高速轴向柱塞泵空化机制研究与优化

为降低高速轴向柱塞的空化程度,以某型号轴向柱塞泵为例,利用Pumplinx软件搭建CFD仿真模型,探究不同转速与不同吸油口压力对泵空化程度的影响,并结合MATLAB软件对离散的仿真结果进行拟合,得到转速、吸油口压力与吸油效率的变化规律曲线。研究结果表明:当柱塞腔内气体体积达到12%以上,柱塞泵吸油效率下降甚至无法吸油;通过提高吸油口压力可以有效降低柱塞腔的空化程度,提高柱塞泵吸油效率;为了保证泵在5000~6000 r/min下能够正常吸油且有较高的吸油效率,可以使吸油口压力值介于0.25~0.30 MPa之间,此时柱塞腔空化程度和吸油效率均达到相对稳定。

轴向柱塞泵热特性及热力学建模实验研究

针对轴向柱塞泵在高压和高速工况下发热过快的问题,对柱塞泵热特性和热力学建模进行了仿真分析与实验研究。首先,在摩擦副发热理论基础上,考虑了泵内油液搅动摩擦与轴承摩擦发热源,研究了柱塞泵内发热机理和传热分析的热特性理论;然后,根据柱塞泵部件复杂和固流态域区分度高的特点,阐述了所采用的控制体积法原理,将泵划分为5个控制体积后,建立了以各个控制体温度变化为导向的热力学模型;最后,采用光纤光栅温度传感器和蓝牙无线温度传感器,针对不同的控制体节点设计了传感器封装结构和布置方法,共同组成了轴向柱塞泵在线热监测系统,并进行了在不同压力条件下的对照实验,对理论模型进行了有效性验证与分析。研究结果表明:对比实验和仿真结果,模型温度变化与实际误差值在5%左右,验证了该模型能准确地反映和预测泵热力学变化过程。该结果为柱塞泵热力学状态监测提供了故障诊断基础,并为液压系统热管理系统设计提供了理论基础和设计依据。

微型高速轴向柱塞泵转子系统力矩损失仿真分析

微型高速轴向柱塞泵转子系统在充满油液的壳体内高速旋转时,产生较大的力矩损失,影响柱塞泵的效率。首先,建立了轴向柱塞泵转子系统力矩损失仿真模型。其次,分析了其力矩损失组成和柱塞泵转速与斜盘倾角对其力矩损失的影响。最后,通过不同切片位置下柱塞泵转子系统油液速度场和压力场分布特点,分析了其力矩损失。结果表明:转子系统压差力矩损失约为其黏性摩擦力矩损失的11倍,其中,柱塞-滑靴压差力矩损失约占70%;随着转角的变化,压差力矩损失波动较大,黏性摩擦力矩损失几乎保持稳定。油液压力呈梯形分布且51.4°周期性剧烈波动,由旋转中心到壳体内壁压力逐渐增大;同时,靠近出油口和下止点位置处,油液压力较小。

高转速轴向柱塞泵斜盘力矩分析

以某型航空高转速轴向柱塞泵为研究对象,在考虑滑靴柱塞组件往复运动惯性效应下,分析转速对斜盘力矩及斜盘合力作用点轨迹的影响规律。结果发现:随转速增大,在绕斜盘变量方向,斜盘交变力矩使斜盘倾角向增大方向偏移,逐渐不再过零,且力矩峰值呈指数规律增大;转速对绕其他两坐标轴方向斜盘力矩的影响不大;斜盘合力作用点轨迹随转速升高向斜盘平面下死点区域移动,转速增大有助于斜盘向排量增大方向运动且有利于减小斜盘因力矩交变过零引起的振动。

新型高速单柱塞轴向柱塞泵配流机构

针对单柱塞泵普遍采用的单向阀配流方式无法满足高转速的问题,提出新型的阀芯旋转式三通换向阀配流机构,可以满足单柱塞泵在高转速情况下的配流要求.通过建立单向阀配流和转阀配流单柱塞泵的AMESim模型,对比分析表明,单向阀在转速为2 000r/min时已难以实现正常配流;转阀在12 000r/min转速下仍能正常配流.加工样机对单柱塞泵和转阀的性能进行测试.试验表明,柱塞腔内的压力测试结果与仿真结果一致,可以基于该转阀配流机构设计高速单柱塞泵,对柱塞腔内的压力特性进行研究.

