为解决传统高水基液压马达在低速、高压、高水基润滑工况下严重的泄漏、磨损问题,促进低速大扭矩高水基液压马达的研究与应用,本文依托于国家自然科学基金(51675519)“矿用高压、低速大扭矩径向柱塞摆缸式高水基马达设计理论及关键技术”项目,研究在低速、高压、高水基润滑工况下低速大扭矩高水基液压马达中的关键技术。本文提出将阀配流方式应用于高水基液压马达的配流结构中,以及采用摆缸式结构以减小柱塞与缸体之间的磨损。在研究中,采用理论分析、仿真分析及试验研究相结合的方法,针对低速大扭矩高水基液压马达关键结构优化、摩擦副材料配对及摩擦副磨损泄漏特性方面,拟解决低速大扭矩高水基液压马达关键摩擦副的磨损及泄漏等关键问题,为马达的整机设计及应用奠定基础。首先,针对低速大扭矩高水基液压马达速度低、压力高、输出扭矩大的特点,以减小排量、转矩脉动为优化目标,对新型自平衡式阀配流高水基液压马达进行主要结构参数的优化设计;通过建立自平衡式配流阀的数学模型,以阀芯启闭稳定性及阀内工作压降为评价指标,利用正交试验研究马达工作参数及阀结构参数对配流性能的影响规律,实现阀参数的优化;在马达结构参数及阀参数优化的基础上,对优化参数下的配流性能进行理论分析,并建立自平衡式阀配流低速大扭矩高水基液压马达整机AMESim模型,对马达的压力、流量及负载特性进行仿真试验,验证马达结构参数及配流阀参数设计的可行性。其次,针对高水基液压马达关键摩擦副的摩擦磨损性能及耐腐蚀特性的需求,基于材料摩擦磨损理论,对不同材料配对的摩擦副对偶材料进行摩擦磨损试验研究,实现摩擦副对偶材料的优选,揭示低速、高压、高水基润滑工况对对偶材料的摩擦系数、磨损率及表面形貌的影响规律。研究结果表明:低速、高压、高水基工况下,不锈钢/不锈钢、不锈钢+表面工程材料/不锈钢+表面工程材料对偶副的主要失效形式为磨粒磨损,不锈钢/PEEK-30CF、不锈钢+表面工程材料/PEEK-30CF的主要失效形式为磨粒磨损及粘着磨损,摩擦性能最优的对偶副材料为不锈钢+OVINO-GIC/PEEK-30CF,其次为不锈钢+OVINO-GIC/不锈钢+OVINO-GIC;在马达工作参数范围内,对偶副材料的摩擦磨损性能随着转速的增加而提高,而压力对材料摩擦磨损性能的影响可忽略不计。研究结果表明在低速、高压、高水基润滑工况下,不锈钢基体采用OVINO-GIC涂层和PEEK-30CF形成对偶副时的摩擦系数约为0.01~0.05,能够提高摩擦副的工作寿命及工作效率。再次,在实现摩擦副对偶材料优选的基础上,针对高水基液压马达内的柱塞运动副(柱塞-曲轴副及柱塞-摆缸副),结合理论研究与仿真试验的方法,探究摩擦副结构参数、密封形式及配对材料对摩擦副磨损及泄漏特性的影响。基于滑靴副设计理论及数值模拟对柱塞-曲轴副的研究结果表明:润滑膜设计厚度小于8μm时,压降系数k_α对矩形腔室/环形腔室柱塞-曲轴副泄漏的影响较小,采用矩形腔室结构有利于减小柱塞底面结构尺寸及泄漏量;设计压降系数及阻尼孔直径的变化对阻尼孔长度有着重要的影响,且采用环形腔室结构有利于减小阻尼孔的设计长度,减小阻尼孔的加工难度;完全静压平衡式柱塞-摆缸副在低速、高压、高水基润滑工况下的容积效率损失较大,不利于马达的稳定可靠运行;在剩余压紧力设计方法下,矩形腔室柱塞的腔室边缘、环形腔室柱塞的腔室边缘以及柱塞底部长边边缘易发生磨损严重的现象。基于非接触式间隙密封理论及接触式密封机理对柱塞-摆缸副的研究结果表明:密封间隙及密封长度对泄漏量有明显的影响,提高摩擦副的配合精度可明显改善柱塞-摆缸副之间泄漏严重的问题;马达工作转速对间隙泄漏的影响较小;工作压力及介质温度对间隙泄漏量的影响较大;考虑材料变形时,流固耦合分析与理论分析下容积效率损失的差异性随着转速及压力的增加而增大;双级组合式斯特封相比于Y型密封圈更能够减小摩擦副的功率损失,斯特封滑环与结构件的密封面积随着工作压力的增加而增大,但在高压工况时的接触压力变化较小,有利于提高工作寿命。最后,在理论分析及数值模拟研究的基础上,搭建研究摩擦副摩擦磨损特性及泄漏特性的试验台,并进行柱塞运动副(柱塞-曲轴副及柱塞-摆缸副)的实验研究,探寻工作压力、转速及结构参数等参量对摩擦副摩擦磨损及泄漏特性的影响。针对柱塞-曲轴副结构参数的实验研究结果表明:对于矩形腔室柱塞结构,磨损后长边密封带上的泄漏较为严重,而环形腔室柱塞磨损后四个密封面泄漏较为均匀;压紧系数对矩形腔室结构柱塞磨损后容积效率损失的影响较大,而环形腔室结构柱塞磨损后容积效率损失的影响较小;在低速、高压工况下,工作转速对泄漏量的影响较小。对优选出的柱塞运动副结构及材料进行真实工况的实验研究,研究结果表明:柱塞-摆缸副采用双级斯特封组合密封,在压紧系数k_y=1.03下,环形腔室柱塞-曲轴副采用316L-GIC与PEEK-30CF配对材料在低速、高压工况长时间磨损后呈现出良好的摩擦磨损及泄漏特性。通过上述研究,实现了自平衡式阀配流高水基液压马达关键结构的优化,同时揭示了低速、高压、高水基润滑工况对摩擦副的摩擦磨损及泄漏特性的影响规律,为低速大扭矩高水基液压马达的整机设计奠定了理论基础并提供了技术支撑。