Cavitation of a Submerged Jet at the Spherical Valve Plate/Cylinder Block Interface for Axial Piston Pump

The spherical valve plate/cylinder block pair has the advantages of strong overturning resistance and large bearing area.However,the configurations of the unloading and pre-boosting triangular grooves on the spherical valve plate are different from those in the planar valve plate,resulting in special cavitation phenomenon on the spherical port plate pair.In order to study cavitation characteristics of spherical port plate pair,a dynamic CFD model of the piston pump including turbulence model,cavitation model and fluid compressibility is established.A detailed UDF compilation scheme is provided for modelling of the micron-sized spherical oil film mesh,which makes up for the lack of research on the meshing of the spherical oil film.In this paper,using CFD simulation tools,from the perspectives of pressure field,velocity field and gas volume fraction change,a detailed analysis of the transient evolution of the submerged cavitation jet in a axial piston pump with spherical valve plate is carried out.The study indicates the movement direction of the cavitation cloud cluster through the cloud image and the velocity vector direction of the observation point.The sharp decrease of velocity and gas volume fraction indicates the collapse phenomenon of bubbles on the part wall surface.These discoveries verify the special erosion effect in case of the spherical valve plate/cylinder block pair.The submerged cavitation jet generated by the unloading triangular grooves distributed on the spherical valve plate not only cause denudation of the inner wall surface of the valve plate,but also cause strong impact and denudation on the lower surface of the cylinder body.Finally,the direction of the unloading triangular groove was modified to extend the distance between it and the wall surface which can effectively alleviate the erosion effect.

Health status assessment of axial piston pump under variable speed

The axial piston pump usually works under variable speed conditions.It is important to evaluate the health status of the axial piston pump under the variable speed condition.Aiming at the characteristic signals obtained under different wear levels of the port plate,a feature signal extraction method under variable speed conditions is proposed.Firstly,the combination of complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise(CEEMDAN)energy spectrum and fast spectral kurtosis principle is used to accurately extract the intrinsic mode function(IMF)component containing the sensitive information of the degraded feature.Then,the aspect ratio analysis method of the angle domain variational mode decomposition(VMD)is used to process the feature index containing the sensitive information of the degraded feature.In order to evaluate the health status of the axial piston pump under variable speed,the vibration reliability analysis method for axial piston pump based on Weibull proportional failure rate model is proposed.The experimental results show that the proposed method can accurately evaluate the health status of the axial piston pump.

Tribological Properties of Cylinder Block/Valve Plate Interface of Axial Piston Pump on the Tribometer

The tribological properties of cylinder block/valve plate is an important consideration in the design of axial piston pump.The effect of materials and heat treatment on friction and wear properties has been studied in depth.Engi-neering experiences show that the speed and load also affect the tribological properties,but these have not been systematically analyzed.The purpose of this paper is to evaluate the tribological properties of the commonly used materials(CuPb1 5Sn5 and 38CrMoAl/42CrMo)for cylinder block/valve plate with different heat treatment and con-tact pressure at different speed.During the test,tribometer is used to simulate the contact pattern between the valve plate/cylinder block in axial piston pump,the friction coefficient,wear rate and surface topography are analyzed to evaluate the tribological properties of different types of friction samples at different speed.Results indicate that:(1)contact surface of the samples at 1800 r/min is more prone to adhesive wear than those at 500 r/min;(2)in the terms of wear resistance,quench-tempered and nitrided 38CrMoAl(38CrMoAl QTN for short)is better than quench-tem-pered and nitrided 42CrMo,although they are all commonly used materials in the axial piston pump;(3)2.5 MPa is the critical contact pressure of the interface between valve plate made of 38CrMoAl QTN and cylinder block made of CuPb1 5Sn5 on the tribometer,which implies the pressure bearing area at the bottom of the cylinder block should be carefully designed;(4)the valve plate/cylinder block made of 38CrMoAl QTN/CuPb15Sn5 exhibits good tribological properties in a real axial piston pump.This research is useful for the failure analysis and structural optimization design of the valve plates/cylinder block.

