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%。     

柱塞泵缸孔加工工艺的改进

柱塞泵又称为容积式泵,或者往复泵,主要应用领域是液压传动以及气动传动工作部件。日常比较常见的柱塞泵分为径向柱塞泵、轴向柱塞泵。在柱塞泵工作过程中,通过缸体内部柱塞进行往复运动而使柱塞泵容积变化,产生压力差,压力差则推动缸体内流体介质进行运动。本文对柱塞泵缸孔加工工艺改进具体内容进行论述。     

双端曲面齿轮式柱塞泵运动特性分析与实验

为解决斜盘式柱塞泵摩擦副的磨损问题,提出了一种新型轴向柱塞泵,用双端曲面齿轮代替了斜盘,用齿轮副代替了摩擦副。利用端曲面齿轮副传动原理建立了单柱塞、六柱塞双端曲面齿轮式柱塞泵的运动特性数学模型,得出了柱塞运动规律。通过ADAMS虚拟样机建立了柱塞泵运动特性仿真模型,验证了新型柱塞泵柱塞运动的可行性。利用LH-050型激光位移传感器对柱塞泵运动特性测试实验台进行了相关测试,通过实验测试结果和理论值对比发现:实验数据与理论计算值吻合较好,误差控制在5%以内,证明了柱塞泵运动特性理论模型的正确性。     

一种稳流柱塞泵阀芯结构设计

针对柱塞泵在应用过程中流体运动不稳定的问题,设计一种新型稳流柱塞泵阀芯结构。四缸四冲程式柱塞泵由电动机提供动力带动偏心轮机构转动,将电动机的旋转运动转化为柱塞的往复运动,给水加压。选用石墨/ZTA陶瓷基复合材料作为缸体材料来解决水环境下柱塞泵易磨损问题。针对其结构设计、材料选型以及工作原理进行论述。     

注重柱塞泵上的小垫圈

机手自行检修柴油机柱塞式燃油泵时,由于不了解其工作原理,常常因柱塞泵上小小垫圈而出现差错。Ⅰ号单体柱塞泵泵体上有2只小螺钉及2只小垫圈,一只是柱塞套的定位螺钉及紫铜平垫圈,另一只是挺柱上的导向螺钉及弹簧垫圈,在拆装中应特别注意。     

多输出径向柱塞泵输出特性分析与实验

现有的定量泵无法满足单泵输出多级流量,传统液压系统为了解决需求不同级流量问题,会采用变量泵以及利用阀类和辅助元件的控制来满足工况要求。而多输出径向柱塞泵是利用其结构特殊性,可实现输出流量多样性。根据力平衡原理和曲柄滑块机构原理,对多输出径向柱塞泵运动学进行分析,通过分析该泵不同工作方式下的流量脉动,确定了流量脉动最小的工作方式。理论分析表明,非相邻两列柱塞联合输出时的流量脉动曲线和相邻两列柱塞的输出流量脉动曲线相似,且不同工作方式下的曲线周期规律均和单列柱塞曲线周期规律有关,当泵输出最大流量工作时,油流的脉动幅度和脉动周期远小于单个输出。利用该泵样机,进行了泵的原理实验,实验结果表明,随着泵出口压力升高,测得泵实际流量不断减少,但是,由于加工条件有限,部分零件的加工精度无法保证,导致实验结果和理论分析不匹配,而实验数据分析验证了该泵的原理正确性和结构合理性,为日后径向柱塞泵的研究和发展奠定了基础。     

多输出径向柱塞泵输出特性分析与实验

现有的定量泵无法满足单泵输出多级流量,传统液压系统为了解决需求不同级流量问题,会采用变量泵以及利用阀类和辅助元件的控制来满足工况要求。多输出径向柱塞泵利用其结构特殊性,可实现输出流量多样性。根据力平衡原理和曲柄滑块机构原理,对多输出径向柱塞泵运动学进行分析,通过分析该泵不同工作方式下的流量脉动,确定了流量脉动最小的工作方式。理论分析表明,非相邻两列柱塞联合输出时的流量脉动曲线和相邻两列柱塞的输出流量脉动曲线相似,且不同工作方式下的曲线周期规律均和单列柱塞曲线周期规律有关,当泵输出最大流量工作时,油流的脉动幅度和脉动周期远小于单个输出。利用该泵样机,进行了泵的原理实验,实验结果表明,随着泵出口压力升高,测得泵实际流量不断减少,但是,由于加工条件有限,部分零件的加工精度无法保证,导致实验结果和理论分析不匹配,而实验数据分析验证了该泵的原理正确性和结构合理性,为日后径向柱塞泵的研究和发展奠定了基础。     

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.     

