双联轴向柱塞泵配流盘优化与流量脉动特性分析

针对双联轴向柱塞泵配流盘在脱离吸油和排油时,柱塞腔存在闭死压缩和闭死膨胀阶段,造成柱塞腔气穴现象和压力正超调或负超调,引起流量和压力突变产生大的噪声问题,提出了一种配流盘结构。首先建立柱塞泵流动特性数学模型,分析轴向柱塞泵噪声产生机理;然后设计新配流盘结构并优化匹配三角阻尼槽结构参数,建立过渡区压力特性方程,通过理论模型对比分析,新配流盘能降低柱塞腔在过渡区产生的压力冲击。为了验证新配流盘结构对整泵流量和压力影响,采用液压仿真软件AMEsim建立双联柱塞泵模型,通过实验测试对比分析,验证了模型正确性。在相同工况下,将新配流盘和原配流盘代入整泵模型中,结果表明新配流盘流量脉动率比原配流盘流量脉动率降低了6.75%,证明新配流盘能很好地降低流体脉动。同时该模型为制造样机提供了理论基础,可降低新产品开发成本。     

双排油轴向柱塞泵配流特性理论分析与试验

通过改变缸体结构、柱塞数、端盖油路、配流盘形状等,设计了双排油内外环并联配流结构的轴向柱塞泵,实现了单柱塞泵两路高压供油。针对单环柱塞数减少,腔内压力冲击增大,脉动变大等问题,对配流结构进行重新设计。在排油腰形槽和吸油腰形槽过渡区取消卸荷槽,利用加大配错角,在排油完毕未接通吸油时,腔内封闭体积增大,未排尽的高压油液压力降低;在吸油腰形槽和排油腰形槽过渡区,排油卸荷槽利用阶梯变化通流面积代替原连续变化的通流面积,削弱了卸荷槽几何形状要求。重新设计后的双排油配流结构,以45 mL轴向柱塞泵结构为参考,对配流结构进行了理论分析,建立了双排油轴向柱塞泵仿真模型。以单柱塞腔内压力冲击、输出流量进行分析研究,得外环压力冲击小,与传统配流结构相比较双排油输出口压力脉动变化率变小,并试制双排油轴向柱塞泵。对试制泵进行压力脉动测试、容积效率测试和噪声测试,结果表明,与45 mL轴向柱塞泵进行对比,压力脉动降低了约30%,噪声也降低,容积效率不低于0.92。该双排油轴向柱塞泵可以代替双联泵,使系统结构简化,能耗降低。     

轴向柱塞泵配流盘阻尼槽的模拟分析

柱塞泵的配流副是影响液压泵性能的一个重要运动副,特别是配流盘的结构,严重影响泵的脉动特性、空化与气蚀、噪声等方面。所以,基于AMESim软件,建立了轴向柱塞泵模型,并对配流盘进行设计优化与模拟分析,分析比较配流盘的阻尼槽槽口形状对柱塞泵性能,特别是对流量倒灌现象的影响。     

轴向柱塞泵流动特性理论建模与试验分析

利用油液可压缩特性建立了单柱塞流动特性模型,通过对柱塞运动规律、配流盘过流面积、节流系数、泄漏效应等重要参数的分析优化,提高了模型精度,在此基础上,利用集中参数建立了柱塞泵的整泵数学模型.通过Matlab编程建立了柱塞泵流动特性的仿真模型,编制了图形用户界面,能够实现对柱塞泵结构、工作参数、系统环境参数与柱塞泵流动特性(如压力冲击、流量脉动等)之间的自动仿真和分析.利用柱塞泵压力流量脉动测试试验台对柱塞泵流动特性进行测试,测试结果验证了模型的正确性和精度,证明改进的柱塞泵流动特性模型能够比较准确地对柱塞泵流动特性进行分析和预测,分析误差可以控制在5%以内.     

瞬时转速波动在轴向柱塞泵故障诊断中的应用

针对轴向柱塞泵配流盘磨损的故障诊断所使用的信号大多存在非平稳、非线性特性的缺点,提出利用轴向柱塞泵的瞬时转速波动信号进行故障诊断.利用瞬时转速波动信号良好的抗噪性能与经过阶比分析后可以转化为角度域内的平稳信号的特点,以克服传统监测信号的不足.通过动力学分析对轴向柱塞泵瞬时转速波动的成因进行了溯源.结果表明,对于具有Z个柱塞的轴向柱塞泵,活塞的惯性力和配流副处的库仑摩擦力会产生Z倍于转频的转矩波动,从而在轴向柱塞泵主轴上产生Z阶转速波动.柱塞高压腔的压力的变化会产生2Z倍于转频的转矩波动,从而在轴向柱塞泵主轴上产生2Z阶转速波动.在变负载条件下对理论分析结果进行了试验验证,结果表明对于9柱塞的轴向柱塞泵,其9阶瞬时转速波动分量幅值的变化可以很好地反映出配流盘磨损状况的变化.随着配流盘磨损程度增加,9阶瞬时转速波动的最大幅值从1.229增大至2.023 r/min;9阶瞬时转速波动分量幅值随着配流盘磨损加剧而增大.     

