基于PumpLinx纯水轴向柱塞泵配流盘卸荷槽结构的仿真分析

以纯水轴向柱塞泵为研究对象,在同时考虑配流盘间隙和柱塞间隙的基础上,利用流体仿真分析软件Pump Linx,采用动网格技术并建立空化模型,研究配流盘减振结构对流量特性和压力脉动的影响。通过仿真分析U型槽、三角槽、孔槽结合和无阻尼槽四种不同的减振方案在配流过程中的压力脉动和流量脉动,进而比较得出最佳的高压卸荷槽结构。仿真结果表明,采用U型槽结构的配流盘在预升压过程中优于其他三种结构,且其出口的流量更加平稳,脉动率更小。

基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计

由于轴向柱塞泵的非对称结构特性,其输出压力和输出流量存在脉动特性,对液压系统的输出稳定性和可靠性造成影响,因此提出了一种基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计方法。首先,通过CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)仿真分析方法,对轴向柱塞泵上/下死点位的压力-流量脉动的产生机理进行了分析;其次,对阻尼槽结构参数对轴向柱塞泵输出压力-流量脉动的影响规律进行了分析,构建了阻尼槽结构的多目标优化模型;最后,求解了低脉动阻尼槽结构。优化后的结构参数:阻尼槽半径为2.21 mm,阻尼槽长度为10.32 mm,阻尼槽错配角为16.54°。优化后压力脉动率为0.59%,相比于优化前的0.75%降低了0.16%,脉动幅值为0.25 MPa;优化后流量脉动率为12.02%,相比于优化前的5.61%降低了43.59%。研究结果为轴向柱塞泵低脉动结构的优化设计提供了有效的理论支持和实践指导。

基于预吸排油结构的柱塞泵配流盘优化

配流盘过渡区域的结构对于柱塞泵的脉动抑制以及减振降噪起着至关重要的作用。基于配流盘吸空抑制原理,对配流盘过渡区进行结构优化。首先计算为了平衡节流面积变化速率和柱塞腔运动速率所需增加的节流面积,并对配流盘过渡区结构进行优化。然后通过PumpLinx对轴向柱塞泵压力、流量脉动以及空化进行了仿真分析与验证。结果表明,优化后的配流盘过渡区结构可以有效降低压力、流量脉动,缓解空化发生。

斜盘偏距与交错角对飞机液压柱塞泵运动特性影响分析

飞机上常用的直轴式恒压变量液压柱塞泵,出于降低脉动以及改善高频运动时的稳定性需要,斜盘通常设计有偏心距和交错角。针对存在斜盘偏距和交错角的液压柱塞泵,提出了一种能够综合考虑斜盘偏距、交错角、斜盘倾角及斜盘转动速度的柱塞和滑靴运动特性分析方法。以某型航空液压柱塞泵为对象,对比分析了不同偏心距和交错角情况下柱塞的位移、速度特性,以及滑靴在斜盘平面的运动轨迹。按照液压泵配流盘闭死区设计通用准则确定了配流盘闭死区,对柱塞在闭死区内的运动特性进行了分析,结果表明闭死区内柱塞的运动特性深刻影响液压柱塞泵的输出流量和压力脉动。提出的分析方法能够描述斜盘转动(流量切换)过程中的运动动态特性,具有计算效率高、结果准确度高等特点,可用于液压柱塞泵以降低脉动为目标的设计优化。

斜盘式轴向柱塞泵空化特性分析

针对斜盘式轴向柱塞泵的空化现象,建立了斜盘式轴向柱塞泵全流域模型,采用计算流体力学方法研究了全流域空化特性分布,分析了排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角等工况参数对全流域空化特性的影响规律。研究表明:空化主要发生在吸油区的吸油口、配流盘和柱塞腔区域,空化随气相体积分数增大而加重;排油口负载压力由10 MPa增至30 MPa,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.28%增至6.68%、5.91%增至7.13%、10.03%增至11.23%;缸体转速由2 200 r/min增至3 000 r/min,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.39%增至6.41%、6.26%增至10.54%、7.13%增至10.16%;斜盘倾角由3.64°增至5.64°,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.34%增至6.41%、14.7%降低至13.9%、10.16%增至11.66%。斜盘式轴向柱塞泵在实际设计中,排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角的取值在合理范围内越低越好,斜盘倾角取值存在最优区间。

