《高速高壓軸向柱塞泵微尺度液膜動力學研究》是依託北京理工大學，由苑士華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高速高壓軸向柱塞泵微尺度液膜動力學研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：苑士華
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高速高壓是實現軸向柱塞泵高功率密度的重要途徑，但目前柱塞泵設計所涉及的速度和壓力等級較低，繼續提高缺乏理論支持，技術難度較大。本項目擬綜合高速高壓柱塞泵設計所涉及的流體力學、彈性力學、多體動力學、摩擦學等多個學科的基礎理論，研究柱塞泵摩擦副構件約束空間液膜微尺度運動軌跡、表面變形與結構變形的數學描述，建立液膜動力學方程，研究摩擦副構件表面變形與結構變形的耦合計算方法和微尺度液膜動力學方程求解方法，分析摩擦副構件微運動和微尺度液膜動態特徵，結合試驗結果，探索構件微運動循環特徵穩定性問題，探討微尺度油膜參數變化規律。研究結果對闡明高速高壓柱塞泵摩擦副構件微運動的控制機理以及微尺度油膜的形成機制有重要意義，為形成我國自主的高速高壓柱塞泵設計方法奠定理論基礎，服務於我國的國家安全與經濟建設。
結題摘要
高速高壓柱塞泵關鍵摩擦副的設計需要綜合考慮速度壓力大跨度特徵、摩擦副構件結構變形及其表面的彈性變形、摩擦副構件多自由度空間運動狀態、微尺度液膜時變特性、構件接觸狀態等的影響。本項目擬通過建立高速高壓柱塞泵的微尺度液膜動力學模型並進行高效、耦合最佳化求解算法的研究，分析高速高壓柱塞泵摩擦副構件間微尺度液膜的時變特徵及其參數影響規律，闡明高速高壓柱塞泵摩擦副構件微運動的控制機理以及微尺度液膜的形成機制。 通過數學推導，給出了柱塞泵滑靴副、柱塞副以及配流副的非均勻微尺度液膜形狀以及運動軌跡描述方程，在此基礎上採用有限單元與影響係數相結合的方法計算了摩擦副的表面及結構變形，並將其引入到摩擦副非均勻液膜厚度計算中，獲得了考慮形變的非均勻液膜厚度方程；針對滑靴副、配流副以及柱塞副的接觸特徵，分別建立等溫條件下摩擦元件的彈性流體動力潤滑方程，把液膜支撐力及摩擦力引入到摩擦元件的動力學方程中，建立了包含液膜潤滑、摩擦副表面及結構變形、表面輪廓等因素影響的軸向柱塞泵摩擦副非線性液膜動力學模型；分別確定了滑靴、柱塞以及缸體的液膜動力學模型的數值解法，分析了工作轉速、壓力以及彈性變形等參數對滑靴副、配流副以及柱塞副的液膜潤滑特性的影響；最後，研究了關鍵摩擦副在速度和壓力大幅值變化條件下的微運動特徵及液膜變化規律，並通過台架試驗，研究了表面輪廓及深槽結構對微尺度液膜成膜潤滑的影響。 項目研究所獲得的成果主要有：（1）構建了考慮潤滑液膜作用以及表面彈性變形的軸向柱塞泵摩擦副元件的欠約束摩擦動力學，確定了摩擦動力學模型的數值求解方法，為實現柱塞泵摩擦副的液膜特性分析提供了理論支撐；（2）揭示了摩擦副構件液膜變化規律：柱塞泵摩擦副液膜厚度總體上隨著工作轉速的增大而小幅度的非線性增加，隨工作壓力的增大而大幅度非線性減小；工作轉速對液膜楔形角的影響不大，而工作壓力對液膜楔形角有著重大影響，工作壓力越高，楔形角越大，因此高壓工況下摩擦副容易出現偏磨；（3）研究確定了摩擦副表面輪廓對液膜形成的作用特徵，摩擦副表面輪廓對高速高壓柱塞泵摩擦副的成膜潤滑有重要作用，“內凸外凹”型的欠約束摩擦元件表面具有較好的流體動壓作用效果，容易使摩擦副在高壓低速工況形成微尺度液膜潤滑，且能增強摩擦副的抗傾能力。
