配流盘减振结构对流量特性和压力脉动的影响。通过仿真分析U型槽、三角槽、孔槽结合和无阻尼槽四种不同的减振方案在配流过程中的压力脉动和流量脉动,进而比较得出最佳的高压卸荷槽结构。仿真结果表明,采用U型槽结构的配流盘在预升压过程中优于其他三种结构,且其出口的流量更加平稳,脉动率更小。

等截面双作用柱塞泵结构设计

设计了一款应用在水肥一体化设备中的新型等截面双作用柱塞泵,开展了不同柱塞行程比例(20%、40%、60%、80%和100%)和灌溉管道压力(0.04、0.08、0.12、0.16和0.20MPa)下柱塞泵工作流量变化试验,分析行程比例、管道压力与工作流量的响应关系,定量化研究新式柱塞泵较传统柱塞泵工作效率改进程度,并与传统柱塞泵进行施肥效率、占用空间和质量等方面对比分析。新式柱塞泵可通过调节柱塞行程比例,使水肥一体化设备灌溉精准化。满行程时,新式柱塞泵相较于传统柱塞泵输送相同流量的时间节约33%~38%;当管道压力自0.04MPa升至0.20MPa时,新式柱塞泵较传统柱塞泵机械效率提升约18%,施肥流量提升32%~45%;同传统柱塞泵相比,新式柱塞泵结构合理,部件使用寿命长,缩小占用空间约60%,减小质量约62%,减少了加工与运输成本。从机械效率、占用空间、质量综合分析,新式柱塞泵性能优于传统柱塞泵,为柱塞泵高效、轻量化发展提供一定参考。

水液压柱塞泵滑靴球铰副存在的问题和改进设计

水液压柱塞泵的滑靴球铰是一对重要摩擦副 ,它的接触比压最大 .由于水的润滑性很差 ,因此水液压柱塞泵的滑靴球铰摩擦副常常出现严重的磨损问题 .由此 ,介绍了两种带静压支承作用的滑靴球铰结构 ,能够在不减少机械接触面积的同时增加液压支承的作用比例 .通过分析表明 ,这种结构使滑靴球铰摩擦副间的接触比压降低30 %以上 ,能够有效地减轻它的磨损 。

水压柱塞泵配流阀的设计及试验研究

基于水介质粘度低、汽化压力高、有腐蚀性等特点 ,对配流阀的结构、材料及参数进行了分析与设计 ,并对多种配流阀的配对进行了试验研究。试验表明 ,由于气穴现象 ,阀配流水压柱塞泵的转速不能过高 ;

水压柱塞泵中柱塞与缸孔接触比压的分析与探讨

在考虑柱塞与缸孔之间间隙的基础上 ,利用材料力学的基本原理 ,对柱塞与缸孔的受力模型做了详尽推导 ,并运用 MATLAB工具进行求解 ,结果发现该接触比压值较传统方法的计算值大 1 0倍以上 ,同时发现该接触比压受摩擦副材料的弹性模量、摩擦副间隙大小等因素的影响。

水压滑靴副的润滑特性

为了提高水压滑靴副的抗倾覆能力,并且更加准确地认识其流动特性,提出了三腔独立支承的新型水压滑靴副结构,研究了其润滑特性比如抗倾覆能力和泄漏等。该结构采用独立阻尼和支承腔室的思路,通过独立刚度调节来增加滑靴副的抗倾覆能力。通过仿真计算与分析,对比了新型滑靴副和普通滑靴副的抗倾覆能力。同时, 综合考虑了水的流动惯性和表面粗糙度等因素,发现水压滑靴副水膜流场的流态可能为紊流,并不完全是纯层流状态,因此流态模型的差异将直接影响泄漏流量的计算结果,进一步影响到设计计算的准确性。研究结果为水压柱塞泵滑靴副的结构设计提供了一定的参考和更加准确的计算思路。

