轴向柱塞泵滑靴副倾覆现象数值分析
柱塞泵滑靴副润滑特性分析
柱塞泵滑靴副润滑特性分析王官洪;周钊强;曹学鹏【摘要】滑靴副的润滑特性直接影响柱塞泵的效率和使用寿命,油膜厚度和承载力是衡量其润滑特性的重要指标,为此开展柱塞泵滑靴副的润滑特性研究.基于油室压力反馈模型,求得最佳油膜厚度,计算滑靴密封带处油膜压力分布;再通过建立滑靴副流道模型,进行流体仿真验证压力计算数值模型.通过数值计算和流体仿真得出结论:密封带处油膜压力呈环形分布,且随半径的增大逐渐减小,当负载压力增大时,密封带处压力也随之增大,油膜承载力提高.理论模型和数值分析揭示了轴向柱塞泵滑靴副油膜承载能力的变化规律,为液压源的设计和开发打下理论支撑基础.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】3页(P34-35,38)【关键词】油膜厚度;油膜承载力;最佳油膜厚度【作者】王官洪;周钊强;曹学鹏【作者单位】长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】TH322滑靴副作为柱塞泵最重要的摩擦副之一，其润滑特性对泵的效率和使用寿命有重要影响。
国内外学者对柱塞泵滑靴副润滑特性已做了大量研究工作，并取得了巨大成就。
德国的Kumar S J将三维Navier-Stokes应用在滑靴斜盘之间的微小间隙进行数值求解，得到了泄漏流量随滑靴副结构参数之间的关系；英国的John WATTON研究了泵的流量和压力增大时来研究静压支承室结构参数对滑靴底部压力和提升力的影响；德国的UweWieczorek通过开发模拟斜盘式轴向柱塞泵滑靴和斜盘间隙的仿真工具CASPAR，得到密封带处的压力、速度和温度场分布规律[1]。
这对分析滑靴副油膜厚度和油膜承载能力提供理论基础和依据，也为设计摩擦副提供新思路。
1 滑靴副静压支承特性分析在工业生产中，柱塞泵滑靴副大多采用静压支承方式来实现其流体润滑，这有利于降低材料磨损，提高元件使用寿命。
轴向柱塞泵滑靴副功率损失特性
轴向柱塞泵滑靴副功率损失特性汤何胜;李晶;訚耀保【摘要】Considering pressure-gradient flow and shear flow, the power loss model of slipper pair in axial piston pump was built to decrease energy dissipation of axial piston pump. The leakage, friction torque, leakage power loss and viscous friction power consumption of slipper under different pressures of piston chamber, shaft speeds and structure parameters were discussed. The results show that the power loss of slipper bearing is mainly due to the viscous friction and the leakage power loss is low, which causes the friction torque to increase. The influence of shaft speed on viscous friction power loss is more significant than pressure of piston chamber. When the radius ratio of slipper is set from 1.5 to 2.0, the lower radius ratio of slipper helps to reduce the leakage and viscous friction power loss. When the length diameter ratio of orifice is set from 3.50 to 8.75, the higher length diameter ratio of orifice due to the thin film thickness is useful to decrease leakage power loss, but the viscous friction power loss increases.