平衡式两排轴向柱塞泵流量脉动研究

平衡式两排轴向柱塞泵的结构特点,决定了其流量脉动不同于普通轴向柱塞泵。分析了内外柱塞数同为奇数或偶数的平衡式两排轴向柱塞泵的流量脉动情况,采用不同参数,利用Matlab绘制其瞬时流量曲线进行比较。结果表明:内外排柱塞数同为不相等的奇数或偶数时,内外排瞬时流量存在抵消使流量脉动减小。内外排柱塞数为相同的奇数或偶数时,内外排瞬时流量互相叠加使流量脉动保持不变。内外排柱塞数相等且交叉布置时,其流量脉动具有最大的减小量,脉动周期为普通轴向柱塞泵的一半,有利于泵结构的紧凑。     

轴向柱塞泵孔槽结合配流方式多目标驱动正向设计

基于配流盘过渡区优化的传统轴向柱塞泵降噪方法是在过渡区配流结构已知的前提下进行反向参数优化,缺少普遍性的指导意义.首先对轴向柱塞泵流体噪声和结构噪声激振源形成机理进行分析;在此基础上以消除柱塞腔压力冲击和控制柱塞腔流量倒灌峰值及分布位置为设计目标,提出开式轴向柱塞泵孔槽结合配流方式正向设计理论;采用轴向柱塞泵流动特性仿真模型,对此设计理论设计的配流盘的降噪效果进行分析,仿真结果表明可以显著降低轴向柱塞泵出口流量脉动幅值,基本消除柱塞腔压力冲击.由于此设计方法是基于目标驱动的,可以指导不同型号国产轴向柱塞泵配流盘的设计.     

一种用于稠油输送的径向活塞泵的研制

研制了一种适用于稠油输送的新型阀配流式径向活塞泵.该种新型阀配流式径向活塞泵采用了独立、可摆动式液缸体结构,并利用了机械强制回程.除具有传统往复泵的基本优点之外,还具有结构更加紧凑、体积更小、重量更轻、效率更高、脉动更小等优点.按照GB/T 7784—2006标准检测,在额定工况下,新型阀配流式径向活塞泵的机械效率可达89%,容积效率高达92%.该泵样机在辽河油田进行了长达3个月的现场试验测试.测试结果表明,样机运转平稳,且无故障、无泄漏.该种新型阀配流式径向活塞泵作为节能产品在稠油输送领域有良好的应用前景.     

高压大排量径向柱塞泵滑靴副流固热耦合数值模拟

针对高压大排量径向柱塞泵滑靴副油膜的摩擦与润滑失效问题,在充分考虑油液的弱可压缩性以及黏温、黏压特性基础上,对滑靴副流场及固体域结构展开流固热耦合数值模拟,探讨不同工况对滑靴副油膜的支承特性以及滑靴、定子结构强度变化的影响规律.研究结果表明:随着径向柱塞泵工作压力的升高,滑靴副油膜压力有较大幅度的上升,油膜的速度场与温度场基本不变;随着径向柱塞泵转速的增大,滑靴副油膜内油液的速度及温度均有较大幅度的上升,油膜的压力场基本不变;滑靴的最大变形与应力均出现在滑靴副中心油腔底部的阻尼孔出口边缘,该部位几何结构较薄,且承受中心油腔高压油压力载荷与温度载荷,是整个滑靴结构中强度最薄弱的部分;同时,黏性摩擦产热导致的油膜温升对滑靴副的结构强度有较大影响,也是限制柱塞泵转速提升的一个重要因素.研究结果可为高压大排量径向柱塞泵滑靴副优化设计提供一定的参考.     

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。     

GMB2-105型活塞式隔膜泵设计与使用

介绍了一款新型GMB2-105活塞式隔膜泵，分析了该机的结构、主要用途及工作原理，给出了机器的主要技术参数，并对主要工作部件的使用、调整方法和故障处理进行了详述，为国内从事活塞式隔膜泵研究和生产的单位提供参考。      

考虑定常能量损失因子的柱塞泵效率特性建模

针对轴向柱塞泵效率特性模型难以保证全工况下模型预测精度的问题,提出利用定常能量损失因子对现有的轴向柱塞泵总效率计算模型进行优化.首先,利用能量守恒定律对轴向柱塞泵的能量损失构成进行了研究,分析了轴向柱塞泵总效率计算模型误差产生的原因;其次,建立了全工况下轴向柱塞泵效率特性模型,并验证了其有效性;最后,对变排量工况下轴向柱塞泵的效率特性进行仿真分析与试验验证.研究结果表明:在变转速、变压力与变排量工况下,考虑定常能量损失因子的效率特性模型均可准确预测轴向柱塞泵的总效率,且在全工况范围内,模型的效率预测最大相对误差仅为4.8%;考虑定常能量损失因子的柱塞泵总效率模型能够完成全工况范围内轴向柱塞泵总效率的精确预测,这为柱塞泵的节能优化设计与节能控制提供了基础.     

轴向柱塞泵柱塞滑靴组件动力学特性建模与分析

柱塞滑靴组件的动力学特性直接决定了泵的工作性能。泵运转周期内,存在如离心力、滑靴副摩擦力及柱塞与缸孔间接触力等大小和方向都时变的作用力,但长期以来在对柱塞滑靴组件的动力学参数分析中,仅局限于或在某一固定位置处、或在简化假设情况下进行计算,这给泵结构的优化设计及泵性能的预期评估带来不利影响。为在全周期内动态评估柱塞滑靴组件的动力学性能,依据不同应用需要,在简化受力情况下提出了相应的简化数学模型,在完整受力情况下,通过引入随体坐标系,提出了相应的精细数学模型。建立的模型遵循真实的柱塞-缸孔线接触力动力学行为,并进一步考虑到了接触力作用位置随工况实时动态变化的实际情况。通过实验结果与基于AMESim-ADAMS软件建立的联合仿真模型分布参数法仿真结果的对比,验证了所提出的数学模型。应用实践表明,提出的模型可以方便地应用于对柱塞滑靴组件相关重要动力学参数的全面动态评估及泵结构的动态优化设计。     

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。