水液压泵柱塞套变形特性的流固耦合研究

为实现水液压泵柱塞副的高效密封并自动补偿其磨损间隙,提出了一种柱塞副密封间隙自动补偿结构。通过流固耦合仿真技术研究了不同柱塞套厚度和环形槽宽度下柱塞套在内侧环形流体和外侧环形缝隙流体耦合作用下的变形特性。仿真结果表明,在相同的工作压力、流体域边界条件下,当环形槽宽不变时,随着工程塑料聚醚醚酮(PEEK)材质的柱塞套厚度的增大,柱塞套变形量逐渐减小;当柱塞套厚度不变时,柱塞套变形量随着环形槽宽的增大而增大。建立了柱塞副间隙自动补偿试验系统并进行了初步试验,试验结果和仿真结果基本一致。

水压柱塞泵配流阀动态特性仿真研究

针对水压柱塞泵配流阀的动态性能进行理论分析,建立了数学模型,通过仿真研究了该泵的配流特性以及影响因素。研究结果表明,余隙容积越大,吸入真空度越高,则配流阀滞后越严重;适当减小配流阀阀芯的质量,提高弹簧刚度或预压力,则有利于提升配流性能;水压泵的转速不宜过高,且工作压力对配流阀的开启滞后存在一定的影响。

水液压柱塞泵滑靴摩擦副的设计

由于水的润滑性很差 ,因此水液压柱塞泵的摩擦副设计是个难题。滑靴摩擦副作为典型摩擦副之一 ,需要从它的材料、结构、设计方法三个方面进行与水介质适应性的研究。首先在材料方面应选择抗腐蚀、耐磨损的材料配对 ;其次在结构方面应尽量降低摩擦副的接触比压、并强迫形成润滑膜 ;特别是在选择设计方法的时候应充分考虑水的特性 。

水压柱塞泵噪声特性的试验研究

基于阀配流式轴向水压柱塞泵的结构原理,分析了其噪声产生的主要原因,并对不同的配流阀结构型式、主轴动平衡前后、不同转速以及不同排量水压泵的噪声特性进行了对比试验研究。试验结果表明:采用平板型配流阀的水压泵噪声低于蕈阀结构的噪声;主轴动平衡后水压泵的噪声有明显降低;增大排量、降低转速可以降低泵的噪声;配流阀通径对泵的噪声影响较大。研究结果为水压泵的降噪提供了试验依据。

水压轴向柱塞泵内部空化流动数值模拟

采用Schnerr-Sauer模型对水压轴向柱塞泵内部的空化流动进行了数值模拟,在不同的泵入口压力条件下,对泵出口的流量和压力脉动进行了分析。研究结果表明:当泵入口压力较低时,位于吸水区的柱塞腔内将出现明显的空化,空化区域主要位于柱塞腔的内侧,其中柱塞腔刚进入配流盘吸水槽时的空化最为严重;吸水区柱塞腔严重的空化将会导致泵出口的流量和压力出现较大的脉动;提高泵的入口压力将使空化程度减弱,但过大的泵入口压力会导致柱塞腔在吸水区产生压力冲击;空化程度减弱到一定程度之后,泵进口压力的改变对泵出口的流量和压力脉动不再有显著影响。

水压轴向柱塞泵/马达滑靴副水膜动态特性分析

为了准确获得滑靴底面水膜特性,综合考虑了滑靴的倾覆姿态与磨损形貌,分析了滑靴的受力/力矩情况,基于Matlab软件实现了滑靴副动压水膜的精确求解.结果表明:当柱塞腔压力一定时,滑靴底面膜厚随转速增加而增大,在高压区3点膜厚相差很小,在低压区滑靴存在明显倾斜;在距上死点120°时,转速对滑靴底面压力场影响不大,在距上死点240°时,滑靴底面动压效应随转速增大显著增强.当转速一定时,滑靴底面膜厚和倾斜程度随柱塞腔压力增加而逐渐减小;在距上死点120°时,滑靴底面峰值压力随柱塞腔压力增大而增大,在距上死点240°时,滑靴底面压力随柱塞腔压力增大略有增加.滑靴的中心膜厚和最小膜厚随缸体转速的增加而增大,随柱塞腔压力升高而不断减小,但减小幅度逐渐放缓.该分析可以为水压轴向柱塞泵/马达滑靴副的设计和优化提供指导和借鉴.

