轴向柱塞泵配流副摩擦磨损及表面织构研究

作     者：窦振华 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄家海

授予年度：2021年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：轴向柱塞泵 配流副 热力耦合 沟槽织构 摩擦磨损 

摘      要：轴向柱塞泵作为液压系统中最常用的动力元件,其性能与寿命与整个液压系统的可靠性紧密关联。随着轴向柱塞泵向高功率密度、大排量、高压力和高转速方向发展,作为轴向柱塞泵中最大的摩擦副—配流副,常常由于磨损剧烈而导致失效。针对上述问题,本研究建立了配流副轴对称非稳态热传导方程和基于ABAQUS有限元软件的仿真模型,分析了PV值为3MPa·m/s及1.8MPa·m/s的配流副在滑摩过程中由摩擦温升所引起的摩擦磨损问题,并利用端面摩擦磨损试验机进行实验验证;同时为改善配流副在高速工况下的摩擦学行为,探讨了摩擦副表面织构对配流副润滑和摩擦磨损性能的影响。研究表明:当配流副PV值为3MPa·m/s时,压力在滑摩初期对摩擦副接触面温升和磨损的影响较大,此时摩擦副表面以磨粒磨损为主,随着实验的进行,转速取代压力成为配流副摩擦特性的主要影响因素,此时摩擦副表面的主要磨损机制是粘着磨损,当PV值降低至1.8MPa·m/s后,配流副的润滑状态得到了改善;配流副工作过程中,初始塑性应变与压力为正比例关系,但出现热塑性变形的时间点主要与转速有关,转速越高,配流副表面越早出现热塑性变形。织构处理后的配流副摩擦系数及实验温升均有显著的下降,其中织构化配流盘由于严重的刮擦和三体磨粒磨损,磨损率会大幅提升;织构化缸体的大部分磨损发生在磨合阶段,进入稳定摩擦阶段后,摩擦副由边界润滑转化为流体动压润滑,摩擦接触面没有简化配流盘试样表面破坏的严重。织构角度对配流副的磨损机制没有太大的影响,主要磨损方式为粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损,但织构角度的变化会影响织构槽提供的油膜支撑力和磨屑的容纳效率。实验发现,简化配流盘与织构角度为60°,织构数目为32槽的简化缸体组成配对副时,表现出最优的摩擦磨损特性。本研究对轴向柱塞泵配流副工作过程的摩擦磨损特性进行了研究分析并通过表面织构改善了配流副摩擦时的润滑特性,可供高性能柱塞泵配流副设计参考。