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。     

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。     

双联轴向柱塞泵配流盘优化与流量脉动特性分析

针对双联轴向柱塞泵配流盘在脱离吸油和排油时,柱塞腔存在闭死压缩和闭死膨胀阶段,造成柱塞腔气穴现象和压力正超调或负超调,引起流量和压力突变产生大的噪声问题,提出了一种配流盘结构。首先建立柱塞泵流动特性数学模型,分析轴向柱塞泵噪声产生机理;然后设计新配流盘结构并优化匹配三角阻尼槽结构参数,建立过渡区压力特性方程,通过理论模型对比分析,新配流盘能降低柱塞腔在过渡区产生的压力冲击。为了验证新配流盘结构对整泵流量和压力影响,采用液压仿真软件AMEsim建立双联柱塞泵模型,通过实验测试对比分析,验证了模型正确性。在相同工况下,将新配流盘和原配流盘代入整泵模型中,结果表明新配流盘流量脉动率比原配流盘流量脉动率降低了6.75%,证明新配流盘能很好地降低流体脉动。同时该模型为制造样机提供了理论基础,可降低新产品开发成本。     

力偶型径向柱塞马达转矩转速特性分析与实验

为解决现有液压马达径向力不平衡造成马达易损坏的问题,基于双定子思想,设计了一种力偶型径向柱塞马达,该马达通过力偶输出转矩,输出轴的径向力平衡,不受侧向力的作用。在马达的一个壳体内形成了内、外两个马达,通过不同的配流方式可以输出3种转矩和转速。本文阐述了马达的结构特点和工作原理,分析了导轨曲线与马达转矩转速脉动的关系,通过对马达瞬时转矩的分析,得出了马达转矩转速无脉动的条件,及转矩转速脉动为零时导轨曲线的幅角分配规律。对马达样机进行了加工、实验,测试了马达在3种工作方式下的输出特性。结果表明,转矩转速脉动与进油区段柱塞的速度之和有关,若速度之和为常数,理论上无转矩转速脉动。     

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.     

双作用椭圆轨道滚柱泵输出特性

基于椭圆面积弧长特性分析,推导出双作用椭圆轨道滚柱泵的容积公式,继而求得该泵的流量及脉动;通过仿真,研究了该泵结构尺寸对流量脉动的影响,并对脉动程度作出分析。结果表明:该泵的流量输出是相同尺寸径向柱塞泵的5倍以上,是相同尺寸叶片泵的1.5倍以上,而脉动率只是微增;该泵配流角度与一般柱塞泵或叶片泵的配流角度之间存在一个相位差,差值为13°;脉动主要受滚柱个数影响,一般趋势是随个数增加而降低,但滚柱个数为4的倍数时脉动较大。该泵输出特性的分析结果为滚柱泵结构的优化及减振降噪等提供了理论依据。     

基于D-H矩阵的径向柱塞泵的运动学分析

径向柱塞泵的运动学分析是研究其流量脉动及振动噪声特性的基本环节,传统上是在其运动机构图上利用几何解析的方法求得,但对于柱塞的复合运动,求解过程比较复杂。本文以D-H矩阵这一机构学中的代数工具来解决径向柱塞泵柱塞的位置确定问题,从而使其运动分析及运动的几何意义得到简化和明确。     

新型柱塞泵设计研究

分析了径向柱塞泵和轴向柱塞泵压力及流量产生脉动的原因，提出了设计具有较优工作性能柱塞泵的方法，并给出了具体设计方案。     

2D泵流动特性与配流窗口优化分析

针对轴向柱塞泵配流盘吸油和排油切换过程中,存在闭死压缩和闭死膨胀,产生气穴现象和压力正超调和负超调,引起流量脉动的问题,设计了2D（二维）双联活塞泵。利用活塞的旋转进行配流,且活塞的配流槽两两对称分布,可双向配流,省去了独立的配流机构,零遮盖的配流方式消除了闭死压缩和闭死膨胀的影响。利用两个活塞串联的方式,消除流量叠加时产生的结构性流量脉动。建立了瞬时流量和压力特性数学模型,分析了各项结构参数与腔内压力和出口流量之间的关系,得出配流面积是影响流量脉动的主要因素。最后,搭建实验平台,制作样机,并对样机进行测试。实验结果表明,该样机容积效率可达96%,流量脉动为6.3%,说明2D泵的结构能获得很高的容积效率,且利用旋转配流以及双活塞串联的方式能够有效地降低流量脉动。优化结果表明,加入阻尼槽结构的配流窗口,进一步降低了流量脉动。     

