高压清洗机斜盘轴向柱塞泵流场分析与优化设计

发布时间：2020-01-27 14:02

【摘要】：高压清洗机是一种用于清理顽固污渍的流体机械.在北美和欧洲等生活水平较高的发达地区应用广泛。轴向柱塞泵是高压清洗机的核心部件。本文基于企业清洗机产品优化改进的实际需求,选择普遍应用于清洗机产品中的三缸并联斜盘轴向柱塞泵为研究对象,开展了运动仿真研究和流场数值仿真研究,并基于仿真结果实现了对泵头流道结构的优化。 本文首先分析了斜盘轴向柱塞泵的工作原理和数学模型,利用UG软件对斜盘轴向柱塞泵虚拟样机中的斜盘柱塞运动机构进行了运动仿真,运动仿真数值结论验证了斜盘轴向柱塞泵数学模型的正确性。通过对比分析从单缸到五缸并联的斜盘柱塞运动机构的仿真结果,从数值分析的层面对传统设计理论中奇数缸数并联优于偶数缸数并联的定性结论做了定量分析,验证了三缸斜盘轴向柱塞泵对于清洗机产品的经济实用性。 然后,本文分析了泵头内部流场,指出斜盘轴向柱塞泵内部流场是不可压缩单相牛顿流体在复杂管道内的非定常湍流流动,在工程实践中,对于泵进口端和出口端的总流流道,可用时均统计平均值简化为定常流动来分析,而柱塞工作腔内的流场边界随柱塞运动而产生周期脉动,则只能按非定常流动来进行分析。在综合分析泵内流场物理模型的性质和结构特点后,指出泵内流场适合采用重整化k-ε模型进行计算流体动力学模拟。基于重整化k-ε模型,应用ANSYS FLUENT软件,分别对文丘里吸液阀流道、入口配流流道、出口汇流流道的流场进行了定常模式下的仿真,对柱塞工作腔内的脉动流场进行了基于动网格技术的非定常模式仿真。重点分析了文丘里吸液阀流道,得到了与理论模型和实验数据高度吻合的流场数值仿真结果。编写了柱塞运动边界的自定义程序,利用动网格技术模拟了柱塞腔内部流场压排行程中的压力场变化规律。 最后,本文基于文丘里流道的流场仿真结果,对现有泵头文丘里流道结构进行了优化设计,并制作了工程样板进行试验验证。试验结果表明,优化方案达到了降低溢流阀平衡压力和减小文丘里流道压力损失的优化目标,提升了泵的整体性能。
【图文】：

斜盘轴向柱塞泵有斜盘运动，缸体固定和缸体运动，斜盘固定两种结构形式，高压清洗机的泵体基本上都是外露的，考虑到安全因素和散热因素，高压清洗机斜盘轴向柱塞水泵普遍选用斜盘旋转，缸体固定的形式。图2一1所示为高压清洗机斜盘轴向柱塞泵的装配结构图，主要零部件包括:泵体，斜盘轴，骨架油封，推力轴承，柱塞，柱塞弹簧，柱塞油封，柱塞水封，柱塞导向泵盖，泵头，吸水单向阀，出水单向阀。图2一1高压清洗机斜盘轴向柱塞水泵装配结构图Fig.2一 1Pressure研 /asherAxialPiston认 /aterPumPAssembly其中斜盘端面与旋转中心轴线成一定倾角，柱塞弹簧始终处于预压缩状态，柱塞在弹簧压力的作用下，始终贴紧斜盘，所以，当斜盘轴绕轴心做旋转运动时，，随着斜盘轴的持续旋转，在斜盘推力和弹簧压力以及水压力的综合作用下，柱塞在缸体内循环往复的从上止点运动到下止点，再从下止点运到上止点。为了减少运转噪音和斜盘柱塞运动副的相对摩擦力

华南理工大学硕十学位论文图2一2所示为单缸斜盘柱塞运动机构的简化示意图，斜盘倾角为a，斜盘旋转的相位角用必表示。图2一2单缸斜盘柱塞运动机构简化示意图Fig.2一 2SimplifiedSinglepistonandSwashPlateMeehanism在图示位置，柱塞处于下止点，为了方便分析，且因为物体间的相互运动总是相对的，我们把斜盘柱塞运动机构的运动转化成斜盘固定，柱塞随泵头绕轴线旋转的形式，赋予柱塞与泵头一个与斜盘轴旋转运动大小相等，方向相反的旋转角速度，且设定斜盘轴为相对静止状态，此时柱塞将绕轴线旋转且沿轴线方向往复移动，即在图示的Z轴方向往复移动，当旋转180度后
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH322

【参考文献】

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本文编号：2573650