2D泵流动特性与配流窗口优化分析

针对轴向柱塞泵配流盘吸油和排油切换过程中,存在闭死压缩和闭死膨胀,产生气穴现象和压力正超调和负超调,引起流量脉动的问题,设计了2D（二维）双联活塞泵。利用活塞的旋转进行配流,且活塞的配流槽两两对称分布,可双向配流,省去了独立的配流机构,零遮盖的配流方式消除了闭死压缩和闭死膨胀的影响。利用两个活塞串联的方式,消除流量叠加时产生的结构性流量脉动。建立了瞬时流量和压力特性数学模型,分析了各项结构参数与腔内压力和出口流量之间的关系,得出配流面积是影响流量脉动的主要因素。最后,搭建实验平台,制作样机,并对样机进行测试。实验结果表明,该样机容积效率可达96%,流量脉动为6.3%,说明2D泵的结构能获得很高的容积效率,且利用旋转配流以及双活塞串联的方式能够有效地降低流量脉动。优化结果表明,加入阻尼槽结构的配流窗口,进一步降低了流量脉动。     

基于遗传算法的轴向柱塞泵配流盘密封环结构多目标优化

为改善微小型轴向柱塞泵配流副润滑特性,对缸体进行受力分析,建立了配流副油膜润滑模型,以泄漏量、缸体倾覆角、粘性摩擦力矩为优化目标,采用多目标遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-Ⅱ)对配流盘密封环结构参数进行了优化,包括配流盘密封环径向尺寸R1、R2、R3、...     

水压轴向柱塞泵内部空化流动数值模拟

采用Schnerr-Sauer模型对水压轴向柱塞泵内部的空化流动进行了数值模拟,在不同的泵入口压力条件下,对泵出口的流量和压力脉动进行了分析.研究结果表明:当泵入口压力较低时,位于吸水区的柱塞腔内将出现明显的空化,空化区域主要位于柱塞腔的内侧,其中柱塞腔刚进入配流盘吸水槽时的空化最为严重;吸水区柱塞腔严重的空化将会导致泵出口的流量和压力出现较大的脉动;提高泵的入口压力将使空化程度减弱,但过大的泵入口压力会导致柱塞腔在吸水区产生压力冲击;空化程度减弱到一定程度之后,泵进口压力的改变对泵出口的流量和压力脉动不再有显著影响.     

基于动网格的低速大扭矩水压马达配流盘结构改进

以低速大扭矩水压马达为研究对象,应用动网格及其UDF(用户自定义函数)编程技术模拟配流盘、转子和柱塞的运动,并对水压马达模型及加入阻尼槽的模型进行了三维数值模拟计算。基于最小过流面积公式及压力变化公式,建立了不同渗透角下柱塞腔中压力变化的数学模型。研究表明:原模型柱塞腔内会出现明显的压力超调、压力振荡、压力冲击以及速度的突变,而改进后的柱塞腔内部流场变化比较平稳,可以有效地降低配流过程中产生的冲击,降低压力飞升现象,减小振荡幅值和时间,实现了预升压的目的。同时还发现阻尼槽的渗透角越大,预升压效果越明显。     

基于ADAMS的轴向柱塞泵建模与分析

轴向柱塞泵广泛应用于农机液压系统中,但工作过程中受到机械振动和液压冲击,容易诱发故障,严重时导致设备损坏。本文针对以上因素开展柱塞泵的运动学和动力学分析,期望通过对柱塞泵自由度、运动和受力规律的推导计算及仿真分析来探索柱塞泵产生机械噪声的主要原因。通过建立起相应的数学模型,运用Pro/E软件对柱塞泵进行几何建模,利用接口程序Mechanism/Pro将柱塞泵几何模型转换到多体动力学软件ADAMS中,根据柱塞泵的运动规律添加复杂约束和力,进行运动学和动力学仿真分析,得到主要零部件不同工况下的位移、速度、加速度和受力曲线。将理论推导和仿真分析对比,从机械角度分析噪声的原因是柱塞所受惯性力的急剧变化和柱塞滑靴组件连接点的压力超调大于额定压力的5%。     

