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。

黏温黏压下径向柱塞泵滑靴副温度分布与泄漏量分析

针对高压大排量径向柱塞泵滑靴副摩擦失效和泄漏问题,以XDP1000型径向柱塞泵为例,对滑靴副温度分布与泄漏量进行了流场仿真和数值计算。首先,根据滑靴柱塞组件运动学特性分析,求解了滑靴偏转角变化规律,并通过建立滑靴副不同通道流量计算公式的方式,建立了滑靴副静压支承特性方程;然后,建立了滑靴副泄漏功率损失和摩擦功率损失模型,求解了滑靴副最佳油膜厚度,并分析了最佳油膜厚度的变化规律;最后,在考虑了油液黏温黏压特性的基础上,通过流场数值计算的方式,研究了滑靴副温度分布与泄漏量随径向柱塞泵工况参数的变化规律。研究结果表明:额定工况下,滑靴副最佳油膜厚度值约为14μm,滑靴副最佳油膜厚度值随着转子转角的增大而增大,随着工作压力和温度的增大而减小;滑靴运动方向侧油膜温度较另一侧高13 K,滑靴副温度值基本不受工作压力的影响,而随着转速的增大而升高;滑靴副阻尼孔泄漏量较滑靴边界泄漏量大0.02 kg/s,而且泄漏量随着压力、转速和油液温度的增大而增大。该研究结论可为高压大排量径向柱塞泵滑靴副设计及优化提供参考。

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。

恒流径向柱塞泵输出特性分析与试验

基于特种装备车辆转向系统恒流量需求的背景,以优化某型恒流量径向柱塞泵输出动特性为目的,进行了恒流量机理解析及流量脉动分析优化。针对流量输出特性搭建了数学及仿真模型,并对比仿真、试验结果,以验证原理、模型的有效性。并以恒流量值、恒流量临界转速为约束条件,对流量脉动率进行了优化分析研究。结果表明:可通过该型结构实现柱塞泵恒流量功能;在输入转速大于恒流量临界转速后,随转速升高,平均流量将趋于稳定,而流量脉动将随转速升高而升高;通过优化柱塞直径、偏心距和节流口开口量,可有效降低流量脉动率5%以上。

船舶疏水系统流量压力脉动特性研究

疏水系统在船舶中担任疏干排污等重要工作,其工作时产生的管道流量及压力脉动是系统产生振动噪声的主要原因。降低系统流量压力脉动、抑制系统噪声的关键之一是掌握系统流量压力脉动特性。通过分析低噪声柱塞泵的结构原理,结合疏水系统管道结构,建立完整的疏水系统仿真模型;通过试验台对仿真模型的准确性进行验证;最后基于仿真模型,对疏水系统特性及压力脉动的影响因素进行研究。结果表明:流量压力脉动主要作用频率为5 Hz和20 Hz;阀开度及管道长度对压力脉动影响较大,泵参数变化的影响较小,后续设计优化应优先考虑出口管道。

基于AMESim的多液缸合流式压裂泵流量脉动特性研究

传统的机械式压裂泵存在冲次高、冲程短、曲轴易于失效等问题,为此,提出了一种多液缸合流式液压驱动压裂泵,并对其产生流量脉动的机理进行了研究。首先,详细阐述了多液缸合流式压裂泵的工作原理,基于液压流体力学等理论,建立了多液缸合流式压裂泵的数学模型,并进行了理论分析;其次,采用AMESim仿真软件搭建了多液缸合流式压裂泵工作仿真模型,选择了合理的仿真参数设置,进行了变负载压力下的仿真研究;最后,对液压动力传递链中的活塞-柱塞运动特性、泵腔流量特性、输出流量和压力脉动特性进行了研究,并对仿真结果进行了分析。研究结果表明:在25 MPa工况下,多液缸合流式压裂泵的输出压力和流量脉动率分别为36.8%和20.61%,冲次只有42次/min,符合实际工况;多液缸合流式压裂泵输出流量脉动的主要原因是各组液缸的频繁换向、泵送行程和吸入行程的切换,导致活塞-柱塞做减速停止运动和加速启动运动。

