高压海水轴向柱塞泵关键摩擦副仿生非光滑表面润滑机理及摩擦磨损研究

The key tribopairs such as slipper shoe/sloping plate pair,cylinder bore/piston pair,cylinder/port plate pair of high pressure seawater axial piston pump are very easy to fail because of corrosion and wear. Great achievements have been obtained on seeking anti-corrosion and anti-wear paired materials for the key tropairs, on this basis, exploring innovative mechanism of lubricating,reducing resistance,anti-wear for the key tropairs to improve its lubrication and load capacity,firction and wear performance and life span is a hot issue on researching high pressure seawater axial piston pump. This project prepare to investigate the major scientific problems as lubricating mechanism, dynamic loading capacity and friction and waer behaviour of the key tribopairs of high pressure seawater axial piston pump.Including(1)establishing liquild film effect and dynamic lubricating model of bionic non-smooth surface key tribopairs of high pressure seawater axial piston pump;(2)revealing the lubricating mechanism of bionic non-smooth surface tribopairs with different form and distribution;(3)investigating the friction and waer behaviour of the key tribopairs with different bionic non-smooth surface form and distribution;(4)seeking the major influence factors of the key tribopairs lubrication,loading and friction and wear,proposing the way to improve its performance. The research work may enrich the lubricating and friction and wear theory of the key tribopairs of high pressure saewater axial piston pump and providing theoretical supports to the design bionic non-smooth surfaces for the same kind of tribopairs.

高压海水轴向柱塞泵中的关键摩擦副如滑靴副、柱塞副、配流副等极易因腐蚀、磨损而失效。人们在寻求关键摩擦副耐腐蚀、抗磨损配对材料方面已取得重大进展，在此基础上探索关键摩擦副新的润滑、减阻、抗磨机理以提高其润滑及承载能力、摩擦磨损性能和寿命，是高压海水轴向柱塞泵研究的热点问题。 本项目拟研究高压海水轴向柱塞泵关键摩擦副仿生非光滑表面润滑机理、动态承载特性及摩擦磨损行为等主要科学问题。主要包括：①建立高压海水轴向柱塞泵关键摩擦副仿生非光滑表面液膜效应及动态润滑模型；②揭示关键摩擦副不同形态和分布形式的仿生非光滑表面润滑机理及动态承载特性；③研究关键摩擦副不同形态和分布形式的仿生非光滑表面摩擦磨损行为；④找出影响关键摩擦副仿生非光滑表面润滑、承载和摩擦磨损的主要因素，提出改善其性能的方法。 项目研究可丰富高压海水轴向柱塞泵关键摩擦副润滑及摩擦磨损理论，并为此类摩擦副仿生非光滑表面的设计提供理论支撑。

高压海水轴向柱塞泵中的关键摩擦副如滑靴副、配流副、柱塞副等极易因腐蚀、磨损而失效。人们在寻求关键摩擦副耐腐蚀、抗磨损配对材料方面已取得重大进展，在此基础上探索关键摩擦副仿生非光滑表面润滑机理、动态承载特性及摩擦磨损行为以提高其润滑及承载能力、摩擦磨损性能和寿命，是高压海水轴向柱塞泵研究的热点及难点问题。.项目的主要研究内容包括：①建立高压海水轴向柱塞泵关键摩擦副仿生非光滑表面动态润滑模型；②揭示关键摩擦副不同形态和分布形式的仿生非光滑表面润滑机理及动态承载特性；③研究关键摩擦副不同形态和分布形式的仿生非光滑表面摩擦磨损行为；④找出影响关键摩擦副仿生非光滑表面润滑、承载和摩擦磨损的主要因素，提出改善其性能的方法。.项目的重要结果及关键数据包括：通过对建立的仿生非光滑表面摩擦副的动态润滑模型的数值计算及分析发现：设计合理的凹坑形仿生非光滑表面能够产生动压润滑效应，增大摩擦副间的承载能力；大量的试验测试结果表明：仿生非光滑表面凹坑可有效存储海水和磨屑，降低磨粒磨损；光滑表面316L不锈钢与非光滑表面碳纤维增强PEEK(CFR/PEEK)摩擦副间的磨损以犁沟效应为主；与同样材料的光滑表面摩擦副相比，摩擦因数降低了23%~25%，试样温升降低了7%~8%；316L不锈钢磨损率减小了40%~51%，CFR/PEEK磨损率减小了15%~18%。摩擦副运行参数及凹坑形仿生非光滑表面的几何参数对摩擦副承载力影响的主次顺序为：运行转速>水膜厚度>凹坑形状>凹坑深径比>凹坑直径>凹坑面积率，且承载力与摩擦因数在各参数变化下均呈现负相关关系。对具有仿生非光滑表面滑靴副(AISI431不锈钢)和配流副(CFR/PEEK)的高压海水轴向柱塞泵实泵测试结果表明：配流盘磨损量减小了23%~46%；泵的容积效率、机械效率和总效率分别提高了0.1%~0.7%、0.1%和0.1%。.项目研究丰富了高压海水轴向柱塞泵关键摩擦副润滑及摩擦磨损理论，并为此类摩擦副仿生非光滑表面在高压海水轴向柱塞泵中的工程设计及应用奠定了基础。