多排式轴向柱塞泵的关键技术研究及动态仿真

发布时间：2020-10-14 19:08

　　 轴向柱塞泵随着液压技术的不断进步,水介质的推广应用而备受关注。然而,当前采用轴向柱塞泵和马达的液压系统中,为实现流量的调节通常采用节流阀或变量等形式,由于其流量调节的幅度有限、调速范围小及变速时须改变流量而造成功率浪费等限制,导致在系统供油量不变的情况下无法实现低速大排量、恒功率变速等功能。针对上述矛盾,重庆大学李世六老师提出了多排式轴向柱塞泵的概念,并设计出原理样机。多排式轴向柱塞泵在斜盘变量的基础上,通过增加工作柱塞排数对系统进行二次变量,不仅拓宽了变量范围,而且它能在系统供油量不变的情况下通过控制多排柱塞的组合有效地实现低速大排量和恒功率变速等功能。但是多排式轴向柱塞泵是一个结构全新的型式,它的设计较单排式更为复杂,各主要零部件自身的设计存在独立与关联相交织,零部件之间的设计也存在独立与关联相交织。因此,在保证系统性能的前提下,如何有效的降低缸体质量、避免柱塞卡缸现象、脱靴现象和合理设计配流副的参数,有效平衡倾覆力矩等关键技术是多排式轴向柱塞泵能否成功应用于液压系统的关键所在。 本文在总结国内外单排式轴向柱塞泵研究成果的基础上,根据多排式轴向柱塞泵的原理和特点,利用现代设计方法,以双排式轴向柱塞泵为例,研究多排式轴向柱塞泵在缸体优化、避免柱塞卡缸现象和脱靴现象、配流副参数设计等方面的关键技术,推导出多排式轴向柱塞泵在结构设计、摩擦与润滑、控制泄漏等方面的设计公式,并对多排式轴向柱塞泵进行机构的动态仿真和流体的动力特性研究,为多排式轴向柱塞泵的设计奠定了理论基础。本文的主要研究工作如下: ①对缸体的结构模型进行分析,建立了双排式轴向柱塞泵缸体的数学模型,以降低缸体质量为目标,缸体结构的限制为边界条件,缸体强度、刚度和缸体与柱塞之间的接触强度等条件为约束条件,对缸体进行了结构优化; ②针对柱塞卡缸的问题,利用静压和油液薄膜理论,提出了四支撑双阻尼孔的静压支撑方式,并引入多支撑双阻尼孔式柱塞副的泄漏系数,推导出多排式轴向柱塞泵柱塞的设计公式,对双排式轴向柱塞泵的双排柱塞进行了结构设计。并在四支撑双阻尼静压方式基础上,对柱塞副的间隙进行了优化设计; ③应用静压支撑理论对滑靴进行设计,并针对多排式轴向柱塞泵的脱靴问题,提出减力系数的概念对中心弹簧预压力进行了设计; ④根据多排式轴向柱塞泵配流盘配流的特点,设计出阻尼孔型的防冲击配流盘,在中心弹簧预压力的设计基础上对配流盘的辅助支撑进行了设计; ⑤利用现代设计方法,建立了多排式轴向柱塞泵的物理模型,并利用虚拟样机技术对其进行了动态仿真和静动态干涉检查; ⑥针对轴向柱塞泵的空化问题,首次应用泵用软件pumplinx对多排式轴向柱塞泵进行了流体动力特性分析,根据分析结果,提出了曲面型左端盖等措施,有效的解决了空化问题,为多排式轴向柱塞泵的结构设计提供了有益的参考。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TH322
【部分图文】：

