油膜温度的分布特征

油膜温度场是滑靴副油膜特性的一个重要评价指标，直观地表示了油液能量耗散，是滑靴副摩擦磨损分布和强度的直接衡量标准。由于柱塞泵的壳体内腔结构紧凑，内部旋转部件众多，所以在其内部布置温度传感器一直是个难题。因此，本节没有采用直接测量方法获取相关的油膜温度数据，而是采用比较分析方法验证滑靴副微观传热模型的正确性，首先将滑靴副油膜温度进行了求解，并将计算结果与Kazama的实验结果进行比较，分析油膜温度的分布特征。

图7.7所示为整个工作周期下滑靴副油膜温度场。当滑靴处于泵的排油区时，滑靴所受的正向压紧力较大，滑靴两侧的油膜压力差较小，促使滑靴的倾覆角度减小，导致油膜温度沿滑靴半径方向的递减梯度降低，油膜温度为47.5～50℃。其中，颜色较深处为最高油膜温度，说明该区域的油膜厚度最小，容易发生偏摩磨损，而颜色较浅处为滑靴边缘，其原因是油膜与滑靴副之间进行对流换热，油膜温度沿半径方向存在温度差，但是滑靴中心油腔与边缘处的温度差不超过2.5℃。当滑靴处于泵的吸油区时，滑靴所受的正向压紧力减小，增强滑靴的动压效应，增大滑靴的倾覆角度，增加油液流速，此时油膜温度沿半径方向的温差增大，滑靴边缘处的油膜温度为46℃。这些特征表明滑靴副的泄漏流量和黏性摩擦随柱塞腔压力的减小而降低，促使功率损失降低，油液的内能减小，表现为油膜温度降低。

图7.8所示为滑靴副油膜温度与Kazama实验结果的比较。从图7.8可知，在相同工况（pp=20 MPa，n=1 600 r/min）下，理论油膜温度随缸体转角呈周期性变化，与Kazama实验结果的变化趋势接近，数值相差为0.1～0.3℃，其原因是Kazama采用剩余压紧力法设计了一个斜盘转动而缸体固定的柱塞泵简易装置，这个装置的缺点是滑靴因随缸体固定不动而缺少离心力，无法反映滑靴倾覆角度对油膜温升的影响，导致油膜温度趋于平滑，温度波动范围较小，而本节所建立的数学模型考虑了滑靴倾覆运动的影响，对压力控制方程进行了修正，计算结果优于前者。当滑靴处于泵的排油区时，油液温度从46℃上升到50℃，这说明滑靴所受的正向压紧力增大，滑靴因泄漏和黏性摩擦产生的功耗损失增大，引起油液温度升高。当滑靴处于泵的吸油区时，油液温度从50℃下降到46℃，这说明滑靴所受的正向压紧力减小，滑靴的倾覆角度随油液动压效应增强而急剧增加，导致滑靴持续处于不稳定承载状态，油膜厚度增大，引起功耗损失降低，表现为油液温度降低。与文献［40］相比，理论油膜温度的波动趋势更加显著，尤其滑靴处于泵的吸排油过渡区时，油膜温度下降4℃，其原因是滑靴底面油液的附加压力场增大，油液的动压效应增强，油膜厚度增大，油液流速增加，促使油液黏性耗散所产生的热量绝大部分被润滑油带走，导致油膜温度下降。这些特征说明滑靴的动压效应与滑靴副功耗损失密切相关，影响油膜温度的变化趋势，应予以重视。

图7.7　整个工作周期下滑靴副油膜温度场

图7.8　滑靴副油膜温度与Kazama实验结果的比较