![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
阀配流压力脉动扰动下的柱塞泵滑靴副润滑特性_赵凯平.pdf
《阀配流压力脉动扰动下的柱塞泵滑靴副润滑特性_赵凯平.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《阀配流压力脉动扰动下的柱塞泵滑靴副润滑特性_赵凯平.pdf(14页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、文章编号:1000-8055(2023)06-1432-14doi:10.13224/ki.jasp.20220441阀配流压力脉动扰动下的柱塞泵滑靴副润滑特性赵凯平1,2,何涛1,2,王传礼1,2,陈强曼1,罗刚1(1.安徽理工大学机械工程学院,安徽淮南232001;2.安徽理工大学矿山智能装备与技术安徽省重点实验室,安徽淮南232001)摘要:阀配流轴向柱塞泵滑靴受力状态及油膜动态边界值与端面配流泵不同,为研究其润滑特性,建立一种应用于阀配流轴向柱塞泵的滑靴副工况模拟和数值解析耦合求解模型,分析柱塞运动频率、系统负载及不同分级定流量对滑靴副润滑特性的影响。结果表明:阀配流滑靴副主要在摩擦力
2、矩作用方向发生倾覆,高压区到低压区的过渡期及低压区更易发生偏磨磨损;柱塞运动频率增大会降低滑靴发生倾覆偏磨的危险性,但也会降低滑靴副稳定性;系统负载增大会使油膜厚度减小,且高压区滑靴倾覆角减小,而低压区滑靴倾覆角增大;不同分级定流量下,当柱塞数大于 3 时,奇数柱塞组合时滑靴不易发生倾覆,而偶数柱塞组合时滑靴易发生倾覆磨损且高低压区压力变化幅度增大。关键词:阀配流;压力脉动;轴向柱塞泵;滑靴副;润滑油膜中图分类号:V228;TH137.5文献标志码:ALubricationcharacteristicsofslipperpairofpistonpumpunderthedisturbanceof
3、valvedistributionpressurepulsationZHAOKaiping1,2,HETao1,2,WANGChuanli1,2,CHENQiangman1,LUOGang1(1.SchoolofMechanicalEngineering,AnhuiUniversityofScienceandTechnology,HuainanAnhui232001,China;2.AnhuiKeyLaboratoryofMineIntelligentEquipmentandTechnology,AnhuiUniversityofScienceandTechnology,HuainanAnhu
4、i232001,China)Abstract:Thestressstateandoilfilmdynamicboundaryvalueofslipperofvalvedistributionaxialpiston pump are different from those of end face distribution pump.In order to study its lubricationcharacteristics,acouplingmodelforslipperpairworkingconditionsimulationandnumericalanalysisappliedtov
5、alvedistributionaxialpistonpumpwasestablishedtoanalyzetheeffectsofplungermotionfrequency,systemloadanddifferentgradedconstantflowsonthelubricationcharacteristicsofslipperpair.Theresultsshowedthattheslidingshoepairofvalvedistributionoverturnedmainlyinthedirectionoffrictiontorque,andeccentricwearwasmo
6、relikelytooccurinthetransitionperiodfromhighpressurezonetolowpressurezoneandinthelowpressurezone;theincreaseoftheplungermovementfrequencycouldreducetheriskofoverturningandeccentricwearoftheslipper,butitmayalsoreducethestabilityoftheslipperpair;withtheincreaseofthesystemload,theoilfilmthicknessdecrea
7、sed,andtheoverturningangleoftheslipperinthehighpressureareadecreased,whiletheoverturningangleoftheslipperinthe收稿日期:2022-06-20基金项目:国家自然科学基金(52205041);安徽省高校优秀青年人才支持计划(gxyq2022017);矿山智能装备与技术安徽省重点实验室开放基金(ZKSYS202101);安徽省矿山智能技术与装备科研创新团队(2022AH010052)作者简介:赵凯平(1997),男,博士生,主要从事流体传动与控制技术研究。E-mail:通信作者:何涛(198
8、7),男,副教授,博士,主要从事流体传动与控制及矿山机电工程技术研究。E-mail:引用格式:赵凯平,何涛,王传礼,等.阀配流压力脉动扰动下的柱塞泵滑靴副润滑特性J.航空动力学报,2023,38(6):1432-1445.ZHAOKaip-ing,HETao,WANGChuanli,etal.LubricationcharacteristicsofslipperpairofpistonpumpunderthedisturbanceofvalvedistributionpressurepulsationJ.JournalofAerospacePower,2023,38(6):1432-1445.
