水压轴向柱塞泵的特性研究与分析

【摘要】：近年来发展起来的水压驱动，以水为工作介质实现动力的传递。水压驱动系统既保持了油压传动传递动力大、效率高和元件体积小的优点，又兼有环保的积极作用。在水压传动中，需要解决的核心问题是元件。由于水介质的低粘度，使得水压传动关键元件的水压泵泄漏大、寿命低，以水压轴向柱塞泵为代表的中高压水压传动泵的开发极其关键，也具有较大难度。 摩擦副的工作状况是水压泵设计中的关键，对泵的性能和寿命有着重要的影响。水的低粘度使得水介质润滑性差，造成水压泵摩擦副磨损严重，而水静压支承是解决该问题除从材料上采取措施外的一个有效方法。本文结合水压轴向柱塞泵的特点，研究分析了现有油压泵配流副静压支承的原理、结构及设计方法，提出连续供水型静压支承是水压轴向端面配流柱塞泵比较适宜的静压支承型式；基于阻尼槽和压力平衡槽的流量连续方程和缸体的运动方程，得到了连续供水型配流副静压支承的动态数学模型，并提出了配流副静压支承结构参数的优化设计方法。 论文基于提出的水压轴向柱塞泵配流副静压支承模型，对一水压泵配流副的结构参数进行了设计，以此为基础，分析了静动态模型的差异，并指出配流副静压支承结构设计必须考虑阻尼减压槽的影响。算例表明，采用静态模型来进行配流副静压支承结构的设计可以满足要求。另外，由于水的粘度很小，配流副的水膜功率损失主要取决于泄漏功率损失，致使因水的粘度而引起的摩擦损失功率很小，较泄漏功率损失而言可忽略。 论文通过配流副静压支承性能的仿真，从泵的工作压力、水温和静压支承结构参数三个方面，对配流副的水膜厚度和功率损失率进行了讨论。计算结果表明，按照额定工况设计的配流副静压支承结构，可以满足载荷变化的要求，但对于载荷变化范围较大的水压泵，必须考虑最小载荷时的最小水膜厚度对对偶副表面的加工要求。水温的变化对配流副水膜厚度影响较小，在考虑水膜厚度时可以忽略，但随着水温的增加，会造成配流副功率损失的增加。由于压力平衡槽的内外密封带的尺寸对配流副的最小水膜厚度造成影响，因此在加工条件一定的情况下，确定这些参数时必须结合静压支承予以综合 第日页 西南交通大学博士研究生学位论文 考虑。 水压轴向柱塞泵配流过程中流量和压力的变化是流体噪声的主要来源。 论文运用二阶流量、压力模型，进行了泵的流量和柱塞腔中的压力仿真。从 降低配流压力脉动和压力峰值两方面来考虑降低柱塞泵流体噪声，得到了泵 的性能参数和配流盘的结构参数对噪声的影响规律。 论文利用k一紊流模型和S工MPLEST算法对水压轴向柱塞泵配流过程 中的流场进行了三维模拟，揭示了流量变化及柱塞腔和配流窗口中的流速分 布规律，并指出转速和负载压力对水压轴向柱塞泵的流量脉动有较大影响。 实验是水压元件研发的有力手段，通过高压纯水驱动实验系统的研制， 对水压系统的设计提供了一些借鉴经验。通过水压轴向柱塞泵的特性试验， 为水压泵的研发提供了参考。