基于拉格朗日方程的航空柱塞泵动力学分析

提出了一种基于拉格朗日方程的恒压变量航空柱塞泵主轴和斜盘耳轴驱动力矩分析方法。针对柱塞泵主轴和斜盘耳轴旋转2个运动自由度,不考虑柱塞/转子、柱塞/滑靴、滑靴/斜盘、转子/主轴4对刚体约束副之间的约束力,建立了斜盘和主轴的动力学分析方程组。航空柱塞泵通常设计为具有斜盘偏心距和交错角的特殊结构。在运动学特性分析基础上,对主轴和斜盘耳轴驱动转矩进行了计算,并分析了斜盘交错角和偏心距对斜盘驱动力矩的影响。最后,通过对比理论方法和试验结果,证明了所提方法的准确性和有效性。与传统力学分析的解析方法及基于仿真模型的仿真方法相比,拉格朗日方法快捷、高效、结果准确,可用于航空柱塞泵的脉动、振动、寿命分析以及故障诊断和质量状态评估。

轴向柱塞泵摩擦副理论与技术研究现状

轴向柱塞泵是液压系统中的核心动力部件,对液压控制系统有着举足轻重的意义。轴向柱塞泵中的三大摩擦副的润滑和摩擦特性影响着柱塞泵本身的性能和使用寿命。轴向柱塞泵三大摩擦副理论与技术的研究对于提升轴向柱塞泵性能和可靠性具有重要意义。梳理了轴向柱塞本三大摩擦副润滑理论和摩擦特性方面的理论与技术与提高摩擦副性能的表面改性工艺方法。

对置端曲面齿轮柱塞泵动态特性仿真研究

为了研究对置端曲面齿轮柱塞泵参数对泵动态特性的影响,根据端曲面齿轮柱塞泵工作原理,推导柱塞运动方程。利用Adams与AMESim软件建立对置端曲面齿轮柱塞泵联合仿真模型,通过联合仿真得到不同转速与偏心率下的柱塞泵出口流量与压力的相应曲线。结果表明:转速增大,泵出口流量与压力增大,脉动幅值与脉动频率增大;偏心率增加,泵出口流量与压力增大,脉动幅值增大,脉动频率不变。

基于达朗贝尔原理的航空柱塞泵刚体系动力学分析方法

针对典型航空柱塞泵结构形式,提出了一种基于达朗贝尔原理的刚体动力学分析方法。分别针对柱塞泵滑靴、柱塞、斜盘、转子、主轴、配流盘6个刚体对象,考虑柱塞/转子、柱塞/滑靴、滑靴/斜盘、转子/主轴、转子/配流盘、斜盘耳轴/安装座6对约束副之间的约束力,建立了完整的柱塞泵运动部件动力学分析方程组。与基于拉格朗日方法的动力学分析方法相比,建立的方程组能够通过一个计算流程,对包含约束力在内的泵运动刚体所有力学特性进行分析。最后,以某11柱塞航空液压柱塞泵为对象,基于计算工具,解算得到了包含166个动力学相关变量的数值解,证明了提出方法的有效性。

多功能融合电机泵马达仿生非光滑表面配流副摩擦及润湿性研究

以多功能融合电机泵马达配流副为研究对象,利用仿生非光滑表面效应设计出几种不同凹坑排布的配流盘,并通过不同工况下光滑表面和非光滑表面配流盘的对比试验,探讨非光滑表面对配流副润滑性能和减摩性能的影响。试验结果发现:非光滑表面比光滑表面有着更好的减磨减阻特性,其中最大减阻可达46.3%,减磨总体超过53%;非光滑表面中的凹坑可以储存试验中产生的磨屑和杂质,还可以储存海水,在润滑条件不良时凹坑内部海水可被带入到摩擦面从而改善润滑状态;试验后配流副试样接触角会降低,表面能会提升,这说明摩擦磨损试验使得配流副试样更加亲水,这有助于海水润滑膜的形成,从而降低摩擦面的摩擦磨损。

卧式多层热压机变量泵功能特性和液压系统性能

根据年产10万m^(3)胶合板卧式多层热压机结构、工作原理和热压工艺要求,采用型号VPCLRDU2斜盘式轴向变量柱塞泵作为动力和控制元件,快速油缸与加压油缸采用伸缩式二级油缸结构形式作为执行元件,构建了其双变量泵液压系统。以该液压系统为研究对象,根据VPCLRDU2工作原理建立其仿真模型,设计台架试验,为分析VPCLRDU2效率和控制功能特性,验证其所建仿真模型的准确性奠定了基础;通过VPCLRDU2效率和电液比例、恒功率、恒压控制功能特性研究分析,证明了其具有容积效率、总效率和功能集成化程度高的特性;VPCLRDU2仿真模型与台架试验对比分析结果趋于一致,验证了其所建仿真模型准确、可靠;根据双变量泵液压系统工作原理,建立其液压系统仿真模型,对于不同板坯参数、热压工艺要求,其仿真模型结果验证了该系统能够实现对快速油缸速度、位移和加压油缸压力的控制,满足了胶合板卧式压机热压工艺要求,具有能耗低、稳定性高的特性。