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。     

曲轴摆缸式阀配流水液压马达工作特性研究

为解决盘配流和轴配流低速大扭矩水液压马达配流副存在的磨损和泄漏问题,提出一种新型阀配流结构的低速大扭矩水液压马达,柱塞配流通过配流凸轮控制配流阀的通断实现。研究柱塞运动学规律和马达输出扭矩形成,揭示配流阀推杆位移、阀芯通断、柱塞进回液间的对应关系,分析马达角排量波动随转角、结构设计参数K的变化规律,当结构设计参数K为0.13时,马达输出扭矩波动率为6.59%。在AMESim中建立了配流阀及单柱塞配流过程的仿真模型,分析配流阀的工作特性及单柱塞动态配流性能,工作中配流阀产生最大压降为0.08MPa,进/回液配流阀无高低压串液。为验证阀配流结构在水液压马达中的工作性能,建立阀配流单柱塞试验台,并研究不同工况下的配流工作特性。试验结果表明,配流阀在马达转速0~60r/min、压力0~21MPa的工况下稳定配流,进液阀口压力在柱塞腔进回液转换时存在瞬间小幅压力波动,但对配流过程基本无影响,阀配流结构能够满足曲轴摆缸式马达柱塞的配流需求,为低速大扭矩水液压马达的配流提供了思路。     

轴流泵马鞍区水力性能与压力脉动测试与分析

为了分析轴流泵在马鞍区工况的运行特性,对一轴流泵不同工况下的外特性和压力脉动进行了测试,重点分析了轴流泵马鞍区水力特性和压力脉动特性.试验结果表明:模型泵H-Q曲线在0.50Q_d~0.60Q_d内表现出明显的马鞍形,且扬程在马鞍区内0.55Q_d工况时达到最小值,较0.60Q_d工况扬程降低0.33 m,为设计工况下扬程的5.5%;叶轮进口和泵出口处压力脉动具有较为明显的周期性,单个周期内压力脉动表现出明显的4波峰4波谷特征;0.55Q_d工况时,叶轮进口处压力脉动峰峰值为设计工况的2.3倍;各工况下导叶中间和出口处压力脉动规律较为复杂;叶轮进口压力脉动主频为叶片通过频率,0.55Q_d工况叶频处的幅值最大,高于设计工况27.6%.小流量工况下,导叶中间、导叶出口处压力脉动在频域内出现较多低频信号,压力脉动频率成分较复杂.泵出口压力脉动主频在1.00Q_d工况下明显表现为叶频.研究成果可为轴流泵不稳定运行特性的优化提供参考.     

径向流磁流变阀控缸系统动力性能研究

为进一步扩大磁流变阀的工业应用,提出并设计了一种径向流磁流变阀控缸系统,主要由径向流磁流变阀、单出杆液压缸及蓄能器3部分构成。阐述了径向流磁流变阀控缸系统的工作原理,推导了阻尼力数学模型。对径向流阀控缸系统进行了动力性能建模仿真,并搭建了动力性能测试实验台,分别对常规型与改进型径向流磁流变阀控缸系统在不同电流、不同频率及不同振幅下的动力性能进行了实验,实验结果表明,以径向流磁流变阀作为旁通控制元件的磁流变阀控缸系统能够产生较大的输出阻尼力,阻尼力最大可达5.8 k N;另外,阻尼力随电流变化顺逆可调,且可调范围广;同时,输出阻尼力受活塞杆运动速度影响很小,阀控缸系统能在各种工况输出稳定阻尼力。对比分析2个磁流变阀控缸系统可知,更换不同的磁流变阀可得到不同的动力性能。     

