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多排式轴向柱塞泵的关键技术研究及动态仿真

方建忠  
【摘要】: 轴向柱塞泵随着液压技术的不断进步,水介质的推广应用而备受关注。然而,当前采用轴向柱塞泵和马达的液压系统中,为实现流量的调节通常采用节流阀或变量等形式,由于其流量调节的幅度有限、调速范围小及变速时须改变流量而造成功率浪费等限制,导致在系统供油量不变的情况下无法实现低速大排量、恒功率变速等功能。针对上述矛盾,重庆大学李世六老师提出了多排式轴向柱塞泵的概念,并设计出原理样机。多排式轴向柱塞泵在斜盘变量的基础上,通过增加工作柱塞排数对系统进行二次变量,不仅拓宽了变量范围,而且它能在系统供油量不变的情况下通过控制多排柱塞的组合有效地实现低速大排量和恒功率变速等功能。但是多排式轴向柱塞泵是一个结构全新的型式,它的设计较单排式更为复杂,各主要零部件自身的设计存在独立与关联相交织,零部件之间的设计也存在独立与关联相交织。因此,在保证系统性能的前提下,如何有效的降低缸体质量、避免柱塞卡缸现象、脱靴现象和合理设计配流副的参数,有效平衡倾覆力矩等关键技术是多排式轴向柱塞泵能否成功应用于液压系统的关键所在。 本文在总结国内外单排式轴向柱塞泵研究成果的基础上,根据多排式轴向柱塞泵的原理和特点,利用现代设计方法,以双排式轴向柱塞泵为例,研究多排式轴向柱塞泵在缸体优化、避免柱塞卡缸现象和脱靴现象、配流副参数设计等方面的关键技术,推导出多排式轴向柱塞泵在结构设计、摩擦与润滑、控制泄漏等方面的设计公式,并对多排式轴向柱塞泵进行机构的动态仿真和流体的动力特性研究,为多排式轴向柱塞泵的设计奠定了理论基础。本文的主要研究工作如下: ①对缸体的结构模型进行分析,建立了双排式轴向柱塞泵缸体的数学模型,以降低缸体质量为目标,缸体结构的限制为边界条件,缸体强度、刚度和缸体与柱塞之间的接触强度等条件为约束条件,对缸体进行了结构优化; ②针对柱塞卡缸的问题,利用静压和油液薄膜理论,提出了四支撑双阻尼孔的静压支撑方式,并引入多支撑双阻尼孔式柱塞副的泄漏系数,推导出多排式轴向柱塞泵柱塞的设计公式,对双排式轴向柱塞泵的双排柱塞进行了结构设计。并在四支撑双阻尼静压方式基础上,对柱塞副的间隙进行了优化设计; ③应用静压支撑理论对滑靴进行设计,并针对多排式轴向柱塞泵的脱靴问题,提出减力系数的概念对中心弹簧预压力进行了设计; ④根据多排式轴向柱塞泵配流盘配流的特点,设计出阻尼孔型的防冲击配流盘,在中心弹簧预压力的设计基础上对配流盘的辅助支撑进行了设计; ⑤利用现代设计方法,建立了多排式轴向柱塞泵的物理模型,并利用虚拟样机技术对其进行了动态仿真和静动态干涉检查; ⑥针对轴向柱塞泵的空化问题,首次应用泵用软件pumplinx对多排式轴向柱塞泵进行了流体动力特性分析,根据分析结果,提出了曲面型左端盖等措施,有效的解决了空化问题,为多排式轴向柱塞泵的结构设计提供了有益的参考。


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