轴向柱塞泵非定常空化流激振动特性

针对轴向柱塞泵吸排油过程发生空化带来流体激振力大,甚至造成严重的局部气蚀破坏问题,使用用户自定义函数和动网格法对柱塞泵的动态运动过程进行模拟。通过柱塞泵空化流激振动特性实验,对比分析柱塞泵空化流激振动响应特征,获取轴向柱塞泵空化流动及其诱导振动的作用机理。结果表明:柱塞腔内气体体积分数随缸体转角变化呈周期性振荡,空化现象主要集中在泵的吸油区;当缸体转角处于吸排油交替区时,柱塞腔内压力场出现负压现象,气泡在流体射流的方向上扩散,形成明显的局部空化云;柱塞泵空化流激振动频谱与流体脉动载荷频谱重合,直接影响柱塞泵壳体振动的幅值,成为柱塞泵壳体振动响应的主要诱因。

轴向柱塞泵配流副油膜温度特性

柱塞泵配流副油膜温度分布影响配流副油膜润滑、泄漏与摩擦。为了探究轴向柱塞泵配流副油膜的温度分布,搭建了配流副三点油膜厚度与多点温度测试平台。根据采集的配流副油膜三点膜厚试验数据,建立了配流副楔形油膜模型;考虑了柱塞腔、配流副油膜对缸体的静压力、配流副表面微凸体间作用力,建立了缸体轴向力平衡方程;考虑了配流副油膜的能量损失、热传导以及油液黏温特性,建立了配流副油膜热平衡模型。结果表明,配流副油膜最高温度值随着压力和斜盘倾角的增大而增大,最高温度点位置保持在高压腰型槽对称线两侧-20°~20°的区域内;最高温度理论与试验结果的相对误差小于8%。

基于3D空间点云模型的轴向柱塞泵配流盘过流面积计算方法

在轴向柱塞泵的工作过程中,通过配流盘进行高低压的循环切换,而配流盘的过流面积是影响柱塞泵内部压力平稳过渡的重要参数。为了完成对配流结构过流面积的求解计算,提出了一种基于多维流场点云的过流面积计算方法。首先,对配流盘流场的点云化过程进行了理论分析,得到了点云化处理的实施方法;然后,对配流盘三维流域模型进行了系列修正,提出了缓冲槽连通阶段模型的修正方法,提高了过流面积计算的准确性;最后,对不同配流阶段的过流面积进行了计算,并与理论测量所得结果以及采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法所得的结果,分别进行了对比。计算结果表明:基于多维流场点云的过流面积识别算法求得的过流面积峰值大小为174.5 mm 2,而理论测量值的大小为177.5 mm 2;二者的相对误差率大约为1.7%;而与基于CFD方法所得结果的整体相对误差率,大约在5%以内。研究结果表明:采用该方法,能够直接且较精准地完成对配流盘过流面积的求解与计算,有效地简化了过流面积变换趋势的求解过程。

微型轴向柱塞泵柱塞腔作用力对斜盘倾覆力矩分析与优化

为探究微型轴向柱塞泵柱塞腔压力等特性与柱塞腔作用力对斜盘的影响,在分析柱塞运动和斜盘力矩的基础上,建立数学模型,并基于AMESim搭建七柱塞型的微型轴向柱塞泵仿真模型;从柱塞直径、柱塞死区容积、斜盘倾角和柱塞分度圆直径几个方面仿真分析柱塞腔作用力;对影响柱塞腔作用力的参数进行响应面优化。结果表明:优化后显著降低了柱塞腔作用力与斜盘倾覆力矩,优化后的参数可作为柱塞泵结构优化的依据。

柱塞泵配流盘卸荷槽开度对瞬态流场特征影响

空化是影响轴向柱塞泵性能的关键因素,柱塞缸体表面损坏是一种常见的失效形式,但目前成因尚不清晰。建立柱塞泵三维流场仿真模型,设计可观察单个柱塞腔与卸荷槽导通状态下流场特征的实验装置,并采用流体仿真和流场可视化测量的方法揭示了其成因。研究结果表明:射流角随卸荷槽开度的增大而增大,并伴随漩涡的产生与消失,射流中心速度大于20 m/s时漩涡产生;柱塞腔与卸荷槽由导通至完全截止的转变过程中,射流角由0°逐渐增大至60°,当射流角由0°向20°变化时,射流方向主要集中于柱塞缸体与配流盘腰型槽接触的表面处,导致柱塞缸体表面和配流盘吸油腰型槽上部产生射流破坏和气蚀破坏;当射流角由20°向60°变化时,射流方向将向配流盘腰型槽内部扩展,导致配流盘破坏区域由上部移向内部。上述研究结果有助于厘清柱塞缸体摩擦表面气蚀成因,为配流盘结构优化设计提供了约束条件,对提升柱塞泵的综合性能也有重要意义。