Lubrication characteristics of external return spherical hinge pair of axial piston pump or motor under combined action of inclination and offset distance

External return mechanism is a mechanical structure applied to axial piston pumps.To study its lubrication characteristics,the Reynolds equation applied to an external return spherical hinge pair was deduced based on the vector equation of relative-motion velocity of the external return spherical hinge pair under the influence of external swash plate inclination and offset distance.The results show that the total friction,axial leakage flow,and maximum value of the maximum oil-film pressure increase with increasing pump-shaft speed and decrease with increasing offset distance in one working cycle when the external-swash-plate inclination is constant.However,the varying offset distance has little effect on the axial leakage flow.The maximum value of the maximum oil-film pressure decreases with increasing external-swash-plate inclination and the total leakage flow increases with increasing external-swash-plate inclination in one working cycle when the offset distance is constant.It can be seen that the abovementioned parameters are important factors that affect the lubrication characteristics of external return spherical hinge pairs.Therefore,the complex effects of different coupling parameters should be comprehensively considered in the design of the external return mechanism.

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。

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。

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。

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。

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。

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。

配流盘节流槽对斜盘力矩波动的影响

斜盘式轴向柱塞泵的振动噪声主要来源于其斜盘力矩波动、配流过程中高低压的转换、出口流量的波动等诸多因素。针对轴向柱塞泵工作时斜盘力矩脉动,基于AMESim软件结合轴向柱塞泵斜盘的力矩数学模型,建立斜盘力矩仿真模型。分析研究V形和U形结构节流槽对斜盘力矩的影响。结果表明:在柱塞腔与油腔连通的过程中,柱塞对斜盘力矩的大小与节流槽过流面积呈负相关,但其过流面积过小会配流盘节流槽的升压能力变差,从而导致轴向柱塞泵的斜盘力矩波动变大。节流槽过流面积变化会影响柱塞腔圧力,柱塞腔圧力变化会对柱塞对斜盘的力矩产生影响。结合U形槽和V形槽的优点,提出一种VU组合型配流盘节流槽,有效减小了轴向柱塞泵斜盘的力矩波动。

非对称轴向柱塞泵配流副压力脉动特性分析

为了节省功率电传系统的安装空间和重量,需要用泵直接闭环控制差动缸运动,将泵的吸油配流窗口改为2个窗口,以匹配差动缸的面积比。该结构变化导致其压力脉动增大,产生大的振动噪声,为了减小其影响,提出了一种阻尼槽-缓冲容腔-导油槽非对称配流盘结构,针对该结构开展了非对称配流流量特性的内部流场仿真分析,并通过了压力脉动特性试验验证。结果表明了非对称轴向柱塞泵的配流结构设计与仿真的合理性,实现了液压泵的新功能。

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。

基于ADAMS的斜盘式轴向柱塞泵动态特性分析

斜盘式轴向柱塞泵作为液压启闭机系统的关键动力组件,其运动特性直接关系到液压启闭机系统的整体运行特性。为分析斜盘式轴向柱塞泵的动态特性,基于ADAMS平台,根据斜盘式轴向柱塞泵的运动规律,在ADAMS中添加各类约束,实现对斜盘式轴向柱塞泵的运动学和动力学仿真分析,获取斜盘式轴向柱塞泵在不同工况下主要零部件的位移、速度和加速度特性曲线。对比分析仿真结果与理论计算规律,验证了ADAMS仿真模型的正确性,为研究和分析斜盘式轴向柱塞泵动态性能提供了一种有效的方法。

不同转速下轴向柱塞泵效率分析与研究

应用相似原理,推导出几何相似的轴向柱塞泵容积效率和机械效率的无因次变量表达式,根据已有参数计算出不同转速下泵的效率,为液压系统节能控制提供数据支持。