一种液压马达滚柱-柱塞副温度计算方法及系统

本发明属于液压马达零件热特性分析，尤其涉及一种液压马达滚柱-柱塞副温度计算方法及系统。

背景技术：

1、液压马达因其具有功率密度大、扭矩高等优点，被广泛用于风力发电、挖泥船、破碎机、双轮铣、轧钢传输线、卷板机、注塑机等大型装备的旋转驱动系统。而滚柱-柱塞副是液压马达中关键的承载传力摩擦副，对马达的正常运行起着决定性作用。其设计不合理会导致运行过程中温升严重，进而使得滚柱-柱塞副过早失效。因此，在滚柱-柱塞副优化设计过程中温度的影响不能忽视。目前对于摩擦副温度特性的计算主要采用能量方程。虽然能量方程具有一定的普适性和通用性，但其复杂的偏微分方程形式，使得能量方程的迭代求解难度较大。此外，温度的计算依赖于摩擦副表面的润滑和接触状态。目前对于润滑和接触状态的求解，通常假设摩擦副表面光滑或者粗粗峰服从高斯分布。然而这两个假设只有在润滑良好无接触或者真实加工表面粗糙度近似服从高斯分布的情况下，才能获得相对准确、合理的结果，并不适用于所有情况。

技术实现思路

1、本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种液压马达滚柱-柱塞副温度计算方法及系统，使滚柱-柱塞副温度特性的预测更加便捷、准确。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种液压马达滚柱-柱塞副温度计算方法，该方法包括以下步骤：

3、步骤1：对滚柱和柱塞的配合表面进行真实局部表面粗糙形貌测量，随机采集并得到n对测量位置点处的结果；

4、步骤2：利用步骤1中测量的n对真实局部表面粗糙形貌数据计算不同标称油膜厚度对应的压力流量因子和剪切流量因子，对雷诺方程修正得到润滑模型；

5、步骤3：利用步骤1中测量的n对真实局部表面粗糙形貌数据计算并拟合得到接触模型的表达式和接触系数；

6、步骤4：确定滚柱-柱塞副不同位置的标称油膜厚度，求解接触模型和润滑模型，得到滚柱-柱塞副不同位置的局部平均接触压力和局部平均油膜压力，进而计算粗糙摩擦功率损失和粘性摩擦功率损失；

7、步骤5：计算粗糙摩擦热、粘性摩擦热、静压损失热和边缘卷吸热产生的油液温升，并测量滚柱-柱塞副的供油温度，加和得到滚柱-柱塞副的总温度。

8、进一步地，所述供油温度表示从柱塞底部经过阻尼孔进入滚柱-柱塞副的油液温度。

9、进一步地，所述压力流量因子代表的含义为滚柱-柱塞副的表面粗糙形貌对滚柱-柱塞副中压力驱动的油液流动状态的影响程度；所述压力流量因子的计算方法为：设定一个标称油膜厚度，通过将测量位置点处真实局部表面的压力流除以光滑局部表面的压力流计算得到一对测量位置点处真实局部表面的压力流量因子；计算步骤1中采集的n对测量位置点处真实局部表面的压力流量因子，计算n个压力流量因子的平均值以消除随机误差，取该平均值作为最终所需的压力流量因子。

10、进一步地，所述剪切流量因子代表的含义为滚柱-柱塞副的表面粗糙形貌对滚柱-柱塞副中滚柱旋转驱动的油液流动状态的影响程度；所述剪切流量因子的计算方法为：设定一个标称油膜厚度，通过将测量位置点处真实局部表面的剪切流除以光滑局部表面的剪切流计算得到一对测量位置点处真实局部表面的剪切流量因子；计算步骤1中采集的n对测量位置点处真实局部表面的剪切流量因子，计算n个剪切流量因子的平均值以消除随机误差，取该平均值作为最终所需的剪切流量因子。

