变水深下轴向柱塞泵滑靴副润滑特性预测与分析

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1、分类号：TH13710710-2015125097硕士学位论文变水深下轴向柱塞泵滑靴副润滑特性预测与分析王官洪导师姓名职称曹学鹏副教授申请学位级别硕士学科专业名称机械电子工程论文提交日期2018年4月3日论文答辩日期2018年5月27日学位授予单位长安大学PredictionandAnalysisofLubricationCharacteristicsofPistonPump’sSlipper/swashplatePairsinVaryingOcean-depthsAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandida

2、te:WangGuanhongSupervisor:Prof.CaoXuepengChang’anUniversity,Xi’an,China摘要轴向柱塞泵因具有工作压力高、易于变量调节等优点成为应用最广泛的深海动力源之一。滑靴和斜盘组成的滑靴副是其最为重要的运动副之一，其润滑特性的优劣直接影响着柱塞泵的使用寿命和工作性能。为此，研究变水深环境下的轴向柱塞泵滑靴副润滑特性，分析各个参数对其润滑特性的影响规律，而后利用优化函数对其底面进行结构优化，获得符合深海工况要求的环境适应性润滑副，为变水深环境下轴向柱塞泵摩擦副性能分析和结构优化提供指导。本论文主

3、要工作如下：（1）研究变水深下的油液介质黏度迁移规律。充分考虑环境压力、环境温度和热交换等因素，建立变水深工况下油液介质黏度动态变化模型。结果表明介质黏度随压力的增大而增加，随温度的增大而减小，随下潜深度的增加呈先快后慢的规律增加。（2）建立变水深环境下滑靴副润滑特性模型，并给出了具体的求解流程。基于柱塞泵和滑靴副的工作原理、介质变黏度模型、阻尼模型、楔形油膜模型、Reynolds方程压力模型和热弹性变形模型，建立了变水深滑靴副润滑特性求解方法和流程，并用MATLAB进行数值仿真计算求解。该方法为理论模型的数值求解打下基础。（3）提出变水深滑靴副润滑

4、特评价方法并分析各个参数对它的影响。指出油膜厚度在[1.6μm，20μm]内时，能够形成有效静压支承流体润滑，且油膜厚度差越小稳定程度越高。还提出将润滑特性数LCC作为综合评价滑靴副润滑特性的重要指标，数值越大，润滑特性越好。并分析环境变量、结构参数和工作参数等对滑靴副润滑特性的影响规律。结果表明在低速、低工作压力和大斜盘倾角时，油膜厚度小但能形成有效的流体润滑，且倾斜程度和损失功率较小，润滑特性数LCC较大，滑靴副获得良好的润滑性能。下潜深度增大时，油膜稳定性较差，且提高了损失功率，致使润滑特性数LCC很小，润滑特性很差。下潜深度在[5000m,7

5、000m]时难以形成有效的流体润滑。（4）开展变深下滑靴副润滑特性的优化设计工作。以降低滑靴副的损失功率、减小油膜倾斜程度和单位面积压力为优化目标，借助MATLAB中多目标非线性函数fgoalattain对滑靴底面进行结构优化，设计出多环滑靴结构形式。经对比分析，优化后的多环结构使滑靴副损失功率降低了8.73%、单位面积压力降低了5.14%，倾斜程度降低了9.42%，润滑特性数提升了14.7%，使滑靴副的润滑特性得到有效改善。该方法为摩擦副的设计和优化提供了理论意义和工程应用价值。关键词：变水深环境，轴向柱塞泵，滑靴副，润滑特性，结构优化IIIAbs

6、tractAxialpistonpumpisoneofthemostwidelyuseddeep-oceanpowersourcesbecauseithashighworkingpressureandiseasytoadjustitsfluidvolume.Whileslipper/swashplatepairisthesignificantcomponentofpumpanditslubricationcharacteristicsaffectsservicelifeandoperationperformanceofit.Therefore,the

7、lubricantpropertyofslipperpairsinpistonpumpundervaryingocean-depthconditionisresearched.Andinfluencingdifferentparametersonlubricationcharacteristicsofslipperpairisanalyzed.Then,thesurfacestructureofslipperisoptimizedbyoptimizationfunction,andslipperpairwhichsatisfiestherequire

8、mentofenvironmentconditionofdeep-oceanadaptabilityisob