本文關(guān)鍵詞：斜盤式柱塞行走馬達(dá)配流盤的球冠形微觀織構(gòu)引起缸體振動的機理研究　出處：《浙江大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：行走馬達(dá)是斜盤式軸向柱塞馬達(dá)、控制閥組、行星減速機構(gòu)集成的用于行走驅(qū)動、吊裝升降的集成裝置,廣泛應(yīng)用于工程機械、船舶、農(nóng)業(yè)機械、航空等相關(guān)領(lǐng)域中。量大面廣的工程機械液壓系統(tǒng)效率低下,國內(nèi)外學(xué)者分別從液壓系統(tǒng)設(shè)計、高效率元件選擇、能量再生儲備和按需分配功率等方面進(jìn)行研究,提高其效率,其中,提高工程機械液壓系統(tǒng)液壓動力元件與執(zhí)行元件本身效率,尤其是泵馬達(dá)的效率,效果較為明顯,有利于實現(xiàn)低成本,低污染,高能效的目標(biāo)。 在行走馬達(dá)整個功率損失中,配流盤可以引起5%左右的摩擦功率損失,3%左右的泄漏功率損失。研究如何降低配流盤引起的功率損失,是提高行走馬達(dá)效率的關(guān)鍵所在。國內(nèi)外學(xué)者紛紛運用表面成形與織構(gòu)技術(shù),新材料與表面涂覆技術(shù),先進(jìn)生產(chǎn)制造技術(shù),進(jìn)行研究。本課題結(jié)合國際流體動力傳動領(lǐng)域?qū)W科前沿,運用表面成形與織構(gòu)技術(shù),償試在行走馬達(dá)配流盤上下死點區(qū)域加工球冠形微觀織構(gòu)以減摩提效,建立了球冠形微觀織構(gòu)配流副楔形油膜數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行數(shù)值計算與研究分析,設(shè)計了高分辨率行走馬達(dá)性能測試實驗臺與行走馬達(dá)配流盤摩擦性能測試實驗臺,并進(jìn)行摩擦性能測試,從實驗上驗證：在行走馬達(dá)配流盤表面加工球冠形微觀織構(gòu)可以起到減摩提效的作用。 美國著名學(xué)者Ivantysynova Monika團(tuán)隊與韓國學(xué)者Shin J H, Kim K W.在研究配流盤整體表面波浪形微觀織構(gòu)減摩提效過程中,以及德國Hubertus Murrenhoff團(tuán)隊在研究配流盤整體表面橢球形微觀織構(gòu)減摩提效過程中,發(fā)現(xiàn)缸體會產(chǎn)生振動現(xiàn)象,但沒有給出相應(yīng)的機理分析,本文作者對行走馬達(dá)配流盤表面球冠形微觀織構(gòu)引起缸體振動機理進(jìn)行了分析,提出了“球冠形微觀織構(gòu)穩(wěn)定油膜厚度”與“臨界穩(wěn)定油膜厚度”概念,用以判斷球冠形微觀織構(gòu)配流盤與缸體組成的配流副穩(wěn)定運行的判據(jù),并設(shè)計低成本接觸式配流副油膜厚度測量裝置,成功測試出球冠形微觀織構(gòu)配流副油膜厚度變化情況。闡明了困繞國際學(xué)者的問題—行走馬達(dá)配流盤表面球冠形微觀織構(gòu)引起缸體振動的機理。 本課題將以研制出高效率、長壽命、完全國產(chǎn)化的行走馬達(dá)為目標(biāo),研究球冠形微觀織構(gòu)配流盤摩擦性能,球冠形微觀織構(gòu)配流副楔形油膜潤滑特性,球冠形微觀織構(gòu)配流盤行走馬達(dá)缸體振動機理,安裝球冠形微觀織構(gòu)配流盤行走馬達(dá)效率特性,并設(shè)計研發(fā)相應(yīng)的實驗裝置進(jìn)行實驗驗證,為球冠形微觀織構(gòu)配流盤行走馬達(dá)減摩提效的研究和開發(fā)提供參考,這與當(dāng)前所倡導(dǎo)的綠色環(huán)保、能源節(jié)約大政方針相一致。 論文主要分為以下幾部分： 第一章是全文綜述。介紹了本課題研究背景—美國Ivantysynova Monika團(tuán)隊與韓國學(xué)者Shin J H, Kim K W.