%为降低轴向柱塞泵滑靴副功率损失,考虑油液的压差和剪切流动的影响,建立滑靴副的功率损失模型,讨论泵的柱塞腔压力、主轴转速以及结构参数对滑靴的泄漏流量、摩擦力矩、泄漏功率损失以及黏性摩擦功率损失的影响.研究结果表明:滑靴副的功率损失以黏性摩擦为主,摩擦力矩比较大,而泄漏流量比较小.主轴转速对黏性摩擦功率损失的影响占据主导地位,大于柱塞腔压力的影响;当滑靴的半径比为1.5~2.0时,应尽量取较小值,有利于降低滑靴副的泄漏和黏性摩擦功率损失;当阻尼管的长度直径比为3.50~8.75时,阻尼孔直径不宜设计太小,尽管阻尼管的长度直径比变大对泄漏功率损失产生抑制作用,但是油膜厚度变薄将会增加黏性摩擦功率损失.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(048)002【总页数】9页(P361-369)【关键词】轴向柱塞泵;滑靴;功率损失;油膜;泄漏【作者】汤何胜;李晶;訚耀保【作者单位】温州大学机电工程学院,浙江温州, 325035;同济大学机械与能源工程学院,上海,201804;同济大学机械与能源工程学院,上海,201804【正文语种】中文【中图分类】TH137.5轴向柱塞泵是工程机械液压操纵系统的心脏。
轴向柱塞泵摩擦副的研究进展
轴向柱塞泵摩擦副的研究进展摘要：现代液压中，柱塞泵作为能量转换的执行部件，是液压系统中最为核心动力的装置之一。
其广泛应用于船舶、石油开采、工程机械等领域。
柱塞泵按照柱塞的排列形式不同，有径向柱塞泵与轴向柱塞泵之分。
轴向柱塞泵较径向柱塞泵而言，结构更加简单，制造成本更低，其端面配流的结构更易实现无极变量，且体积小、重量轻、维修方便，在技术经济指标上占更大优势，因此，端面配流的轴向柱塞泵是当今使用最为广泛的柱塞泵[1]。
关键词：轴向柱塞泵；摩擦副；油膜设计轴向柱塞泵作为一种容积式变量泵，其通过吸油腔与压油腔容积的变化，将机械能转化为液压能。
机械能驱动花键轴，带动缸体旋转，柱塞在缸体与斜盘的作用下作圆周的滑动及往复的活塞运动，配合配流盘的通断控制，实现吸油与排油的动作。
轴向柱塞泵中最关键的运动摩擦副有三组：（1）滑靴与斜盘形成滑靴副，将缸体旋转运动转化为柱塞的直线运动；（2）柱塞与缸体形成柱塞副，柱塞在柱塞腔内往复运动运动，形成吸油与排油过程；（3）缸体与配流盘形成配流副，实现周期性的配流动作[2]。
柱塞泵在高速运转过程中，摩擦副将承受巨大的压力或扭矩，且各摩擦副的摩擦形式均为滑动摩擦，若相对运动部件直接接触将导致摩擦副损毁，因此，在优选匹配材料的同时，摩擦副之间要形成合理的油膜。
摩擦副的优化与设计对柱塞泵寿命、可靠性、效率、噪音等都有至关重要的影响。
1.滑靴与斜盘形成的滑靴副柱塞泵在运转时，滑靴在随着柱塞进行轴向运动的同时还围绕着主轴圆周运动，在油液粘性摩擦的作用下，滑靴会绕自身中心旋转，运动特性复杂；其受力也十分复杂，除受到柱塞、弹簧的压力和斜盘的反作用力外，还承受离心力、倾覆力、摩擦力及油膜压力等。
因此，润滑油膜的建立是柱塞泵功能实现的前提，合理的油膜状态不但能改善摩擦副的润滑条件，而且能突破摩擦副处比功[pv]的限制，实现柱塞泵的高压、大排量化。
针对滑靴摩擦副，国内外专家都做了大量的理论研究与实验验证[3]。
轴向柱塞泵滑靴磨损故障分析
图 １ 数 据 采 集 系 统 框 图
设定泵出口工作压力设定为 １ ３ ＭＰ ａ ， 采样频率为 ８ ０ ｋ Ｈ ｚ ， 截 取 监 测 结果 中时 间长 度 为 ２ ｓ的 一段 信 号 为 分 析对 象 。因 为 柱 塞泵 每 转 一周 的时 间约 为 ０ ． ０ ４ ｓ ，所 以截 取 时 间 长度 为 ０ ． ８ ｓ一段 采 样 数 据 提 取 一组 样 本 ，采 用 ｄ ｂ ５小 波分 别 对 滑 靴 磨 损 故 障 泵 和 正 常泵 的振 动 信 号 进 行 ３层 小 波 包
