高速高压轴向柱塞泵的多场耦合理论研究

Hydraulic pump is the core component in hydraulic system, which belongs to the industry fundamental element, and its performance directly determine the hydraulic system's performance. Along with the development of hydraulic drive technology, there comes an urgent need for high speed and high pressure hydraulic pump.This project focuses on the distribution of physical fields in high speed high pressure axial piston pump, including the coupling mechanism between those fields, and establishes the coupling model of key parts in axial piston pump. After determining the boundary conditions of each physical field under normal condition, combined simulation and numerical analysis will be undertaken to solve the distribution of the physical fields. Test beds for multi-physical fields of key parts in axial piston pump will be built, and the experimental results will be compared with theoretical analysis results. Based on the result, measures for improving the efficiency of the piston pump will be explored in the view of energy conversion and transmission between physical fields. An optimum design theory of high speed and high pressure axial piston pump will be developed, which aims to multi-optimizing objectives and multiple loading conditions, and experiment will be done to prove its validity. This project will fill the gaps of high speed and high pressure axial piston pump's design in our country, and provide the theory basis for developing high-performance piston pump successfully with independent intellectual property.

液压泵是液压系统的核心元件，属于工业基础元件，其性能直接决定了液压系统的性能。随着液压驱动技术的不断进步，对高速高压轴向柱塞泵的需求也越来越迫切。本项目主要对高速高压轴向柱塞泵内部各物理场的分布进行深入研究，揭示各物理场间的耦合机理，建立轴向柱塞泵关键部件的物理场耦合模型。确定轴向柱塞泵工作时的各物理场边界条件，通过联合仿真、数值解析等方法和手段来求解各物理场的分布情况。搭建轴向柱塞泵内各关键部件的物理场试验台，获取试验结果并与理论分析结果进行对比。在此基础上，从各物理场能量转换和传递的角度探寻提高柱塞泵效率的措施。提出基于多场耦合的多目标多工况高速高压轴向柱塞泵优化设计理论，并通过试验验证该理论的正确性。本项目的完成将填补我国在高速高压轴向柱塞泵研究领域的空白，为我国成功研制具有自主知识产权的高性能柱塞泵提供理论依据。

本项目主要对高速高压轴向柱塞泵内部各物理场的分布进行深入研究，揭示各物理场间的耦合机理，建立轴向柱塞泵关键部件的物理场耦合模型。确定轴向柱塞泵工作时的各物理场边界条件，通过联合仿真、数值解析等方法和手段来求解各物理场的分布情况。搭建轴向柱塞泵内各关键部件的物理场试验台，获取试验结果并与理论分析结果进行对比。.项目研究过程中建立了基于摩擦副组件位姿非固定假设的油膜数值仿真模型。根据各摩擦副组件的受力状态，自动计算摩擦副组件的位姿状态，从而动态的获得油膜几何形状的连续变化过程。建立了流固热多物理场耦合的高速高压轴向柱塞泵关键摩擦副数值仿真模型。通过求解各物理场的约束方程，并且建立各物理场之间的耦合关系，从而获得了考虑材料塑性、热变形、粘温效应、粘压效应等复杂问题后的物理场分布结果，并且通过各种试验验证。该仿真模型可以更有有效的说明高速高压轴向柱塞泵在工作过程中的摩擦副状态，为高速高压轴向柱塞泵的性能提升，参数优化设计具有更重要的指导意义。进行了大量的轴向柱塞泵关键摩擦副材料配对实验研究。通过多组硬硬配合和软硬配合材料配对，分别测算了配对材料的摩擦系数和磨损量，通过对比给出了轴向柱塞泵摩擦副材料选取建议，为轴向柱塞泵摩擦副材料选取工作做出了贡献。针对低粘度高转速工况造成的轴向柱塞泵摩擦磨损条件恶劣，从材料配对和参数优化两方面着手，完成了煤油介质轴向柱塞泵的设计和实验工作。.本项目历时四年，已完成设定的目标。在基金的资助下，先后培养博士生8名，硕士生2名，在国内外学术期刊和国际会议上发表相关学术论文28篇，授权专利5个。本项目的完成将填补我国在高速高压轴向柱塞泵研究领域的空白，为我国成功研制具有自主知识产权的高性能柱塞泵提供理论依据。.