附加各种变量控制单元和传动元件(控制阀或变速箱)，组成的一种无级变速的传动装置。图1.2 所示的静液压系统中，多排式轴向柱塞泵通过控制元件与 1、2、3、4 通道连接，直接控制多排式轴向柱塞马达，由于它们都具有较大的变量范围，因而调速范围宽，经过适当的设计，不需变速箱，由液压马达直接驱动负载，对高速方案和低速方案都适用。由于液压泵和液压马达均可变量，所以静液压传动装置可调范围扩大(双排的 1:9 左右，三排的 1:25 左右)。当液压泵处于最大排量，液压马达处于最小排量时，传动装置可以输出最高转速；当液压泵处于最小排量，液压马达处于最大排量时，传动装置可以输出最大扭矩。这样，在发动机功率相同的情况下，功率利用范围可以大大扩大。在考虑发动机油门调节的话，可以获得一条理想的动力特性曲线。近年来，变量方式采用点比例控制方式的越来越多，与微电子技术相结合，实现智能化控制，根据不同的工况，选择不同的工作模式和控制模式，更有利功率合理利用和节约能耗[35-36]。图 1.2 多排式轴向柱塞泵(马达)组成的静液压系统Fig1.2 Hydrostatic drived system which is composed of multi-ring axial piston pump and motor近年来，对环境保护和安全主题的关注与日俱增，使得可靠、干净、安全和廉价的纯水液?

对小号柱塞：axxaxxxpxxxxlllllllll0200101063331/3 = = ＝27.92 mmaxxaxxxpxxlllllll020022633231/3 = = ＝5.01 mm此外，由于柱塞在缸孔内转动的自由性，这种自由特性的存在对提高柱塞和滑靴的寿命有好处。因此，若能促进柱塞在缸孔内的运动，一方面，可以使柱塞受到均匀的摩擦和磨损，有利于提高柱塞的寿命；另一方面，柱塞的运动可以形成一定程度的动压油膜，减少柱塞与缸体的摩擦。因此，大小号柱塞p1l ，p2l 两处的四支撑双阻尼孔应错开一定的角度，使柱塞能绕自身的轴线加速旋转，本设计中两处的四支撑双阻尼孔错开 45°(如图 2.10，2.11 所示)。四支撑双阻尼孔的直径pd 。由于采用的是静压原理，故孔大小的确定主要是考虑轴向柱塞泵工作过程中可能产生一些污物，为保证这些污物不堵塞阻尼小孔，将四支撑双阻尼孔的直径取pd ＝0.6 mm。综合上述的设计计算结果，可确定大小号柱塞的尺寸，如图 2.10，2.11 所示。

图 2.11 小号柱塞Fig2.11 Small-sized piston⑦ 柱塞副的强度校核柱塞副的强度校核已在缸体结构的优化设计中体现，分别校核了柱塞副的最大比压，最大滑动速度以及最大比功率条件，符合柱塞副的强度要求(具体详见2.1.1 缸体设计参数分析)。2.2.3 柱塞副的间隙优化柱塞副的间隙，是轴向柱塞泵中极其重要的参数。间隙过大，会使容积效率显著降低，损失过大而发热；间隙过小，虽容积效率高些，但可能由于发热以致使柱塞卡缸。这样，就有一个既能保证正常运转，又能使能耗为最少的间隙，称为最优间隙。经反复的实验和分析表明，卡缸现象与柱塞副摩擦时的热平衡状态有关，因此有必要对柱塞副进行摩擦的热平衡分析，进而实现对柱塞副间隙的优化。在单排式轴向柱塞泵中曾讨论过柱塞副的最优间隙cδ ，但是本文由于采用了四支撑双阻尼孔结构，有效地改善了柱塞副的润滑条件，与该最优间隙有一定的
【引证文献】

相关期刊论文 前2条

1 杨逢瑜;马毓姝;温亚飞;马德江;胡敏;;双排式轴向柱塞泵的流量脉动分析[J];兰州理工大学学报;2010年06期

2 马军;;多排轴向柱塞泵的柱塞组件设计[J];淮南职业技术学院学报;2012年04期

相关博士学位论文 前1条

1 王国志;电液比例轴向变量柱塞泵的特性研究[D];西南交通大学;2009年

相关硕士学位论文 前5条

1 杨涛;径向往复泵动力端部件的研究[D];武汉理工大学;2011年

2 陈效平;多作用恒流轴向柱塞泵导轨曲线比较研究[D];湖南科技大学;2010年

3 宋德夫;四缸径向往复柱塞泵动力端部件的研究[D];武汉理工大学;2012年

4 高强;转子式机油泵参数化设计与流体特性分析[D];上海工程技术大学;2011年

5 李炜;汽车发动机机油泵性能优化研究[D];上海工程技术大学;2011年

本文编号：2841061