9、第38卷第6期航空动力学报Vol.38No.62023年6月JournalofAerospacePowerJune2023lowpressureareaincreased;underdifferentgradingandconstantflowrates,whenthenumberofplungerswas greater than 3,the slippers were not easy to overturn when the odd number of plungers werecombined,whiletheslipperswereeasytooverturnandwearwhent
10、heevennumberofplungerswerecombined,andthepressurechangerangeinthehighandlowpressurezonesincreased.Keywords:valvedistribution;pressurepulsation;axialpistonpump;slipperpair;lubricatingoilfilm阀配流轴向柱塞泵相比于传统端面配流轴向柱塞泵具有压力高、密封性好、效率高等优点1-3,且阀配流轴向柱塞泵具有供给多系统不同分级定流量的特有功能,分级流量之间互不干扰,可作为特殊供压或供流源,因而在航空航天、工程机械等领域有
11、独特优势4-6。滑靴副是轴向柱塞泵的关键摩擦副,其在各种工况下的润滑性能直接决定轴向柱塞泵能否正常运行7-8。阀配流轴向柱塞泵滑靴受力状态与传统端面配流轴向柱塞泵不同9-10,柱塞腔内压力脉动与端面配流柱塞泵也存在较大差异,其直接影响滑靴副压力油膜动态边界值。此外,提供分级定流量的柱塞由于柱塞位置分布不均,各柱塞的腔内压力脉动不同,导致泵运行时不同的柱塞滑靴副油膜润滑特性差异较大。因此有必要针对阀配流压力脉动扰动下的滑靴副润滑特性进行研究。各国学者关于滑靴副做出了大量研究。Schenk、Spencer 等11-13基于非等温流体,结合弹性流体力学建立了滑靴副瞬态润滑模型,对油膜的压力分布和温度
12、分布进行了研究。Toshiharu 等14建立了动静压混合热流体动力润滑模型,并推导了广义雷诺方程、三维能量方程和热传导方程。Ber-gada 等15-16研究了轴向柱塞泵滑靴副的泄漏和压力分布,并将其扩展用于多密封面的滑靴中。Richardson 等17利用雷诺方程和能量方程研究了滑靴表面结果对滑靴副油膜厚度和温度分布的影响。Harris 等18提出了一种预测倾覆状态下滑靴副油膜动态特性的研究方法。徐兵等19-20建立了动态润滑仿真模型,研究壳体压力对轴向柱塞泵滑靴副特性的影响,并对滑靴倾覆现象进行了数值分析。胡纪滨等21对轴向柱塞泵滑靴副稳态工况下动压承载规律展开了相关研究,并建立了稳态工
13、况下滑靴副摩擦动力学模型。汤何胜等22-23建立了轴向柱塞泵滑靴副间隙油膜热力学模型,求解了间隙油膜的瞬时温度并对间隙泄漏及摩擦转矩特性进行了相关研究。目前关于滑靴副的研究多是传统端面配流轴向柱塞泵,很少有针对阀配流轴向柱塞泵滑靴副的研究。因此,本文在已有研究的基础上,根据阀配流柱塞泵滑靴副受力特性及柱塞腔内压力的特性,建立阀配流轴向柱塞泵滑靴副工况模拟和数值解析耦合求解模型,将仿真得到的滑靴副柱塞腔压力脉动导入 MatrixLaboratory 程序,以此作为油膜动态边界条件,用有限体积法及牛顿迭代算法对油膜特性进行数值求解,分析柱塞运动频率、系统负载和不同分级定流量对阀配流滑靴副油膜润滑特
14、性的影响,并将最终压力场的计算结果与Ivantysynova 团队的相关研究结果进行了比较分析。1柱塞腔压力脉动工况模拟及分析轴向柱塞泵在实际工况下运行会引起柱塞腔内产生压力脉动,且阀配流柱塞泵排油或吸油受制于配流阀启闭滞后性,柱塞腔压力脉动易受柱塞运动频率、配流阀阀前和阀后压力、负载压力等影响。此外,当阀配流轴向柱塞泵提供不同分级定流量时,不同柱塞组合供流下柱塞腔内压力脉动差异较大。获得准确的滑靴副油膜动态边界压力值是求解滑靴副动态润滑特性的重要条件,而滑靴副油膜压力边界值由柱塞腔动态压力值决定,因此需要进行柱塞腔压力实际工况模拟。1.1阀配流轴向柱塞泵建模如图 1(a)所示为阀配流轴向柱塞