轴向柱塞泵配流副油膜润滑及结构优化研究综述

在轴向柱塞泵中,配流副是最容易出现流量脉动和磨损失效的关键部件之一。分别研究油膜润滑、结构参数和液体性质等因素对轴向柱塞泵配流副性能的影响,重点总结归纳轴向柱塞泵配流副油膜润滑和结构优化的研究进展,提出改善配流副性能的规律和方法。最后对轴向柱塞泵配流副领域未来研究方向进行了总结与展望。

叶片不同切割形状对离心泵各项性能的影响

离心泵叶片直接影响离心泵的效率与使用寿命,因此,对叶片形状进行研究具有重要意义。对离心泵叶片出口边进行单一切割以改变离心泵性能,在此基础上,对叶片前缘、尾缘进行了双向切割,研究了不同切割形状对离心泵各项性能的影响。首先,以一台n_(s)=73的离心泵作为研究对象,使用UG软件进行了离心泵三维建模与叶片切割(切割出了24种叶片模型);然后,使用ICEM软件划分了网格,选用标准k-ε湍流模型作为计算模型,在离心泵叶片与蜗壳隔舌处设置了监测点;最后,采用ANSYS CFX软件,对无切割和切割后的模型进行了离心泵数值模拟计算,得到了离心泵在0.6Q_(d)~1.4Q_(d)工况下的外特性曲线;在外特性良好的前提下,研究了其内部流动结构、压力脉动特性,以及湍动能分布。研究结果表明:在1.0Q_(d)设计工况下,切割后的模型较无切割模型的效率均提升了4%左右,对称切割的模型中前缘为椭圆、尾缘为钝形的模型7的效率提升最高,提升了4.8%,非对称切割前缘为圆形、尾缘为背面半切割的模型14效率提升了5.4%;无切割模型内部流线紊乱且内部相对速度高的区域较多,非对称切割的模型14叶轮内部流线分布均匀且相对速度值和分布区域减小;相对于无切割模型,切割后的模型内部压力升高,对称切割的模型7压力脉动减小了10%,而非对称切割的模型14压力脉动强度增加了近30%;切割后的模型湍动能分布明显改善,尾缘处湍动能值减小,对称切割的模型7湍动能随时间变化而变化不大,表现更稳定。综合不同切割模型的外特性及稳定性表现可知,将前缘切割为椭圆、尾缘切割为钝形,能有效提升离心泵的性能。

三配流窗口轴向柱塞泵非死点过渡区特性研究

三配流窗口轴向柱塞泵有效地解决了在泵控单出杆液压缸两腔流量不同造成的不配对问题。但是三配流窗口轴向柱塞泵中的非死点过渡区存在流量脉动和压力冲击问题,针对此问题提出在非死点过渡区和上死点过渡区开设阻尼孔,两个阻尼孔通过孔道连接,平衡非死点过渡区与上死点过渡区压力。根据配流面积函数,在AMEsim软件里面搭建柱塞泵模型,仿真有无阻尼孔,开设阻尼孔的大小和位置等参数对柱塞泵的流量和压力的影响,确定出合适的配流盘结构。结果表明,开设阻尼孔油道可以减小过渡区压力变化梯度,降低柱塞泵在过渡区的压力冲击和流量脉动,同时减小泄漏和油液压缩耗能,提高容积效率。

交变配流泵的旋转配流盘减振结构设计与参数影响研究

为解决交变配流泵在连续旋转时柱塞与旋转配流盘的相对相位持续变化引起的输出流量脉动较大而导致的泵剧烈振动的问题,课题组设计了三角阻尼槽式的旋转配流盘减振结构。建立了减振结构过流面积模型,利用AMESim搭建了包含旋转配流盘减振结构的交变配流泵仿真模型;基于仿真模型,分析了三角阻尼槽的圆周角、宽度角和深度角等结构参数对流量脉动的影响规律,形成了交变配流泵的旋转配流盘减振结构优化设计方案。结果表明:在旋转配流盘过渡区域增设三角阻尼槽可以显著降低流量脉动,当三角阻尼槽结构参数为圆周角21°、宽度角100°、深度角16°时交变配流泵流量脉动率为31.4%。该研究为交变配流泵旋转配流盘的减振结构设计及其参数选取提供了参考。