11、进一步地，所述真实局部表面的长和宽与光滑局部表面的长和宽相同。

12、进一步地，所述接触模型是对标称油膜厚度与局部平均接触压力进行数据拟合得到的方程表达式；所述接触系数是拟合接触模型所得到的方程拟合系数；局部平均接触压力的计算方法为：确定测量位置点处真实局部表面上每个粗糙峰的位置，并计算每个粗糙峰的曲率半径；设定一个标称油膜厚度，计算每个粗糙峰产生的接触压力，对测量位置点处真实局部表面上所有粗糙峰产生的接触压力进行积分，利用积分得到的总接触压力除以测量位置点处真实局部表面的投影面积，得到相对于真实局部表面的平均接触压力，即为局部接触压力；计算n对测量位置点处真实局部表面在不同标称油膜厚度下的局部接触压力，计算相同标称油膜厚度下的n个局部接触压力的平均值，得到局部平均接触压力。

13、进一步地，所述雷诺方程修正具体为：压力流量因子与雷诺方程中的扩散项系数相乘，剪切流量因子与综合粗糙度相乘并添加到雷诺方程的对流项系数中，得到润滑模型。

14、进一步地，步骤5中，所述粗糙摩擦热、粘性摩擦热、静压损失热和边缘卷吸热产生的油液温升δtc、δtv、δtp和δte的表达式为：

15、

16、

17、

18、

19、其中，κc是粗糙摩擦功率损失转换为油温的转换率，pc为粗糙摩擦功率损失，co是油液的比热容，ρ是油液密度，qg和qe+分别是从油沟和边缘流入摩擦副的油液流量，pv为粘性摩擦功率损失，κv是粘性摩擦功率损失转换为油温的转换率，κg是静压损失功率转换为油液温度的转换率，pg是油沟压力，te+是从边缘流入滚柱-柱塞副的油液温度，t0是滚柱-柱塞副油液的真实温度。

20、进一步地，步骤1中，所述n为一个正整数，测量n对真实局部表面粗糙形貌数据能够消除压力流量因子、剪切流量因子和接触模型结果的随机误差，每对真实局部表面包含一个滚柱配合面上测得的真实局部表面和一个柱塞配合面上测得的真实局部表面。

21、另一方面，本发明还提供了一种液压马达滚柱-柱塞副温度计算系统，该系统包括表面测量?？?、润滑模型?？?、接触模型?？?、模型求解?？楹臀露燃扑隳？?；

22、所述表面测量?？橛糜诙怨鲋椭呐浜媳砻娼姓媸稻植勘砻娲植谛蚊膊饬?，随机采集并得到n对测量位置点处的结果；

23、所述润滑模型?？橛糜诶貌饬康膎对真实局部表面粗糙形貌数据计算不同标称油膜厚度对应的压力流量因子和剪切流量因子，对雷诺方程修正得到润滑模型；

24、所述接触模型?？橛糜诶貌饬康膎对真实局部表面粗糙形貌数据计算并拟合得到接触模型的表达式和接触系数；

25、所述模型求解?？橛糜谌范ü鲋?柱塞副不同位置的标称油膜厚度，求解接触模型和润滑模型，得到滚柱-柱塞副不同位置的局部平均接触压力和局部平均油膜压力，进而计算粗糙摩擦功率损失和粘性摩擦功率损失；

26、所述温度计算?？橛糜诩扑愦植谀Σ寥?、粘性摩擦热、静压损失热和边缘卷吸热产生的油液温升，并测量滚柱-柱塞副的供油温度，加和得到滚柱-柱塞副的总温度。

27、本发明的有益之处为：本发明提出的滚柱-柱塞副温度计算方法采用简单的解析式计算温度，相比于以往的复杂偏微分形式的能量方程，使得计算简单、快捷；此外，本发明提出的滚柱-柱塞副温度计算方法利用真实粗糙表面形貌数据修正润滑模型、拟合接触模型，同时供油油温采用实验测量值，提高了计算结果的真实性和可靠性；因此，当本发明提出的计算方法用于滚柱-柱塞副的优化设计时，可提供摩擦副温度的快速、准确预测，进而缩短滚柱-柱塞副的优化设计周期，并且使优化设计的结果更合理可信。