15、泵,运行过程中缸体不动,由斜盘旋转带动柱塞做往复运动,采用两个单向阀自主吸排油,当柱塞高频运动时吸液阀由于压力低,会出现较为严重的启闭滞后性,使柱塞泵容积效率降低。图 1(b)为配流阀动力学建模,阀口过流面积为Av=dvxvsin(2v)(1)阀口通流量为qv=CdAv2pv/(2)将式(1)代入式(2)可得第6期赵凯平等:阀配流压力脉动扰动下的柱塞泵滑靴副润滑特性1433qv=Cddvxvsin(2v)2pv/(3)式中 Av为配流阀过流面积(m2);xv为配流阀阀芯位移(m);dv为阀芯直径(m);Dv为阀口直径(m);v为配流阀阀座半角();qv为配流阀流量(m3/s);pv为配流阀阀口
16、压差(Pa);Cd为阀口流量系数。配流阀运动方程为mvdx2vdt2=pvSvFvkvdxvdtksvxvFpre(4)式中 mv为阀芯质量(kg);Fv为阀芯液动力(N);kv为摩擦因数(N/m);pv为阀口压力(Pa);Sv为阀口液压油作用面积;ksv为弹簧刚度(N/m);Fpre为吸液阀弹簧力(N)。配流阀分为排液阀和吸液阀,模型泵以公称排量为 63mL/r 的某 CY14-1 型泵为参考,经过计算与校核确定配流阀关键参数如表 1 所示,仿真及后续计算参数如表 2 所示。建立阀配流轴向柱塞泵工况模拟 AMESim 仿真模型,如图 2 所示,数据采样频率设为 1.0106。图 2 中集成元
17、件19(SC-1SC-9)为 AMESim 超级元件,分别表示 9 个柱塞-滑靴运动模拟单元,每个模拟单元与SC-1 类似,定量表示斜盘倾角设定,比例环节表示柱塞分布直径,函数根据输入的斜盘倾角值和角度传感器测定值控制柱塞往复运动的位移。表1配流阀关键参数Table1Keyparametersofdistributionvalve参数排液阀吸液阀阀口直径 Dv/m0.00550.009阀芯直径 dv/m0.0130.015阀芯质量 mv/kg0.0030.004阀座半角 v/()4545弹簧刚度 ksv/(N/m)40003000阀芯液动力 Fv/N32表2仿真与计算参数Table2Simul
18、ationandcalculationparameters参数数值斜盘倾角/()15柱塞数 Sn9柱塞直径 d/m0.022单柱塞质量 ms/kg0.045柱塞质量 mp/kg0.070油液密度/(kg/m3)870系统负载 ps/MPa20电动机转速/(r/min)1500阻尼孔长度 l/m0.0007油膜密封带内半径 rin/m0.0078油膜密封带外半径 rout/m0.0154油液动力黏度/(NS/m2)0.02784中心压紧弹簧刚度 k/(N/m)32500中心弹簧压缩量 x/m0.03661.2柱塞频率及系统负载对柱塞腔压力脉动的影响图 3(a)为不同柱塞频率 f 下的柱塞腔动态压
19、力特性,纵坐标 p0表示柱塞腔压力,=0180为高压排油区,=180360为低压吸油区。柱塞往复运动频率越高,在排油初始时刻建压时间越长,这是因为柱塞高频运动时,排液阀开启滞后和吸液阀关闭滞后造成柱塞腔建压延迟,随着频率增大柱塞腔压力提升的滞后转角分别为3.36、5.13、10.17、27.39,即柱塞处于高压区的时间占比越小。此外,从图 3(a)可以看出,柱塞频率越大会导致配流阀启闭越频繁进而引起柱塞腔内压力震荡,压力脉动越大。配流阀的阀前阀后压力值直接影响配流阀启闭,图 3(b)为不同系统负载 ps下的柱塞腔动态压力特性。随着系统负载增大,柱塞腔压力脉动越大,在柱塞排油到吸油的过渡期压力降
20、低时间越长,滞后转角分别为 8.05、8.92、9.75、11.39。这表明系统负载会阻碍吸液阀开启,系统负载增(a)阀配流轴向柱塞泵传动轴柱塞缸体斜盘滑靴进油口排油口(b)配流阀动力学模型Dvxvdvv阀体阀芯弹簧图1阀配流轴向柱塞泵及配流阀结构示意图Fig.1Structurediagramofvalvedistributionaxialpistonpumpanddistributionvalve1434航空动力学报第38卷大,吸液阀开启时间会随之增大。1.3分级定流量对柱塞腔压力脉动的影响阀配流轴向柱塞泵可作为特殊供压或供流源提供分级定流量,将模型泵 9 个柱塞按逆时针依次编号为柱塞 1