水压柱塞泵的噪声及影响因素分析

分析了水压柱塞泵的噪声产生机理,指出压力波动是配流噪声的主要因素。运用二阶压力流量模型计算分析了水压 柱塞泵配流过程中柱塞腔内的压力和泵内的流量,讨论了主要参数对压力波动的影响,提出了一些减小压力波动的措施。

流体属性可变的水压轴向柱塞泵压力流量模型

考虑了由于水的高饱和蒸汽压引起的空化及水的主要流体属性随压力变化的特性,建立了水压轴向柱塞泵的压力流量特性模型。以研制的水压轴向柱塞泵样机为例在MATLAB/Simulink环境下编程仿真,分析了泵的压力、流量和空化等特性。研究结果表明:泵入口压力较低时会引起排水流量的下降,在吸水区的缸体柱塞腔内出现明显的空化,泵出口的流量脉动和压力脉动大幅增加;提高泵的入口压力能够减小缸体柱塞腔内的空化程度,此时空化主要发生在由排水向吸水变换的瞬间;泵的内泄漏主要以滑靴副和配流副的泄露为主,柱塞副的泄露可以忽略。

水液压柱塞泵柱塞副材料实验研究

以水液压柱塞泵为试验对象,采用17-4PH和1Cr17Ni2两种不锈钢材料与碳纤维增强型聚醚醚铜(CFRPEEK)作为柱塞副配对材料,进行整机的性能试验,并测量了柱塞副试验前后的尺寸变化,对比分析了两种配对副材料的摩擦学性能。试验结果表明,柱塞副材料为1Cr17Ni2/CFRPEEK的水泵容积效率、机械效率和总效率均高于柱塞副材料为17-4PH/CFRPEEK的水泵,1Cr17Ni2的耐磨性优于17-4PH,且CFRPEEK缸套比不锈钢柱塞更耐磨。总的来说,1Cr17Ni2/CFRPEEK摩擦副的摩擦学性能优于17-4PH/CFRPEEK的摩擦副。

水液压柱塞泵的研究进展及展望

水液压泵是水液压传动系统的核心动力元件,柱塞泵是目前水液压泵的主流结构形式。该文对水液压柱塞泵的发展现状进行了分析概述,重点分析了阀配流和端面配流水液压柱塞泵国内外的研究进展,介绍了电磁直驱式水液压柱塞泵的研究现状,并对水压柱塞泵的发展趋势进行了展望。

水压滑靴副的动静压混合润滑特性研究

水压柱塞泵多腔独立支承滑靴副比普通滑靴副的抗倾覆能力更强,具有更好的润滑特性。利用动静压混合润滑效应和增加径向泄漏阻尼的方法提高滑靴的抗倾覆能力。设计了三腔独立阶梯浅腔和带径向泄流的三腔独立支承的新结构水压滑靴副,应用CFD软件分析了其压力分布等流场特性及抗倾覆刚度,结果表明该滑靴副抗倾覆能力较普通滑靴副和阶梯全浅腔滑靴副等要强。

大气压力对细水雾灭火系统泵组流量特性及效率的影响

柱塞泵是泵组式细水雾灭火系统的关键部件,它是细水雾喷头实施喷雾的供水源和压力驱动源。为研究大气压力,特别是高海拔低气压环境对柱塞泵流量特性及效率的影响,通过在合肥及拉萨两地的对比试验,给出了环境压力与柱塞泵流量特性及效率的关系。结果表明,大气压力减小使柱塞泵的流量减小,因此,在高原低气压环境下使用柱塞泵,应采用增加柱塞泵进口压力的措施,以保证泵组式细水雾灭火系统的设计性能;不同大气压力下泵组的效率无明显变化,即大气压力对泵组的效率无明显影响。

轴向柱塞泵主轴动平衡的设计及实验研究

对一种轴向柱塞泵主轴进行了动不平衡分析,结合其主轴的结构特点采用了两面动平衡校正方案.并在动平衡试验机上对主轴进行了动平衡实验。通过动平衡前后水压泵的噪声对比测试表明,动平衡可以大大减小泵的噪声。