三油口轴向柱塞泵的结构设计与特性分析

针对泵控差动缸的流量不对称问题,研究具有3个配流窗口的轴向柱塞泵的非对称配流原理,并基于此原理利用剩余压紧力设计新型配流盘结构,通过PumpLinx仿真与实验验证相结合的方法对泵的性能进行研究,分析过渡区结构对柱塞泵压力、流量特性的影响。在实验台上对不同工况下泵的压力、流量和噪声等基本特性进行测试,验证了新结构的合理性。新型配流方案不仅能补偿差动缸的流量差,还能输出2种不同的压力、流量,实现了液压泵直接控制差动缸的理想效果。

固-液-温耦合作用下油液特性对大排量柱塞泵流量脉动的影响

挖掘机、盾构机等大型工程机械工作过程中,由于工况复杂、环境多变,其液压系统动力元件大排量柱塞泵相较于常规柱塞泵存在更大的液压冲击,进而引起较大的流量脉动与压力脉动。为降低大排量柱塞泵在挖掘、盾构等工况下的流量、压力脉动,减小油液介质对下游元件的冲击损坏,以及为选择油液介质方法提供理论指导,文中搭建了基于温度场影响的油液动力黏度、密度与体积弹性模量数学模型,在此基础上建立固-液-温耦合作用的柱塞泵数学模型;并使用ADAMS、AMESim软件完成固-液-温耦合作用下750 mL/r柱塞泵联合仿真,得到不同温度影响下柱塞泵流量脉动与压力脉动变化规律;通过整泵试验探究油液温度对柱塞泵压力脉动的影响规律,验证了750 mL/r柱塞泵固-液-温耦合联合仿真模型的正确性。针对油液的3种特性,分别使用正交试验法与单因素分析法考量其对柱塞泵流量脉动率的影响程度和规律。结果表明:柱塞泵出口流量脉动、压力脉动随温度的升高而增大;在设定工况下,油液体积弹性模量对流量脉动率影响占比为97.19%,密度占比为2.03%,动力黏度占比为0.78%;为降低油液特性对柱塞泵出口脉动率的影响,应选择体积弹性模量较大且密度较小的液压油。

AUG浮力调节系统微型轴向柱塞泵的设计与仿真

为了满足AUG低能耗、长续航和高控制精度的要求,其浮力调节系统一般由柱塞泵驱动。针对该设计需求设计一款采用联合配流方式的新型微型轴向柱塞泵,其排量0.03 mL/r,额定工作压力25 MPa。利用AMESim软件建立仿真模型。仿真结果表明:所设计的AUG浮力调节系统用微型轴向柱塞泵在额定工作条件下容积效率可达到96%,且质量仅为100.2 g,具有较好的工程应用前景。

基于摩擦配副变形的轴向柱塞泵配流副流固热耦合影响因素分析

通过考虑轴向柱塞泵配流盘摩擦配副的缸体和配流盘耦合变形,建立了配流副的热流固多场耦合仿真分析模型。用有限元法求解模型中的柱塞流道压力场和温度场以及配副耦合热变形,其结果能够可视化地实时观测在整泵运动过程中两配副表面不同的温度和变形动态分布过程,从而揭示出多因素对其表面油液润滑特性的影响规律,并指出各因素的影响的权重。结果表明:配流副油液的压力和温度与配副两表面的热弹性变形量的具有耦合交互影响,在轴向柱塞泵的配流副高压压油区,由于压力较大,此区域结构变形和温度分布较大。不同工况条件下,压力和转速的提高,会导致结构的应力变形和温度分布成正相比。压力对变形和温度的影响权重均大于60%,明显大于速度的影响,压力对其起着决定性作用。

变流量轴向柱塞泵性能优化

变流量轴向柱塞泵输出流量的稳定性是衡量其性能的重要指标,配流盘上的节流槽对流量脉动有重大影响,流量脉动又会引起压力脉动。为减小变流量轴向柱塞泵的流量脉动,利用AMESim建立变流量轴向柱塞泵模型,给出节流槽过流面积计算公式,利用MATLAB绘制节流槽过流面积图,在柱塞子模型中导入数值进行仿真分析。分析发现:在柱塞腔刚与压油腔连通时,流量倒灌现象与过流面积成正相关;随着柱塞腔继续转动,流量脉动与过流面积成负相关。根据该研究设计一种V-梯形节流槽,有效提高变流量轴向柱塞泵性能。

