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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

水压轴向柱塞泵内部空化流动数值模拟

采用Schnerr-Sauer模型对水压轴向柱塞泵内部的空化流动进行了数值模拟,在不同的泵入口压力条件下,对泵出口的流量和压力脉动进行了分析.研究结果表明:当泵入口压力较低时,位于吸水区的柱塞腔内将出现明显的空化,空化区域主要位于柱塞腔的内侧,其中柱塞腔刚进入配流盘吸水槽时的空化最为严重;吸水区柱塞腔严重的空化将会导致泵出口的流量和压力出现较大的脉动;提高泵的入口压力将使空化程度减弱,但过大的泵入口压力会导致柱塞腔在吸水区产生压力冲击;空化程度减弱到一定程度之后,泵进口压力的改变对泵出口的流量和压力脉动不再有显著影响.     

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。     

单柱塞泵与齿轮泵的稳定性分析

小四轮拖拉机或农用运输车液压系统的液压系通常采用的是单柱塞泵或齿轮泵。单柱塞泵的结构简单,体积小,使用相对可靠,价格较低,但使用单柱塞泵的液压系统不能向外输出液压动力,且其液压油流量的脉动性较大,所以限制了与许多机具的配套。采用单柱塞泵的液压系统液压油流量的脉动性大是这种液压系统的一大缺陷,它不仅无法平稳地带动工作部件,而且致使液压系统的密封件经常损坏。如另增设一套稳压系统又会使结构复杂,成本加大,用户难以接受。液压系统的油流量脉动性可用流量脉动系数来衡量。单杜塞泵的流量脉动系数为：a二2sin‘（o…     

高压高速条件下柱塞副泄漏流场分

建立了高压、高转速条件下柱塞泵柱塞副泄漏流场的数学模型,并进行了数值模拟分析.首先,对柱塞副进行了三维动力学分析,对柱塞副受力变化规律进行了Matlab数值分析.然后,建立了基于柱塞倾斜角度φ和偏心距离e的柱塞副倾斜偏心圆环缝隙泄漏流场数学模型,并结合柱塞副动力学分析结果,利用动压支撑理论确定了倾斜偏心泄漏流场数学模型中的φ和e.利用有约束的一维搜索法编写Matlab程序对柱塞副流场进行优化数值求解.最后,利用Fluent软件对柱塞副泄漏流量进行了仿真分析和实验验证.结果表明,高压、高转速条件下,柱塞副处于倾斜偏心状态,实际泄漏流量与通常理论假设的完全同心流场相比流量脉动量变大,而平均流量变小.     

多泵单马达传动系统输出转矩特性分析

为了使定量泵输出多级定流量以及不用减压阀为多个不同压力系统提供能源,设计并试验了双定子泵,并在此基础上提出了多泵单马达传动理论。以双作用双定子泵和斜盘式轴向柱塞马达组成的多泵单马达传动系统为例,分析了多泵在不同的工作方式下输出波动性不同的油液对马达输出转矩的影响。结果表明,多泵在不同的工作方式下对系统输出特性的影响不同,且内、外泵联合工作时,马达输出转矩品质优于内、外泵单独工作;当泵和马达波动周期一致时,可以合理调整滞后角使马达输出转矩更平稳。为了验证理论分析的正确性,搭建了多泵单马达传动系统试验平台,采集相关数据并描绘出多泵在不同工作方式下马达输出转矩的不均匀系数变化曲线。试验结果和理论分析一致,证明了理论分析的正确性。     

基于多核CPU的复杂液压产品快速并行优化方法

为缩短复杂液压产品的研发周期和提高系列化产品的开发效率,提出一种基于多核CPU的复杂液压产品快速并行优化方法。该方法利用粒子群算法寻求产品设计参数的优化和性能指标的约束,将每个仿真程序视作粒子群个体。采用两级加速策略,即CVODE求解器加速和多核CPU加速。以非对称轴向柱塞泵三角槽优化设计为研究对象,通过物理样机试验对CVODE求解器加速方法的准确性进行验证,结果显示,试验与仿真结果吻合度较高。利用粒子群算法对三角槽主要参数进行优化以降低泵输出流量脉动。对比三角槽结构优化前后的流量脉动率,结果显示,在不增加柱塞腔压力的条件下,非对称轴向柱塞泵三角槽优化后的流量脉动相比优化前降低了36%。该方法可脱离专业仿真软件平台,能够独立运行于Windows操作系统,解决液压动态仿真对专业软件依赖的问题,且多进程比多线程编程更容易实现。在8核CPU工作站仿真条件下,与SimulationX平台仿真方法相比,该多核CPU并行方法的仿真效率提高10倍以上,与双核计算机并行运行效率相比提高近5倍。     

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。     

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。     

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.     

行星传动两柱塞液压泵

柱塞的受力状态直接制约着柱塞式液压泵的工作可靠性及输出压力的高低,对摩擦副材料有特殊要求。采用行星齿轮传动方式实现从旋转到直线的往复运动,不同于现有柱塞泵由凸轮、曲柄连杆或斜盘实现往复运动的方式,没有滑靴等高压力作用下高速滑移的元件。柱塞在缸筒中工作时,柱塞只承受机械推力及液体的反作用力,柱塞与缸筒无机械力产生,泵工作稳定,使用寿命长。该泵具有一杆双柱塞、双缸结构,直线往复运动的行程长,排量大。     

双心室心脏泵内部流动非定常数值模拟

为了研究某新型离心式双心室人工心脏泵内部血液流动特性,采用CFD技术对泵设计工况下的内部流场进行数值模拟分析,获得了该心脏泵内部速度、湍流动能和切应力分布规律,同时得到了泵进口流量、作用在不同过流部件的轴向力和径向力变化情况,并对蜗壳处的压力脉动进行分析.研究结果表明:该型双心室心脏泵内部流场没有出现明显的流动死水区,满足心脏泵的抗血栓要求;泵内压力和切应力分布规律相似,整体分布均匀,满足抗溶血性能的要求;由于心脏泵的整体设计为对称结构,很好地平衡了左右叶轮的轴向力;较小的泵整体结构的径向力和转矩有利于心脏泵抵御瞬态的径向负荷;左右两泵蜗壳处的压力脉动呈现明显的正弦周期性变化规律,均含有6个波峰和6个波谷,且各监测点处压力脉动的主频为叶片通过频率,这是由于叶轮和蜗壳的动静干涉作用.