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配流副油膜温度场分布

时间:2022-02-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:设定柱塞泵流入油液的温度为40℃,分别在21 MPa、28 MPa和35 MPa工作压力下,考察配流副间隙油膜温度的变化。从配流副油膜温度场的变化可以发现,当轴向柱塞泵主轴速度发生变化时,随着主轴转速增加,配流副油膜的温度呈递增状态。在配流副的工作工程中,配流盘和缸体之间的间隙油膜影响柱塞泵的工作效率和使用寿命。

1)不同工作压力下油膜温度分布

设定柱塞泵流入油液的温度为40℃,分别在21 MPa、28 MPa和35 MPa工作压力下,考察配流副间隙油膜温度的变化。将三组压力值作为油膜温度计算的输入压力,分别解得内外密封带油膜温度的变化值。

在配流盘内密封带中,随着半径向内变小,油膜的温度越来越高。由图9.15a可知,在内密封带半径为22 mm处油膜温度最高,油膜温度越高,则该处配流盘和缸体越容易在材料表面发生热形变,可以预见内密封带该处的损坏最为严重。

图9.15 密封带油膜温度变化

在配流盘外密封带中,半径越大,油膜的温度越高。由图9.15b可知,在内密封带半径为44 mm处油膜温度最高,油膜温度越高,则该处配流盘和缸体越容易在材料表面发生热形变,可以预见外密封带该处的损坏最为严重。

在MATLAB中求解得到配流盘的温度场,如图9.16所示。

图9.16 不同工作压力下的配流盘温度分布场图

当柱塞泵的工作压力为21 MPa时,内密封带的内外侧温差为1.5℃;当柱塞泵的工作压力为28 MPa时,内密封带的内外侧温差为2℃;当柱塞泵的工作压力为35 MPa时,内密封带的内外侧温差为3.5℃。由此可见,工作压力每增大7 MPa,内密封带的最大温度仅上升1.5~2℃,工作压力的变化对内密封带的温度影响并不是非常明显。

当柱塞泵的工作压力为21 MPa时,外密封带的温度上升10℃;当柱塞泵的工作压力为28 MPa时,外密封带的温度上升15℃;当柱塞泵的工作压力为35 MPa时,外密封带的温度上升19℃。由此可见,工作压力每增大7 MPa,外密封带的最大温度约上升5℃。

由图9.15和图9.16可知,工作压力每增大7 MPa,内密封带的最大温度上升1.5~2℃,外密封带的最大温度上升约4℃。其原因是泄漏流量随工作压力增大而增大,并且在油膜较厚的位置增大速度快。所以当供油压力增大时,泄漏流量引起的能量损失增大,油膜温度升高,并且在油膜越厚的位置温度变化越快。同时,当工作压力为35 MPa时在外密封带半径为44 mm处温度最大值达到59℃,故油膜温度越高配流盘和缸体壁面在该处发生的热形变就越大,可预见在高压条件下配流盘与缸体壁面对应位置处容易发生磨损。

2)不同转速下油膜温度分布

设配流副流入油液的初始温度为40℃,令柱塞泵主轴转速分别为2 000 r/min、5 000 r/min、8 000 r/min,考察在这三种工况下配流副油膜的温度变化。

由图9.17a可知,在配流盘内密封带中,半径越小,油膜的温度越高。当柱塞泵的转速为2 000 r/min时,内密封带的温度上升5℃;当柱塞泵的转速为5 000 r/min时,内密封带的温度上升7℃;当柱塞泵的转速为8 000 r/min时,内密封带的温度上升11℃。由上可知,随着工作转速的增大,内密封带的最大温度差的变化较为明显。

图9.17 密封带油膜温度变化

由图9.17b可知,在配流盘外密封带中,半径越大,油膜的温度越高。当柱塞泵的转速为2 000 r/min时,外密封带的温度上升15℃;当柱塞泵的转速为5 000 r/min时,外密封带的温度上升17℃;当柱塞泵的转速为8 000 r/min时,外密封带的温度上升18℃。由上可知,工作转速每增大3 000 r/min时,外密封带的最大温度仅上升1~2℃。

在MATLAB中求解得到配流盘的温度场,如图9.18所示。

从配流副油膜温度场的变化可以发现,当轴向柱塞泵主轴速度发生变化时,随着主轴转速增加,配流副油膜的温度呈递增状态。从图9.18来看,主轴转速的上升对配流副油膜内密封带的影响更为强烈。

由图9.17和图9.18可知,工作转速每增大3 000 r/min,内密封带的最大温度上升4℃,外密封带的最大温度上升2℃。其原因是黏性摩擦力随转速增大而增大,并且在油膜越薄的位置其速度增大越快。所以当转速增大时,黏性摩擦能量损失增大,油膜温度升高,并且在油膜越薄的位置温度变化越快。同时,当转速达到8 000 r/min时,内外密封带中半径为44 mm以及25.6 mm处的温度分别达到52℃和56℃。油膜温度越高,配流盘和缸体壁面在该位置处发生的热形变就越大。可以预见,在高转速条件下配流盘与缸体壁面对应的位置处容易发生磨损。

图9.18 不同主轴转速时的配流盘温度场

3)不同油膜厚度时油膜温度分布

在配流副的工作工程中,配流盘和缸体之间的间隙油膜影响柱塞泵的工作效率和使用寿命。如果油膜厚度过大,配流副的泄漏流量增加,使得柱塞泵的容积效率下降;如果油膜厚度太小,会使得油膜最小的一端因为不易储存油液而出现缸体壁面和配流盘表面的干摩擦。不同油膜厚度下配流盘密封带油膜温度的变化如图9.19所示。

在配流盘内密封带中,半径越小,油膜的温度越高。图9.19a中,当柱塞泵的油膜厚度为15μm时,内密封带的温度上升5.3℃;当柱塞泵的油膜厚度为18μm时,内密封带的温度上升4.5℃;当柱塞泵的油膜厚度为21μm时,内密封带的温度上升3.5℃。由上可知,配流副油膜厚度越大外密封带温升越慢。

图9.19 密封带油膜温度变化

图9.20 不同油膜厚度时的配流盘温度分布场

在配流盘外密封带中,半径越大,油膜的温度越高。图9.19b中当柱塞泵的油膜厚度为15μm时,外密封带的温度上升11℃;当柱塞泵的油膜厚度为18μm时,外密封带的温度上升12.5℃;当柱塞泵的油膜厚度21μm时,外密封带的温度上升14℃。由上可知,配流副油膜厚度越大外密封带温升越快。

在MATLAB中求解得到配流盘的温度场,如图9.19所示。

由图9.20可知,配流副的油膜厚度越小,整个配流副的发热则越严重。内密封带中,平均油膜厚度每增加3μm油膜最高温度下降1℃;在外密封带中,平均油膜厚度每增加3μm油膜最高温度上升1.5℃;其原因是油膜越厚,泄漏流量引起的能量损失越大,黏性摩擦力越小,黏性摩擦能量损失越小。故在配流副中,油膜越薄,配流副外密封带温度越高。可以预见,在该处配流副与缸体壁面接触表面的形变越严重,配流盘与缸体壁面在内外密封带接触的表面更容易发生磨损。

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