径向活塞滚球静力平衡式低速大扭矩海淡水液压马达设计理论及关键技术研究

所构思的径向活塞滚球静力平衡式低速大扭矩海淡水液压马达是在详细分析研究国内外专家学者长期以来从事海淡水液压元件和系统研究所取得的成果基础上提出来的。低速大扭矩海淡水液压马达的提出在原理和结构上充分考虑了海淡水的理化特性和水压传动的特点，具有摩擦副少、端面配流、转子静力平衡、结构简单、体积小等特点。对其进行设计理论和关键技术研究对水液压传动的发展具有理论意义和工程实用价值。.本项目拟根据流体力学和计算流体力学的理论和方法建立海淡水在低速大扭矩水压马达流道和间隙中的流动模型，并进行流场计算分析和结构优化；构建基于摩擦磨损润滑学的海淡水低速大扭矩水压马达各摩擦副的设计理论和方法；基于材料学的理论提出马达对偶副的材料选择方法；运用有限元方法对关键部件的受力特性、摩擦副的摩擦磨损特性进行计算和分析；利用虚拟样机技术分析马达的运动学和动力学特性；研制物理样机并进行试验测试，为实际应用奠定基础。

根据流体力学理论、静压支承理论、摩擦磨损及润滑理论、强度理论以及运动学和动力学理论，完成了径向活塞滚球静力平衡式低速大扭矩水液压马达的总体结构设计。在此基础上，运用运动学及动力学理论对马达定子的内曲线进行了计算与分析，确定具有过渡区的等加速运动规律的曲线是定子内曲线的最佳选择；基于静压支承原理对配流盘支承轴的工作特性进行了计算与分析，得出了适合水压传动的水膜厚度；基于压力流量方程，详细推导出水压马达配流盘端面的泄漏流量与间隙的关系方程，得到配流盘与转子的最佳间隙；以柱塞副总功率损失最小为目标函数对柱塞副的结构进行了优化设计，得到了柱塞副的最佳结构；基于材料学、摩擦磨损及润滑理论对18种不同配副材料的摩擦磨损性能进行了详细的试验研究，得到了不同对偶副间的摩擦系数、海水的温升、材料表面磨损后的形貌、磨损量、磨损深度等性能指标，寻找到了适合于低速大扭矩水压马达的各对偶运动副之间的配对材料；运用有限元方法对马达柱塞、滚子、定子和转子的受力及变形进行了仿真分析，得到了各关键部件的应力分布及应变大小；运用虚拟样机技术，对水压马达进行了运动学动力学仿真，得到了滚动体的位移、速度、加速度随时间的变化规律，滚动体与定子间的冲力随时间的变化规律等；基于流体动网格技术对马达内部流场的动态变化进行了模拟与分析，得到了进口压力、转速以及配流水膜厚度对马达综合性能的影响规律；基于上述研究设计并加工出水压马达物理样机，并对样机的性能进行了空载及加载实验测试，得到了相应的性能曲线，表明所研制的低速大扭矩海淡水压马达原理正确可行，也证明上述研究结果的正确性，解决了低速大扭矩海淡水液压马达的设计理论及关键技术问题，达到了项目的预期研究目标。目前已在国内外学术期刊及国际国内学术会议上共发表学术论文15篇。其中2篇外文期刊论文被SCI、EI双收录，其影响因子为2.913；5篇被EI收录；1篇被ISTP收录；申请国家发明专利1项(公示中)。已培养获工学硕士学位研究生3名；另有1名博士研究生将于2014年9月论文答辩。