液压破碎锤动态特性的研究

基于能量守恒定律与液压动力学原理,建立了液压破碎锤系统模型,运用AMESim软件对液压破碎锤进行分析,探索液压破碎锤的动态特性。本文分析了液压凿岩机的工作原理,探讨了泵的输入流量、冲击活塞的质量、后腔的活塞杆径与冲击活塞速度极值、冲击频率和单次冲击能间的变化关系以及对液压凿岩机性能的影响,仅供参考。     

不同工况下轴流泵转子径向力及其压力脉动分析

【目的】研究轴流泵转子所受径向力及内部压力脉动。【方法】采用试验以及ANSYS CFX定常计算的方法,研究了轴流泵的外特性;采用ANSYS CFX软件对轴流泵内部流场进行了非定常计算,研究了不同流量工况下轴流泵内部转子径向力的分布情况及内部不同监测点压力脉动的时域和频域特性。【结果】(1)数值计算的外特性结果与试验结果的趋势基本吻合,数值计算具有较高准确度;(2)转子运动时,内部流场关于转动中心呈现不对称性;(3)3种流量工况下径向力的分布均呈现一定的周期性,小流量工况下瞬态径向力最不稳定,波动较大,设计流量工况下瞬态径向力较小,大流量工况呈现较好的平衡状态;(4)不同流量工况下压力脉动受叶片数影响,主要以叶频为主,且随着频率的增加,压力脉动逐渐减小,说明低频信号是引起压力脉动的主要原因,从整体来看,各监测点压力系数随着流量幅值的增大而逐渐减小,但轮缘进口处变化较快,说明轮缘进口压力脉动受流量变化影响最大。【结论】轴流泵内部转子径向力随流量的增大趋于稳定,不同流量下内部不同点的压力脉动存在明显差异。     

离心泵内部非定常水力激励特性

以单级蜗壳式离心泵作为研究对象,基于RANS法对离心泵内部流场结构进行了三维非定常数值模拟,探讨其内部的非定常流动特征所诱发的压力脉动特性及水力激励力特性,并在叶轮旋转周期过程中重点针对叶轮及其单个叶片的受力情况进行相关分析.结果表明:不同工况下各监测点压力脉动幅值的变化规律具有一致性,静压沿蜗壳周向分布不均匀;在压力脉动频谱图及叶轮径向力频谱图中叶频均占主导地位,而单个叶片激励力则体现为轴频;单个叶片所受径向力大小随流量的增加而增大,小流量工况下单个叶片的受力不均匀性明显,而接近额定工况时各叶片受力较均匀,且相差不大;通过对单个叶片非定常激励力特性的分析可知,小流量工况下由于隔舌附近叶片出口流动分离使得叶片受力变化明显,受射流尾迹影响更为突出.     

气液两相下离心泵内部流动数值模拟

为了研究在气液两相条件下,离心泵运行过程中内部流动及压力变化情况,选取比转数为129的离心泵作为研究对象,建立整泵的流场模型,基于仿真模拟软件CFX提供的Eulerian-Eulerian非均相流模型对模型泵进行了非定常数值模拟,得到在不同气相体积分数下,蜗壳流道内所选监测点和监测面的压力脉动及气相体积分布情况,并将数值模拟的性能曲线与试验进行了对比.结果表明:蜗壳流道内气相体积主要分布在与叶轮前盖板同侧方向.不同监测点在不同含气量下的压力脉动主频都等于叶片的通过频率.随着气相体积分数的增加,监测点压力幅值随时间呈周期性变化的规律开始受到破坏,压力脉动频域开始出现一定的紊乱,在低频处出现了一系列的波动.叶轮流道内气相分布不均匀致使叶轮周围液体压力分布不均匀,导致叶轮所受的径向力逐渐减小,周期性受到破坏.