21、9,柱塞 1 处于上死点位置。考虑到输出流量脉动和容积效率,各柱塞组合供流情况选择的柱塞分布位置尽可能对称均匀。因此取各分级定流量的柱塞组合供流为组合:单柱塞 1 供流。组合:柱塞 1/5 组合供流。组合:柱塞 1/4/7 组合供流。组合:柱塞 1/3/5/7 组合供流。组合:柱塞 2/4/6/8/9 组合供流。组合:柱塞 2/3/5/6/8/9 组合供流。组合:柱塞 2/3/4/6/7/8/9 组合供流。组合:柱塞2/3/4/5/6/7/8/9 组合供流。图 4 为不同柱塞组合供流下的柱塞腔压力,图 4(a)中“组合-1”表示组合中柱塞 1 的腔内压力,其他表示含义与此类似。各组合情况下只取
22、压力特性差异较大的柱塞进行研究。由图 4 可知,组合和组合下的柱塞腔压力脉动基本一致,在高压区呈现单尖峰状态,脉动率大。对于组合,由于柱塞位置分布均匀,相当于一个普通三柱塞阀配流泵,腔内压力变化正常。为了使得所选择的柱塞位置上尽可能均匀分布,组合和组合的柱塞在位置上恰好互补,同一组合中不同柱塞腔内压力特性差异较大。组合在柱塞位置上和组合互补,各柱塞分布较为均匀,腔内压力变化无明显不规则震荡。组合在柱塞位置上和组合互补,其中柱塞 6 和柱塞 9 出现高压尖峰,高压区压力变化较为激烈,柱塞 3 在高压区压力呈现中间凸起现象。组合在柱塞位置上和组合互补,柱塞 3 和柱塞 8 在高压区压力呈现阶梯下降
23、或阶梯上升趋势,柱塞 6压力特性趋势正常。可以看出,不同柱塞组合供流下的各柱塞腔内压力变化特性在高压区呈现不规则状态,但基本没有出现压力升高滞后或降低SC-1SC-8SC-7SC-6SC-5SC-4SC-9SC-3SC-2SC-1图2阀配流轴向柱塞泵工况模拟仿真模型Fig.2Workingconditionsimulationmodelofaxialpistonpumpwithvalvedistributionps=5 MPa ps=10 MPaps=20 MPaps=40 MPaf=7.5 Hzf=15 Hzf=25 Hz f=35 Hz(a)柱塞频率(b)系统负载p0/MPap0/MPa0
24、90180270360/()01020304050188190192012311.399.758.928.05/()090180270360051015202510203001227.3910.175.13p0/MPap0/MPa/()3.36/()图3不同柱塞频率及系统负载下的柱塞腔压力Fig.3Pistoncavitypressureunderdifferentpistonfrequenciesandsystemloads第6期赵凯平等:阀配流压力脉动扰动下的柱塞泵滑靴副润滑特性1435滞后现象,即不同分级定流量对配流阀启闭状态没有影响。2阀配流轴向柱塞泵滑靴副润滑模型2.1运动学模型图
25、5 为滑靴副受力及油膜厚度场模型。如图 5(a)所示为阀配流轴向柱塞泵滑靴副受力状态。图 5(a)中,Ff为滑靴与柱塞往复运动过程中所受摩擦阻力,Fm为柱塞和滑靴所受的惯性力,Fp为滑靴所受中心油室压力和油膜压力场支承力,Fp0为柱塞对滑靴的压紧力,Fz为滑靴所受中心弹簧预压紧力。柱塞轴向位移为Zp=Rtan (1cos)(1+tan tan)cos(1tan tan)(1cos tan tan)(5)轴向速度为Vp=Rsin tan (1+tan tan)cos (1cos tan tan)2(6)加速度为ap=R2tan cos tan tan (1+sin2)cos (1costan t
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 阀配流 压力 脉动 扰动 柱塞 泵滑靴副 润滑 特性 赵凯平
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。