轴向柱塞泵全局耦合动力学建模

轴向柱塞泵内部子系统强耦合作用下柱塞泵呈明显的全局耦合特性,而柱塞泵传统局部动力学模型普遍存在恒压力、定转速等假设条件,缺乏对全局耦合特性的综合分析能力,为此在分析子系统间结构关系及耦合情况的基础上,提出一种基于数组的键合图建模方法,建立了斜盘式轴向柱塞泵键合图模型。进行了柱塞-滑靴子系统摩擦学-动力学耦合机理分析,并定义能量损耗因子,综合包含非线性因素的各子系统动力学方程参数,最终导出柱塞泵全局耦合动力学模型。对模型进行了仿真,仿真结果与实际情况吻合,验证了模型的有效性和正确性。     

分体式充气可调阻尼减振器的阻尼特性仿真与试验

通过分析一种分体式充气可调阻尼减振器的结构和工作原理,运用流体力学理论,建立了该减振器阻尼特性的非线性参数化模型,仿真分析了活塞阻尼阀孔径、阻尼调节孔径、气室初始体积、活塞杆直径、油管内径等主要结构参数对减振器阻尼性能的影响,通过试验测试,得到了减振器样件的阻尼特性及其可调范围。试验结果表明,在减振器常用的中低速度范围内,所建的减振器数学模型和仿真有效。     

电液比例负载口独立控制系统压力流量控制策略

介绍了电液比例负载敏感负载口独立控制系统组成结构和工作原理，建立了该系统的数学仿真模型；针对执行元件的不同工况，分别设计了基于计算流量反馈的速度控制器和基于压力闭环控制的压力控制器，实现了系统的压力流量复合控制；仿真和实验结果表明，该控制系统有较高的速度控制精度和良好的节能效果。通过变参分析，研究负载口独立阀单元频响和阻尼及死区对系统控制性能的影响，为负载口独立阀单元的开发和应用提供理论指导。     

曲轴摆缸式阀配流水液压马达工作特性研究

为解决盘配流和轴配流低速大扭矩水液压马达配流副存在的磨损和泄漏问题,提出一种新型阀配流结构的低速大扭矩水液压马达,柱塞配流通过配流凸轮控制配流阀的通断实现。研究柱塞运动学规律和马达输出扭矩形成,揭示配流阀推杆位移、阀芯通断、柱塞进回液间的对应关系,分析马达角排量波动随转角、结构设计参数K的变化规律,当结构设计参数K为0.13时,马达输出扭矩波动率为6.59%。在AMESim中建立了配流阀及单柱塞配流过程的仿真模型,分析配流阀的工作特性及单柱塞动态配流性能,工作中配流阀产生最大压降为0.08MPa,进/回液配流阀无高低压串液。为验证阀配流结构在水液压马达中的工作性能,建立阀配流单柱塞试验台,并研究不同工况下的配流工作特性。试验结果表明,配流阀在马达转速0~60r/min、压力0~21MPa的工况下稳定配流,进液阀口压力在柱塞腔进回液转换时存在瞬间小幅压力波动,但对配流过程基本无影响,阀配流结构能够满足曲轴摆缸式马达柱塞的配流需求,为低速大扭矩水液压马达的配流提供了思路。     

定量泵负载敏感系统卸荷压力冲击抑制研究

定量泵负载敏感系统在快速卸荷时容易出现压力冲击现象,对系统的可靠性和寿命产生较大危害。三通压力补偿阀是定量泵负载敏感系统中关键的调压元件,本文以三通压力补偿阀为切入点,建立定量泵负载敏感系统功率键合图模型,基于键合图模型推导系统的状态方程,建立Matlab动态仿真模型,探讨系统卸荷压力冲击的抑制方案。基于系统仿真模型,首先对系统卸荷压力冲击的仿真与试验进行对比,验证了仿真模型的正确性;然后,针对三通压力补偿阀的系统压力腔阻尼、阀芯直径、Ls腔阻尼、阀口锥角等关键参数,对卸荷压力冲击影响规律进行仿真;最后,基于关键参数对卸荷压力冲击影响规律的分析,提出了一种"小阀芯、双阀口"型三通压力补偿阀结构优化方案,并对其卸压冲击抑制效果进行了仿真和试验。结果表明,该方案可以有效抑制卸荷压力冲击,优化后系统卸压冲击压差比原系统降低了89%,卸荷压力降低了20%,进一步实现了节能。     

基于多目标模糊优化的低比转数多级自吸喷灌泵研究

在单级自吸离心泵基础上,提出了一种具有高自吸性能及优良外特性的多级自吸泵的自吸装置。基于多目标模糊优化设计,确定追求关死点扬程极大值、最大轴功率极小值的多目标优化模型,结合设计经验及工艺需求建立相关约束条件,并进行非线性极值求解,最后以最优解完成过流部件的水力优化设计。对多级自吸喷灌泵进行了外特性试验,发现原始模型泵的关死点扬程和最大轴功率分别为10.7 m和250.4 W,而新模型泵的关死点扬程和最大轴功率分别为13.3 m和189.6 W。