提出軸向柱塞泵配流盤整體表面波浪形微觀織構(gòu)減摩提效新方法,以及德國Hubertus Murrenhoff團(tuán)隊提出軸向柱塞泵配流盤整體表面橢球形微觀織構(gòu)減摩提效新方法,進(jìn)一步分析了摩擦學(xué)領(lǐng)域微觀織構(gòu)減摩國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,基于機械密封振動模型與行走馬達(dá)缸體振動模型相似性考慮,分析了微觀織構(gòu)機械密封振動國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,同時分析了最近國際上軸向柱塞泵、馬達(dá)微觀織構(gòu)摩擦副研究現(xiàn)狀與存在問題,最后闡述了選題依據(jù)與研究意義。 激光加工球冠形微觀織構(gòu)最適合作為行走馬達(dá)配流盤上下死點區(qū)域減摩提效微觀織構(gòu)。著名學(xué)者研究選擇的微觀織構(gòu)造型繁多,通常研究選擇造型為：正方形,三角形,圓柱形,波浪形,球冠形微觀織構(gòu),只有分析對比出它們的油膜負(fù)載能力等特性,才能選擇出適合行走馬達(dá)配流盤使用的微觀織構(gòu)。經(jīng)過分析對比,本文優(yōu)選出球冠形微觀織構(gòu)作為行走馬達(dá)配流盤表面采用的微觀織構(gòu)。美國著名學(xué)者Ivantysynova Monika團(tuán)隊與韓國學(xué)者Shin J H, Kim K W.在研究配流盤整體表面波浪形微觀織構(gòu)減摩提效過程中,以及德國Hubertus Murrenhoff團(tuán)隊在研究配流盤整體表面橢球形微觀織構(gòu)減摩提效過程中,發(fā)現(xiàn)缸體會產(chǎn)生振動現(xiàn)象,由于在斜盤式軸向柱塞泵配流盤高低壓腔密封帶處加工微觀織構(gòu),會使斜盤式軸向柱塞泵缸體所受到的不平衡推開力矩增加,這樣,斜盤式軸向柱塞泵缸體繞正交坐標(biāo)直徑角度擺動幅度會更加嚴(yán)重,不利于斜盤式軸向柱塞泵缸體的穩(wěn)定性運行。所以需要償試改變微觀織構(gòu)在配流盤表面分布方式,在減小缸體振動的前提下,還能夠提高微觀織構(gòu)油膜負(fù)載能力,優(yōu)化缸體受力,減小摩擦磨損程度。所以本文償試在配流盤上下死點區(qū)域加工球冠形微觀織構(gòu)進(jìn)行減摩提效研究。球冠形微觀織構(gòu)分布于配流盤上下死點區(qū)域表面,當(dāng)配流盤結(jié)構(gòu)參數(shù)變化時,需要研究球冠形微觀織構(gòu)配流副楔形油膜潤滑特性,因此,第二章建立了正方形,三角形,圓柱形,波浪形,球冠形微觀織構(gòu)的油膜控制方程,并采用有限差分法對其進(jìn)行了求解,對比分析了這幾種微觀織構(gòu)的油膜負(fù)載能力；建立了行走馬達(dá)球冠形微觀織構(gòu)配流副楔形油膜控制方程、油膜形態(tài)方程,并進(jìn)行無量綱化,最后采用有限差分法對其進(jìn)行求解分析。分析了行走馬達(dá)配流盤的密封帶寬度、液壓油粘度、缸體轉(zhuǎn)速、初始油膜厚度、缸體傾斜角度等對其壓力分布,性能參數(shù)、坐標(biāo)等影響。 優(yōu)化造型的球冠形微觀織構(gòu)可以明顯地降低配流盤摩擦系數(shù),減小磨損。當(dāng)行走馬達(dá)配流盤結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后,球冠形微觀織構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)與分布形式變化,對球冠形微觀織構(gòu)配流副楔形油膜潤滑特性均會產(chǎn)生影響,需要對其進(jìn)行研究,優(yōu)化出行走馬達(dá)配流盤表面采用的球冠形微觀織構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)與分布形式,因此,第三章建立了球冠形微觀織構(gòu)配流副楔形油膜潤滑方程、油膜形態(tài)方程,并進(jìn)行無量綱化,最后對其進(jìn)行求解分析。