轴向柱塞泵流体噪声的研究现状

压力冲击和流量脉动是柱塞泵流体噪声研究的两个关键内容,通过对国内外学者在该领域的研究情况进行总结归纳,发现该领域的研究主要围绕着实现对柱塞腔压力特性的数学建模和优化以及柱塞腔压力冲击和泵出口流量脉动的试验测试方法展开,分析他们各自的研究方法以及研究中存在的优势和不足。对柱塞腔压力特性进行数学建模分析,对几条主要影响因素包括:油液可压缩性、节流效应、柱塞的运动特性、间隙泄漏、油液惯性以及含气量对弹性模量影响等进行理论分析,并提出动态模型的建模思路。此外,对流量脉动的测试原理进行数学分析;对现有的七种典型的流量脉动测试方法进行归纳整理,对相应的试验台结构特点如管道、传感器安装位置、传感器性能要求、加载装置、信号采集和分析系统等特点进行说明;对今后流体噪声的研究方向和发展趋势做出预测。

大型轴流泵装置模型试验的压力脉动

为了研究轴流泵内部压力脉动在不同叶片安放角度和扬程下的变化规律及特性,结合南水北调某新建泵站,采用物理模型试验方法,在叶轮进口、叶轮出口和出水流道壁面上布置了3个压力脉动测点,通过改变模型泵的扬程进行试验,采集了转轮模型叶片安放角为±4°及0°的压力脉动信号,并进行了幅值和频谱分析.结果表明,叶轮进口处比叶轮出口处压力脉动大;随着叶片安放角度的增大,3个测点的压力脉动均有所增加,但在叶轮进口和叶轮出口,增加幅度不大.在小扬程工况下,压力脉动的频率值仍以叶片通过频率为主;在高扬程工况下,低于1倍叶片通过频率的低频脉动会随着流量的减小,幅值越来越大,并占据主导地位.

轴向柱塞泵的流量脉动

通过对轴向柱塞泵实际排液状况的分析,经过严格的数学推演,本文得出了有关轴向柱塞泵流量脉动的结论:偶数柱塞泵优于奇数柱塞泵,流量脉动频率与柱塞的奇偶性无关。

轴向柱塞泵非止点配流窗口过渡区压力脉动特性分析

为能用单台泵直接闭式控制差动缸运动,把轴向柱塞泵的吸油配流窗口改为两个独立的窗口,一个连接差动液压缸的有杆腔,另一个连接低压油箱,用于平衡差动缸的面积比,但柱塞通过这两个配流窗口之间的过渡区时,因处于泵的非止点位置,柱塞腔容积变化较大,引起大的流量和压力变化,产生大的噪声,为了减小其影响,需要对柱塞通过此过渡区域的特性进行分析。为此,采用仿真软件SimulationX,建立柱塞通过配流窗口的仿真计算模型,对单个柱塞腔内部以及泵输出油口压力和流量动态过程进行仿真,综合运用减震三角槽、阻尼孔和等效预压缩角三种措施,减小泵的流量和压力脉动。通过仿真计算,确定出合理的配流盘结构参数。在此基础上,进一步制造出样机,对泵的压力脉动特性进行试验测试,验证仿真结果及设计参数的正确性。研究工作丰富了柱塞泵的类型。

基于串联式轴向柱塞泵转位角降噪方法仿真

提出基于串联式轴向柱塞泵转位角的降噪方案.建立轴向柱塞泵理论模型以分析轴向柱塞泵噪声的产生机理,对比仿真结果和从流量脉动测试试验台测试得到的实验结果,表明理论模型具有高精度.分析转位角对轴向柱塞泵出口流量脉动率、出口流量及斜盘转矩脉动幅值的影响.通过优化转位角,使其降低轴向柱塞泵噪声激振源强度达到效果最佳.分析轴向柱塞泵负载压力和工作转速对基于串联式轴向柱塞泵转位角的降噪效果的影响.研究结果表明,由于2个转子结构的激振源波形具有固定相位差,在波形叠加时产生平均效应,与同排量传统单轴向柱塞泵相比,具有转位角的串联式轴向柱塞泵的出口流量脉动降低55%以上、斜盘转矩脉动降低65%以上,且降噪效果受工作参数的影响相对较小.在激振源强度大幅度降低的同时,轴向柱塞泵的功率密度基本上不受影响.