关 键 词 ：滑 靴 磨 损 故 障 特 征 信 号 轴 向 柱 塞 泵
引 言
信 号 处 理
的撞 击 。 低频振动以 ２ ４ ． ５ Ｈ ｚ为基 频谐 波 构 成 ， 是往 复 回转 元 件 激励 引起 的受 迫 振 动 ， 其 中以 １ ７ １ ． ５ Ｈｚ 为 基 波 的谐 波
能 量 最 为显 著 。
域信号 ， 如 此处 理 可达 到带 通 滤波 的 目的 。
表 １ 分 解 系 数 对 应 的 频 带
系数 频带（ ｋ Ｈ ｚ １ 系数 频带（ ｋ Ｈ ｚ １ 系数 频带（ ｋ Ｈ ｚ １ 系数 频带（ ｋ Ｈ ｚ ）
（ １ ） 正 常状 态 的特 征 频 率 范 旧 。ＭＣ Ｙ１ ４ —１ Ｂ型 斜 盘 式 轴向柱塞泵， 具有 ７ 个柱塞， 若驱动电机实际转速为 １ ４ ７ ０ ｒ ｐ ｍ， 则
分解 ， 其 分 解 系数 对应 的频 带 如表 １ 所 示 。提 取 高 频 系 数 ｄ ｆ ３， １ １ 进行小 波重构 ， 得到对应 频带 ６ ． ２ ５ ～ １ ２ ． ５ ｋ Ｈ ｚ的 时
厚 的油 膜 ， 依 靠 压 力 承 受柱 塞 载倚 ， 避免 直 接 接 触 。柱 塞 杆 球 头 与 滑靴 球 窝 有 一 定 的 间 隙 ， 两 者 的 间 隙变 化 ， 不 能 超 过 对 应 的极 限 ，否 则 柱塞 腔 中 的高 压 油 会 从 柱 塞 球 头
轴向液压柱塞泵的柱塞和滑靴设计中的一些问题
多， 如柱 塞 泵 的柱 塞 卡 死 、 滑 靴磨 损 等 问题 在 使用 中经
常发 生 ． 除 了有 一 些 客 观原 因外 ， 有 些 问 题是 设计 原 始
作者 简 介 ： 梁娟 （ １ ９ ７ １ 一） ， 女， 辽宁大连人 ， 高级工程 师 ， 硕士 ， 主要从事液
压 产 品研 制 。
轴 向液压柱塞泵 的柱 塞和滑靴设计 中的一些 问题
梁
摘
娟． 黄 栋 源
２ １ ０ ０ ０ ２ ）
（ 南 京金 城 液压 工程 有 限公 司 ， 江苏 南京
Hale Waihona Puke 要： 文 章 描 述 了 如 何 确 定 柱 塞 和 滑 靴 的一 些 重要 尺 寸 。 也 解 释 了设 计 和 产 品 中的 一 些 问 题 。
量（ 通径 ） 卸压 阀， 卸 压 阀 由二 通 插 装 阀和 先 导 控 制 电
考
文 献
［ １ １ 陈路． 新 编 锻 压 精 密 技 术 实用 手册 ［ Ｍ 】 ． 北京 ： 北 京 科 海 电子 出 【 ２ 】 裴 学智． 液压 冲击 消除措施 的探讨 与应 用［ Ｊ ］ ． 液 压 气 动 与 密
状 态不 完善 ． 这是 多方 面原 因造 成 的。近 年来 我们对 多 种 型 号 国内外 轴 向柱塞 泵 产 品 的柱 塞 和 滑靴 的图纸 尺
及 噪声 的 大小 与 瞬 时打 开 管道 的直 径大 小 有 关 ．开 启
的卸 压 口径 越 大 ． 卸 压 冲击 力 和 噪声 越 大 ． 而 卸压 时间 越 短 。多 点 、 小 流 量快 速卸 压技 术是 通过 将一 个 大 口径
锻 造 液 压 机 的锻 造 频 次 ．减 少 了在 工 作 过程 中的 液压 冲击 和 噪声 ．降 低 了机 器 故 障率 。并 具 有调 试 方便 简 单， 维 护成 本 低 ， 可靠 性 高 的优 点 。
A11VO190轴向柱塞泵滑靴副摩擦特性的研究
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｓ ｌ ｉ ｐ ｐ ｅ ｒ ｐ ａ ｉ ｒ ｉ ｎ Ａ１ １ Ｖ Ｏ１ ９ ０ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｐ ｕ ｍｐ， ａ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｏ ｖ ｅ ｒ ｃ ｌ ａ ｍｐ ｅ ｄ ｓ ｌ ｉ ｐ ｐ ｅ ｒ ｗａ ｓ ｃ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｄ ．Ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ —
损失的计算公式 ， 并 对 比不 同 负 载 压 力 和 主 轴 转 速 对 油 膜 厚 度 和 功 率 损 失 的 影 响 ． 结 果表 明 ： 负 载压力增 大 ， 油 膜
厚度减小 ， 功率 损 失 增 加 ； 转速增大 ， 油膜厚度增大 ， 功率损失也随之增加．
关键词 ： 热 楔力 ； 动压效应 ； 滑靴 ； 油膜厚 度 ； 功 率 损 失
ｍａ ｌ ｗｅ ｄ ｇｅ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂｙ ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ ｅ ｘｐ ａ ｎｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｄｙ ｎａ ｍｉ ｃ ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅ， ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ｅ ｑｕ ｉ ｌ ｉ ｂ ｒ ｉ ｕ ｍ ｏ ｆ ｓ ｐａ ｔ ｉ ａ ｌ ｆ ｏｒ ｃ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｐ ｒ ｉ ｎｃ ｉ ｐｌ ｅ， ｔ ｈｅ ｓ ｌ ｉ ｐｐ ｅ ｒ ’ Ｓ ｄ ｙｎ ａ ｍｉ ｃ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｉ ｎ ｏ ｉ ｌ ｄ ｅ ｌ ｉ ｖ ｅ ｒ ｙ ｒ ｅ ｇｉ ｏｎ ｗａ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈｉ ｃ ｋ ｎｅ ｓ ｓ ｏ ｆ
柱塞泵滑靴收口工艺以及滑靴 、配油盘磨损原因分析及其改善方法
尼 节流, 因此 油液注入或流出缸孔 的流量变化比较平稳, 因而缸孔内 的压力变化也比节流孔式的平缓, 对工况变化具有较好的适应性。
• 4.配流盘带有单向阀的结构形式
• 在配流盘上装有两个高阻尼单向阀。在从吸油腔到排 油腔段, 利用两个单向阀抑制低压油突然与高压油接通 瞬间导致高压油从排油区进入柱塞腔形成流量倒灌及压 力冲击现象。只有当柱塞腔压力油的压力与排油腔的压 力相等时, 打开单向阀, 柱塞腔才能向排油腔排油, 避免 了压力正超调, 进而抑制压力脉动, 以减少流体运动所产 生的噪声。采用该结构, 噪声等级有明显的降低。
2.滑靴工作原理图：
滑靴上的液压反推力=柱塞对滑靴的压紧力 FN（包括液压力{主} 摩擦力惯性力），则 称为静压平衡滑靴。
泵运行时，工作腔压力发生波动，引起 支撑油膜的压力场变化。FN就可能因柱塞 运动摩擦力的变化或斜盘倾角的变化产生 变动，因此为了使滑靴的液压平衡，必须 同时使得滑靴油腔中的压力也发生相对的 变化——方法是在工作腔到滑靴底腔的油 道中设置阻尼小孔。滑靴底腔的油压力pn 就为工作腔压力p与阻尼小孔压降差(pn=p△p)。所以当FN↗，滑靴和斜盘的油膜厚 度↙，泄漏量↙，通过阻尼孔的流量和阻尼 孔两端压降↙。因此滑靴底腔压力↗，反推 力↗，滑靴达到新平衡。
滑靴、柱塞的Байду номын сангаас验
1.滑靴的一般结构
• 滑靴常见的结构形式：
• a.1.密封带 2. 通油环 b.1.外辅助支撑 2.泄油槽 3.密封带 4.内辅助支撑 5.通油孔
• c.1.外密封带 2.环形油槽 3.内密封带 4.阻尼槽
• a为滑靴的一般结构. b中增加了内外辅助支撑，减小 了接触比压，增设辅助支撑不会改变滑靴底部的压力 分布情况。好处是增加了承压面积而又不增大滑靴尺 寸。c采用的滑靴、斜盘缝隙阻尼与螺旋槽阻尼并联的 形式，属于按静压平衡原理设计的结构.
