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海水液压泵是海水液压系统的关键动力元件,在反渗透海水淡化、水下作业机械手、深海油气钻探等领域具有广泛的应用前景。全水润滑的斜盘式海水柱塞泵具有结构紧凑、功率比重大等优点,是目前海水液压泵的主要结构型式。滑靴副作为海水柱塞泵的关键摩擦副之一,其性能好坏对整机具有重要影响。与油压泵滑靴副相比,海水泵的滑靴副更容易发生磨损,这是由海水的理化特性所决定的。为了更好地解决海水介质中滑靴副的润滑与磨损问题,需要综合流体力学、摩擦学、金属腐蚀、机械设计等多学科知识,创建基于海水理化特征的滑靴副磨损状态评估与预测新方法。 本文以海水泵的滑靴副为研究对象,针对滑靴副因磨损而导致的性能退化问题,对比研究了不同滑靴副材料的摩擦学性能和磨损机理,定量研究了腐蚀磨损、表面粗糙度等因素对配对副磨损交互性、敏感性的影响;建立了滑靴副摩擦动力学模型,揭示了滑靴副水膜特征及摩擦功耗的影响规律;基于弹性流体动力润滑理论提出了海水泵滑靴副磨损性能退化的预测方法,并对其进行深海高背压下的性能退化试验研究。各章节具体内容如下: 第一章介绍了课题的来源、研究目的和研究意义,简述了海水柱塞泵的发展概况,详细分析了国内外在海水泵滑靴副摩擦磨损、润滑特性以及磨损可靠性等方面的研究进展,阐述了本文的主要研究内容。 第二章对比研究了不同填料组分PI、PEEK聚合物在海水环境中的摩擦学行为,探讨了CF含量对聚合物摩擦学性能的影响。对比研究了316L、AISI630、S32750不锈钢以及SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2陶瓷在海水润滑下的摩擦学行为,分析了不锈钢、陶瓷材质对配对副摩擦学性能的影响。 第三章对比研究了PEEK/Si3N4在干摩、淡水和海水中的摩擦学行为和磨损机理,讨论了配对副在水环境中的润滑膜特征,提出了海水对PEEK/Si3N4润滑抑制作用的基本原理,并分析了润滑抑制的成因。对比研究了PEEK/AISI630在干摩、淡水和海水中的摩擦学行为,探讨了PEEK/AISI630在海水中的摩擦磨损机制,定量研究了腐蚀磨损交互作用对PEEK/AISI630摩擦学性能的影响,并采用田口方法进行试验设计,定量研究了粗糙度、载荷、速度对PEEK/AISI630摩擦磨损交互性、敏感性的影响。 第四章考虑滑靴的倾覆姿态与磨损形貌,分析了滑靴副的微观运动学与动力学行为,联立力平衡方程、容腔压力负反馈方程、非均匀水膜描述方程和瞬态二维Reynolds方程,建立了滑靴动力学特性与摩擦特性的耦合模型,实现了滑靴副动压水膜的精确求解,获得静压、动压、挤压协同作用下滑靴副水膜厚度场及压力场分布,分析了磨损轮廓、流体介质粘度以及泵工况对润滑膜成膜特征以及摩擦功耗的影响规律。 第五章分析了海水泵滑靴副的性能退化过程和导致磨损的影响因素,基于弹性流体动力润滑理论建立了海水泵滑靴副的综合应力磨粒磨损模型,并对滑靴磨损结果进行了理论分析与模拟试验验证,确定了海水泵滑靴副性能退化的预测方法,最后举例说明该方法在海水柱塞泵滑靴副加速性能退化试验中的应用。 第六章对海水泵及其滑靴副进行深海高背压下的试验研究。建立了海水泵及其滑靴副深海模拟试验的基本方法,提出了一种卡箍快开深海模拟舱O型圈径向密封结构,通过有限元仿真和试验验证了该结构的密封可靠性。研制出海水泵深海性能测试装置,通过海水泵性能试验数据和滑靴磨损形貌的测量,实现了海水泵滑靴副在深海高背压下的性能退化预测。 第七章对全文研究工作进行了总结,并指出进一步的研究工作。