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《上海交通大学》 2007年
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曲轴连杆式低速大扭矩液压马达的高压化研究

李勇  
【摘要】: 曲轴连杆式低速大扭矩液压马达是一种应用最为广泛的液压执行元件。目前,由于各类主机的需要,液压马达的高压化业已成为一个亟待解决的问题。因为按传统方法设计的滑靴副不能承受高压力,所以现有的额定压力为25MPa的产品都未采用静压支承结构,而多采用的是滚动轴承结构。国内许多额定压力为20MPa的曲轴连杆式低速大扭矩液压马达产品都是采用静压支承的滑靴副结构,在原产品的基础上进行改进,在节约成本、简化工艺的前提下将额定压力升级到25MPa或更高,实现产品压力等级的多样化和高压化,是企业的迫切需求。 本论文通过对CLJM-E3.15型液压马达进行调研剖析,在其基础上进行了曲轴连杆式低速大扭矩液压马达的高压化的理论与方法研究:定量分析了挤压作用对滑靴副静压支承润滑油膜形成过程的影响;提出了运用现有多种仿真软件构建虚拟样机仿真平台进行液压马达三维动力学仿真的方法;给出了采用静压支承滑靴副的高压化的曲轴连杆式低速大扭矩液压马达各个摩擦副的具体应对措施;试验结果表明高压化成功地得到了实现。 本论文的主要研究内容: 1、建立了滑靴副油膜挤压形成过程的数学模型和进行了定量分析在数值求解雷诺方程分析矩形平板底面稳态压力场分布规律的基础上,推导出了考虑压差效应和挤压效应的曲轴连杆式低速大扭矩液压马达滑靴副矩形投影底面的压力流量关系,计算机模拟仿真了润滑油膜的挤压形成过程。论证了连杆滑靴副的大油室结构能够保证油膜形成的有效性,为新型的采用大油室结构的静压支承滑靴副提供了理论依据。定量分析了多种物理参数、结构参数对油膜形成的影响。 2、基于多软件平台对曲轴连杆式低速大扭矩液压马达进行三维动力学仿真 借助一种“基于多软件平台虚拟仿真方法”,对曲轴连杆式低速大扭矩液压马达进行三维实体建模与运动学、动力学仿真,在液压马达工作过程中捕捉柱塞、连杆、偏心轴等核心部件的位移、速度等宏观运动特性,讨论了工况变化对核心部件运动特性的影响。以连杆为例,对其进行接近真实条件下的ANSYS有限元分析。通过虚拟样机仿真看到液压马达内部的实际运动状态,因而可以直观地对各种工况下液压马达的工作过程进行研究,这为实现液压马达的优化设计或创新设计提供了一条新的途径。 3、研发了一种新型高压化的曲轴连杆式低速大扭矩液压马达 针对曲轴连杆式低速大扭矩液压马达的高压化,提出了整体的研究方法和各个摩擦副具体措施;具体包括整体研究应采取的步骤,滑靴副设计公式的合理选择,阻尼器的温度补偿,以及采用轴配流时如何保证密封环的工作性能等。并用试验结果验证了所研究的新型高压液压马达的整体性能。 上述研究内容,紧紧围绕曲轴连杆式低速大扭矩液压马达的高压化问题而展开,所获得的一些结论对其他类似结构特征的液压泵或液压马达的深入研究也具有借鉴作用。
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