基于Fluent的径向柱塞泵滑靴设计及分析
结合式 （１） 、 式 （６） 可得：
ｍ＝
２
Ｆ ｙ πｒ ２ ｐ æ π
ｒ ２２ － ｒ ２１
ö ２ｒ ｌｎ（ ｒ ２ ／ ｒ １ ）
＝
ç
（７）
ｐ÷ ＝ ２ ２
Ｆ ｆ ｃｏｓγ è ２ ｌｎ（ ｒ ２ ／ ｒ １ ） ø ( ｒ ２ － ｒ １ ) ｃｏｓγ
１ 滑靴受力分析
径向柱塞泵运行过程中， 作用于滑靴的力包括：
柱塞对滑靴的压紧力、 滑靴副上油膜产生的分离力、
回程弹簧力、 离 心 力、 摩 擦 力 等 作 用 力。 其 中 压 紧
力、 分离力较大， 其余力较小， 一般可忽略不计 ［５］ 。
１ １ 压紧力计算
在径向柱塞泵中， 柱塞对滑靴的压紧力 Ｆ ｙ 可按
ｌｎ（ ｒ ２ ／ ｒ）
ｐｒ ＝
ｐ
（３）
ｌｎ（ ｒ ２ ／ ｒ １ ）
其中： ｒ １ 为环形密封带内圈半径； ｒ ２ 为环形密封带外
圈半径。
表 １ 不同 ｒ ２ ／ ｒ １ 值下的滑靴参数
１．２
１．２５
９．７６
９．３１
９．１０
８．９１
１０．２４
１０．７１
１１．１３
１．３
１．４
１．５
８．７２
８．３７
由式 （７） 计算出不同 ｒ ２ ／ ｒ １ 值下的滑靴参数如表
１ 所示， 其中柱塞直径 ｄ 设为 ２０ ｍｍ。
ｒ２ ／ ｒ１
ｒ １ ／ ｍｍ
ｒ ２ ／ ｍｍ
ｒ２ ／ ｒ１
ｒ １ ／ ｍｍ
ｒ ２ ／ ｍｍ
１．１
９．５３
１０．４８
１．３５
８．５４
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轴向柱塞泵滑靴副倾覆现象数值分析
徐兵;李迎兵;张斌;张军辉
【期刊名称】《机械工程学报》
【年(卷),期】2010()20
【摘要】采用一种新的研究方法对滑靴副油膜动态特性进行研究,首先对滑靴副静压支承固定阻尼加可变阻尼组成的流量压力负反馈调节系统进行建模,然后以此为边界条件对滑靴受力/力矩情况和滑靴副倾覆油膜模型的耦合关系进行研究,最后通过Matlab编程搭建滑靴副油膜耦合关系仿真模型,用Newton迭代法求解油膜模型非线性方程组,动态显示滑靴副油膜特性,以分析滑靴副倾覆现象的本质以及弹簧预压紧力对滑靴副倾覆的影响。
利用三点确定一平面的原理,通过三点处油膜厚度值对滑靴副油膜厚度场进行建模。
分析结果表明,滑靴偏磨一般发生在柱塞腔吸油区到排油区的过渡区,此时的滑靴倾覆程度最大,在滑靴结构一定时,可以通过增大弹簧预压紧力的方法减弱滑靴的倾覆程度。
【总页数】8页(P161-168)
【关键词】轴向柱塞泵;滑靴副;油膜;倾覆
【作者】徐兵;李迎兵;张斌;张军辉
【作者单位】浙江大学流体传动及控制国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TH137.51
【相关文献】
1.滑靴底面结构对轴向柱塞泵滑靴副油膜性能影响的数值分析 [J], 吴怀超;何永勇;简晓书
2.轴向柱塞泵配流副与滑靴副润滑特性试验系统的研制 [J], 艾青林;周华;张增猛;杨华勇
3.轴向柱塞泵滑靴副表面MoS2涂层的摩擦学性能 [J], 汤何胜; 任燕; 张祥雷
4.轴向柱塞泵滑靴油膜形状的遗传算法数值分析 [J], 刘洪;彭增雄;荆崇波
5.高温下轴向柱塞泵滑靴副干滑动摩擦磨损性能 [J], 寇保福;李振顺;张涨;李瑞清因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。