往复柱塞泵转套式配流系统空化特性研究

发布时间：2020-03-23 01:48

【摘要】：转套式配流系统克服了传统阀式配流系统结构松散、运动滞后、局部节流压力损失大等缺点,柱塞往复运动驱动转套连续单向转动的同时通过配流口实现配流功能,但配流系统在吸油阶段存在较大负压,不可避免会产生空化现象,明显影响配流系统的工作性能。针对上述问题,本文通过仿真模拟与试验研究对转套式配流系统的空化特性进行了相关分析,为结构改进及优化设计提供理论依据。依据液压试验环境对现有转套式配流系统结构进行改进设计,包括泵体形状、凸轮槽型线方程、减振槽角度等,并确定相关尺寸参数,同时创建流体域计算几何模型并引入空化理论,完成整个配流系统空化分析模型的建立过程。在标定工况(转速500r/min、负载压力10MPa)环境下,以液压油为流体介质对流场内的空化特性进行仿真研究,深入分析了流场压力与空化气体之间的关系。空化气体出现在配流系统吸油起始阶段,主要分布在配流口和泵腔中,泵腔内平均气体体积分数最大为42.6%,空化持续时间占据单个工作周期的20%,整体空化效应高于配流口,同时空化现象的存在导致配流系统容积效率减小。分别对反正弦型线、线性型线、正切型线和样条型线四种凸轮槽型线结构进行运动学分析,其中线性型线凸轮槽总体性能最好,利于转套转动时稳定运行,反正弦凸轮槽角加速度无明显阶跃,受力情况最好。在不同转速下通过仿真计算比较了四种型线槽的空化特性,线性凸轮槽空化效应最低,容积效率最高可达92.13%;不同入口压力下同样线性型线凸轮槽优势明显,容积效率始终保持在92%以上,且随工作环境变化波动较小。针对两种同体积大小的减振槽结构进行空化特性对比分析,标定工况下U型槽配流口和泵腔内的空化效应略低于三角槽;不同转速下U型槽空化效应低于三角槽,且转速越高优势越明显;提高入口压力可以抑制空化气体的产生,相比而言入口压力较高时三角槽更具优势。依据综合液压试验台测试环境对转套式配流系统支撑台架进行匹配设计,并制作完成试验样机,建立可视化试验系统。通过高速摄像机对配流系统内空化气体进行观测,在不同工况下利用试验台监测配流系统容积效率值,整体变化趋势与仿真结果一致。
【图文】：

青岛大学硕士学位论文显著降低系统的工作性能及效率；其次空化将引起系统强烈的振动和频率与相关部件固有频率一致或接近时，会引发共振现象；最后当空程度且反复作用时，易使零部件受到空蚀破坏，从而缩短元件的使用寿对系统结构部件表面材料的直接破坏，空化泡溃灭时产生的巨大脉冲射流冲击材料表面，群泡的溃灭增大了材料的冲击，时间的积累使材这就是引起空蚀的力学原因[32]。如图 1.2 所示为空化现象引起叶轮表造成空蚀损坏。

隙；2-进油腔；3-进油口；4-泵腔；5-排油腔；6-排油口；7-配流口图 2.2 转套式配流系统流体域模型配流系统工作时流体域模型随柱塞和转套的运动而出现周积随柱塞的往复移动周期性增大和减小，配流口区域随转段柱塞由下止点向上运动，泵腔容积逐渐增大，配流口与油时柱塞由上止点向下运动，泵腔容积逐渐变小，配流口。整个流体域模型的变化过程与配流系统的运动特性密切动速度与柱塞一致，即式 2-(2)所示速度，配流口运动速度示，因此在转套式配流系统流场空化分析过程中需要定义配流系统空化特性分析运用 Fluent 流体仿真软件进行模拟是封装好的计算程序，只能通过软件操作界面修改某些参行模拟，无法直接设定流场中某些复杂的运动，但可以通义函数程序接口实现自编程序和计算程序的联合运行，，提
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH137.5

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本文编号：2595972