基于一维计算模型的斜盘式柱塞泵流动特性分析

斜盘式柱塞泵广泛应用在直升机疲劳试验的液压系统中,其流动特性对液压系统稳定性有着至关重要的作用。文中使用立体几何方法分析了斜盘式柱塞泵柱塞运动轨迹,基于图形解析法推导了过流面积公式,并编写相应Matlab程序实现吸排油过流面积自动化计算;构建了考虑流量倒灌及泄漏的单柱塞流动模型,结合AMESim软件实现柱塞泵三维计算模型向一维计算模型的转变;依据初始工况计算结果分析了柱塞泵的流动特性及其产生流量脉动的原因,并使用基于计算流体力学(CFD)方法的三维模型所获得的流量脉动计算结果验证了一维计算模型的准确性。在此基础上分析了不同运行工况(包含运行温度、工作压力及柱塞泵调节参数)对出口流量脉动率的影响,从降低流量脉动率进而提高直升机疲劳试验精度的角度分析了试验中柱塞泵调节控制要点。文中提出的一维计算模型可显著提高柱塞泵仿真计算速率,便于后续柱塞泵的改进设计以及将其作为子系统添加到虚拟数字试验平台中。

一种基于优化VMD-CWT-CNN的柱塞泵配流盘磨损状态识别方法

为解决一维振动信号难以充分挖掘表达状态特征信息以及柱塞泵配流盘磨损早期识别问题,基于卷积神经网络(Convolutional neural networks,CNN)优秀的图像处理能力,提出了一个优化VMD-CWT-CNN模型。首先,采用连续小波变换(Continuous wavelet transform,CWT)对信号进行预处理,得到信号的二维时频图,作为CNN模型的一路输入,将状态识别问题转化为CNN图像识别问题。其次,基于相关系数对变分模态分解(Variational mode decomposition,VMD)参数优化后,利用优化VMD对振动信号进行预处理,再以相关系数和峭度值最大为优选原则,甄选出三组蕴含故障特征的本征模态函数(Intrinsic mode function,IMF),将其重组为三通道一维信号,作为CNN模型的另一路输入。最后,在CNN模型中将两路信息汇聚并得到柱塞泵配流盘磨损状态识别分类结果。实验中,此方法分别采用优化VMD和CWT对振动信号预处理,再结合CNN对磨损状态进行分类。实验结果表明,该方法对于配流盘磨损的三种状态的识别效果显著优于单路输入的CNN模型以及典型的深度学习方法和机器学习分类器。因此,优化的VMD-CWT-CNN方法可以更准确地实现柱塞泵配流盘磨损状态识别。

轴向柱塞泵微织构配流副摩擦特性研究

在配流副表面加工微织构并研究其减摩特性。采用正交试验方法进行配流副仿真研究,得到各因素对配流副摩擦影响顺序为:转速>油膜厚度>深度>形状>直径>面积率,得出最优参数组合为:直径400μm、深度200μm的圆球形凹坑、凹坑面积率6%、油膜厚度15μm、转速1500 r/min.分析了微织构配流副的速度场、压力场、动压承载力,并对全油膜进行了仿真。搭建了轴向柱塞泵的配流副摩擦试验系统,在不同负载压力4 MPa、8 MPa、12 MPa和工作流量10 L/min、20 L/min、35 L/min下,对最佳参数的微织构配流副进行摩擦特性试验,试验结果表明,微织构配流盘的摩擦扭矩值比光滑配流盘小,与全油膜仿真结果相验证。最大差值为1.53 N·m,最大减摩率为12.47%.

轴向柱塞泵微织构配流副润滑特性研究

针对轴向柱塞泵配流副微织构表面,采用有限差分法对微织构表面进行离散化处理,利用超松弛迭代法对微织构表面流体方程进行求解,得到微织构配流副的油膜压力分布。利用MATLAB软件对微织构配流副的油膜厚度和油膜压力进行了仿真研究,分析了微织构对配流副油膜润滑特性的影响。研究结果显示:微织构能够显著改变配流副油膜的厚度和压力分布,产生动压效应。无微织构表面最高压力为0.1064 MPa,微织构配流副表面最高压力0.152 MPa,提高油膜的承载能力。