分析了微孔直徑、深度、面積率變化對配流副油膜壓力分布、推開力、推開力矩、摩擦力、摩擦系數(shù)、摩擦扭矩、液膜平均剛度的影響；同時設(shè)計開發(fā)了行走馬達(dá)配流盤摩擦性能測試實驗臺,并且加工了不同造型球冠形微觀織構(gòu)的配流盤,進(jìn)行摩擦性能測試,經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)：采用優(yōu)化造型的球冠形微觀織構(gòu)的配流盤,可以明顯地降低摩擦系數(shù),減小磨損。 當(dāng)“球冠形微觀織構(gòu)穩(wěn)定油膜厚度”小于“臨界穩(wěn)定油膜厚度”時,行走馬達(dá)配流盤表面球冠形微觀織構(gòu)引起缸體的振動消失或減輕。美國著名學(xué)者Ivantysynova Monika團(tuán)隊與韓國學(xué)者Shin J H, Kim K W.在研究配流盤整體表面波浪形微觀織構(gòu)減摩提效過程中,以及德國Hubertus Murrenhoff團(tuán)隊在研究配流盤整體表面橢球形微觀織構(gòu)減摩提效過程中,發(fā)現(xiàn)缸體會產(chǎn)生振動現(xiàn)象,但沒有研究其產(chǎn)生振動的機理,嚴(yán)重影響了這一研究方向繼續(xù)可靠地向前發(fā)展,本文作者對行走馬達(dá)配流盤表面球冠形微觀織構(gòu)引起缸體振動機理進(jìn)行了分析,因此,第四章分析了球冠形微觀織構(gòu)配流盤行走馬達(dá)缸體受力情況,建立了球冠形微觀織構(gòu)配流盤行走馬達(dá)缸體振動的數(shù)學(xué)模型—軸向振動和角度擺動(章動)模型,分析了缸體振動的機理,基于最小功率損失,求解了各工況下最佳油膜厚度,同時運用根軌跡方法進(jìn)行穩(wěn)定性判斷。同時建立了球冠形微觀織構(gòu)配流副油膜厚度測量實驗裝置,可以用于實時在線測量行走馬達(dá)球冠形微觀織構(gòu)配流副油膜厚度、溫度變化,發(fā)現(xiàn)球冠形微觀織構(gòu)提高配流副油膜厚度作用不明顯,但是可以降低配流副油膜溫度。 在配流盤表面加工球冠形微觀織構(gòu),一定工況下,可以優(yōu)化行走馬達(dá)缸體受力,同時可以降低其周圍的磨損程度。配流盤表面加工球冠形微觀織構(gòu)對行走馬達(dá)效率影響；球冠形微觀織構(gòu)對行走馬達(dá)配流盤實際工況摩擦磨損性能影響；從理論與實驗兩方面均需進(jìn)行驗證,因此,第五章對行走馬達(dá)配流盤的球冠形微觀織構(gòu)引起效率變化進(jìn)行了仿真分析；自行設(shè)計了高分辨率行走馬達(dá)性能測試實驗臺,對行走馬達(dá)效率進(jìn)行測試,發(fā)現(xiàn)在配流盤表面加工球冠形微觀織構(gòu),一定工況下,可以優(yōu)化行走馬達(dá)缸體受力,適當(dāng)提高行走馬達(dá)效率；將不同造型球冠形織構(gòu)的配流盤安裝于同一行走馬達(dá)上進(jìn)行測試,對比分析不同造型球冠形織構(gòu)配流盤對行走馬達(dá)效率影響；并采用電子顯微鏡對測試過的配流盤進(jìn)行觀測,通過對比分析球冠形微觀織構(gòu)配流盤表面摩擦磨損情況,發(fā)現(xiàn)在配流盤表面加工球冠形微觀織構(gòu),可以降低其周圍的磨損程度。 第六章對本文的研究工作進(jìn)行了總結(jié),對進(jìn)一步的研究提出了展望。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH113.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1352902