[发明专利]一种基于非均匀间隙油膜的滑靴副偏磨磨损预测方法

说明书

本发明提供了一种基于非均匀间隙油膜的滑靴副偏磨磨损模型，涉及轴向柱塞泵滑靴副摩擦润滑领域。本发明在基于二维平行平面的磨粒磨损模型的基础上，考虑滑靴的偏磨特性和润滑油膜的非均匀性分布；采用将滑靴副偏磨润滑油膜离散求解的思想，把非均匀分布的油膜划分为多个可近似为平行分布的小油膜区间，在每个区间进行单独求解平行磨损量，进而采用二重积分思想扩展到整个滑靴底面求总的磨损量；最后沿着滑靴在斜盘表面的椭圆运动轨迹进行曲线积分，求得滑靴副单位周期的偏磨磨损量。同时通过全数字仿真计算柱塞泵滑靴副在不同工况下的偏磨磨损量，结果表明柱塞泵长期工作在高速/低压/小排量工况下可以减小滑靴副的磨损量，提高泵的使用寿命。

技术领域

本发明涉及轴向柱塞泵滑靴副摩擦润滑领域，具体是一种基于非均匀间隙油膜的滑靴副偏磨磨损预测方法。

背景技术

磨损是轴向柱塞泵的主要失效模式之一，磨损会导致摩擦副的润滑油膜被破坏，泄漏增加，从而导致泵的效率下降，进而影响泵的剩余有效使用寿命。因为磨损量难以实时测量，所以液压泵的磨损影响因素的确定与磨损状态的预测都比较困难。

滑靴副磨损故障是斜盘式轴向柱塞泵最容易发生的故障之一，尤其在高速工况下，由滑靴副导致的泄漏量占壳体总泄漏量的绝大部分。因此对滑靴副的磨损量进行精确计算是高速柱塞泵故障预测技术的关键。

现有技术中，公开了一种基于弹性流体动力润滑(EHL，Elasto HydrodynamicLubrication)磨损模型的轴向柱塞泵滑靴副加速寿命试验方法，它将滑靴副两个相对摩擦面视为两个平行平面之间的摩擦磨损，然而事实上滑靴副的润滑油膜通常是非均匀分布的，由此导致的滑靴和斜盘之间的磨损应当是一种偏磨磨损形式。

发明内容

本发明针对斜盘式轴向柱塞泵中滑靴和斜盘之间的偏磨磨损，充分考虑滑靴的偏磨特性和润滑油膜的非均匀分布，为了提高滑靴副磨量的计算精度，提出了一种基于非均匀间隙润滑油膜的滑靴副偏磨磨损预测方法，为高速柱塞泵的磨损性能退化理论研究做基础。

所述的滑靴副偏磨磨损预测方法具体构建步骤如下：

步骤一、针对斜盘式轴向柱塞泵使用的初始阶段，用网格对滑靴/斜盘之间的楔形油膜划分区间，计算各个网格区间的平均油膜

划分的区间为(m-1)×(n-1)个；

h(r,θ)表示每个网格区间顶点的油膜厚度；其中r表示极坐标下滑靴底面任意一点的极径，θ表示极坐标下滑靴底面任意一点的极角；dr表示网格区间径向的单位长度；dθ表示网格区间周向的单位长度。

步骤二、各个网格利用自身的平均油膜计算该网格区间的磨损量R_w(r,θ)；

其中，R_w为单位行程的磨损量；K为润滑磨损系数；S_m为粗糙峰的平均波长；N＝1/S_m表示单位行程的粗糙峰波数；α为高度修正系数；σ为复合表面粗糙度；H^*代表摩擦副相对硬度比；β₀是幂指数；v为摩擦副相对速度；τ＝η_m/G_c为延迟时间，η_m为材料的动力黏度，G_c为材料的剪切模量。

步骤三、对所有网格区间的磨损量R_w(r,θ)进行积分，得到整个滑靴底面的磨损量

步骤四、计算柱塞泵的缸体每旋转一周后柱塞泵各滑靴的椭圆行程L；

L＝2πR+4R(secβ-1)

其中，R为柱塞泵的柱塞孔分度圆半径；β为斜盘倾角。