高速电磁开关阀控制轴向柱塞泵的仿真研究

以高速电磁开关阀为控制元件,对轴向柱塞泵的数字控制进行研究。在实现轴向柱塞泵斜盘角位移控制的基础上,提出以轴向柱塞泵斜盘角位移控制为内环控制,流量、压力或者功率控制为外环控制的双闭环控制策略;在控制方法上,内环采用积分分离PID控制,外环采用两级模糊增量控制的控制方案。采用AMESim与MATLAB/Simulink的联合仿真,验证了所提出的控制策略和采用的控制方法的有效性,实现了轴向柱塞变量泵流量、压力和功率控制的快速性和稳定性。

微型高速轴向柱塞泵动力学特性分析

微型高速轴向柱塞泵动力学特性影响其工作性能和寿命,主轴与缸体的振动响应以及质心轨迹可反映其动力学特性。对微型高速轴向柱塞泵结构进行合理简化,建立了其运行工况下的动力学模型。分析了工况压力21 MPa,转速分别为18000,20000,23000 r/min时,主轴与缸体的振动位移频谱、倾覆角度频谱和质心轨迹;分析了工况转速20000 r/min,压力分别为14,21,28 MPa时,主轴与缸体的振动位移频谱、倾覆角度频谱和质心轨迹。研究结果表明:振动位移需关注偶倍频,倾覆角度需关注奇倍频,部分谐波振动响应随压力的增大而增大,主轴与缸体的质心轨迹呈扇叶形状。

非对称高速轴向柱塞泵数值模拟分析研究

随着工业技术发展,各行业对柱塞泵高功率密度的需求日益上升。该文设计了一种小体积、高转速非对称轴向柱塞泵并对其进行数值计算。用UG建立柱塞泵的内部流道模型,在ANSYS MESH中根据各个部分不同的要求划分网格,结合动网格和滑移网格来实现柱塞的往复运动和缸体旋转运动,在ANSYS Fluent中设置好边界条件进行计算;获取了该柱塞泵的流量脉动、不同时刻的压力云图及速度矢量图,通过数值模拟分析得出:该柱塞泵在高低压转换时,容易产生压力冲击、流量倒灌导致流量脉动率大。

变分模态分解与极限梯度提升树融合的高速轴向柱塞泵空化等级识别

针对高速轴向柱塞泵在不同空化程度下故障特征不明显导致识别准确率低的问题,提出了一种变分模态分解和极限梯度提升树融合的识别方法。在不同空化等级下进行高速轴向柱塞泵空化试验,采集壳体的振动加速度信号,对信号采用变分模态分解方法并从中提取故障特征以构造特征数据集,最后利用极限梯度提升树进行空化等级的识别。为证明所提方法的抗噪性能,在测试集中加入了随机高斯白噪声。结果表明,加入不同信噪比的噪声后,该识别模型仍能准确地识别出高速轴向柱塞泵的空化等级。

基于频谱分析和卷积神经网络的高速轴向柱塞泵空化故障诊断

针对高速轴向柱塞泵不同空化故障等级诊断依赖人工特征提取、识别准确率低的问题,提出了一种融合振动信号频谱分析和卷积神经网络的诊断方法。采集不同空化等级情况下柱塞泵壳体振动信号,对连续的振动数据进行切片并作频谱分析,获得频谱图作为数据集;利用二维卷积神经网络对不同空化等级的信号频谱图进行分类。为提高所提方法的鲁棒性,采用带通滤波的方法抑制频谱图中的噪声频率。试验结果表明:对于不同信噪比的振动信号输入,均能准确地识别出柱塞泵的空化故障等级。

高转速条件下轴向柱塞泵配流副摩擦磨损特性

结合轴向柱塞泵配流副实际受力与运动形式,使用盘-环试验机在L-HM46抗磨液压油润滑条件下,研究轴向柱塞泵配流副(38CrMoAl-CuPb15Sn5)在高转速(1800r/min)的摩擦磨损特性并分析磨损机理。实验结果表明:与中低转速相比,高转速测试条件下的配流副更易发生粘着磨损;38CrMoAl经调质、渗氮处理后与CuPb15Sn5组成的配流副在高转速工况下摩擦磨损性能良好,其磨损率比38CrMoAl未经热处理和只渗氮处理配流副分别降低69%和57%;调质热处理可改善38CrMoAl的表面特性,减少摩擦过程中CuPb15Sn5在其表面的附着继而改善配对副摩擦特性,将有助于提高配流副的工作寿命。

自吸式斜盘柱塞水泵进、排水阀簧预紧力计算

主要阐述如何采用工程热力学的方法对高速柱塞水泵的进、排水阀簧的预紧力计算进行建模,找出满足自吸能力的阀簧预紧力上限,并与U.Adolph公式一同对阀簧的设计进行约束。最后从方程的参数出发,指明实际设计过程中的关键设计控制项目,为现实的产品设计提供一种便捷而可靠的计算方法。

基于LSTM和CNN的高速柱塞泵故障诊断

针对高速轴向柱塞泵容易发生空化,且目前空化故障诊断方法存在依赖手工特征提取、鲁棒性不高的问题,提出了一种基于长短时记忆(LSTM)和一维卷积神经网络(1D-CNN)相结合的空化故障诊断方法。搭建了柱塞泵故障实验台,采集柱塞泵在不同空化等级下的壳体振动信号。利用LSTM和1D-CNN搭建的分类模型对不同进口压力情况下的振动信号进行空化等级识别。实验结果表明:提出的方法能够准确地识别出4类不同的空化等级,准确率高达99.5%,同时在不附加降噪方法的情况下,具有良好的鲁棒性,在0dB信噪比的情况下,识别准确率高达87.3%。