电磁力互动柱塞泵结构性能优化研究

发布时间：2020-03-24 06:09

【摘要】：柱塞泵作为液压系统的动力元件,在农业机械、工程机械等领域应用广泛;传统柱塞泵通过内燃机或电动机等旋转动力机械驱动,将其它形式的能量转换成液压能。近年比较热门的电磁泵一般频率较高,其驱动的柱塞行程短,流量较小。本文在此基础提出电磁力互动柱塞泵,详细论述了其工作原理与结构组成,在研制出第一代原理验证样机的基础上进行缓冲优化研究与结构优化研究。本文详细论述了电磁力互动柱塞泵的结构与工作原理,运用电磁铁经验设计方法初步设计了电磁力互动柱塞泵电磁铁的结构并建立模型,确定各个参数,于Solidworks三维设计平台建立了电磁力互动柱塞泵的三维模型。结合电磁泵的工作过程,将电磁泵的抽象成电路环节、磁路环节、机械液压环节三个相互耦合的物理环节并建立其数学模型,对各个环节及耦合情况进行了详细分析。基于麦克斯韦方程组建立了电磁铁的数学模型,分析了电磁铁的工作原理及性能参数。基于ADAMS虚拟样机仿真平台建立电磁力互动柱塞泵的虚拟样机,通过虚拟样机仿真,得到电磁力互动柱塞泵的运动特性,主要包括柱塞运动周期0.2 s;柱塞的运动速度随时间变化曲线,在柱塞达到上止点时速度达到最大,最大约为0.45 m/s;柱塞的加速度曲线以及柱塞在行程终点时的冲击力,冲击力最大为3500 N。对电磁力互动柱塞泵进行受力分析并建立动力学模型,通过优化电磁线圈的控制策略来实现柱塞的缓冲。优化后,电磁线圈的通电时间为0.07 s,柱塞达到最大速度0.42 m/s,随后柱塞依靠惯性达到上止点,达到上止点时柱塞速度为0,实现柱塞行程终点无冲击。以电磁泵的动力元件电磁铁为研究对象,基于多物理场耦合分析平台COMSOL的低频电磁场模块建立电磁铁的有限元仿真模型,得到衔铁轴向位移的电磁力特性曲线;根据得到的电磁力特性曲线以线圈轴向位置为设计变量建立优化模型,通过优化,得到最优的线圈轴向位置。优化后,电磁力互动柱塞泵的能量转换效率提高了43%,启动电磁吸力增大了近四倍。重新设计了电磁铁的衔铁结构,基于ISIGHT多学科优化平台建立电磁铁衔铁组件的结构优化模型。优化后,衔铁体积较优化前降低了48.27%,较重新设计前体积减少了76.63%
【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：2597918