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液压电机泵中孔板离心泵的增压效应的研究

张继铭  
【摘要】:液压电机泵是将电动机、液压泵及孔板离心泵融合为一体的新型液压动力单元,具有结构紧凑、静音、效率高、无外泄漏等优点,液压电机泵已经成为液压动力单元的一个重要的发展方向。本文主要是对液压电机泵内部流动问题开展研究,采用理论分析、数值仿真与试验相结合的方法,对液压电机泵中孔板离心泵的增压作用进行深入分析。应用Fluent流场仿真软件对不同进油方式下的液压电机泵主泵吸油流场进行仿真计算,研究不同进油方式对孔板离心泵增压作用的影响。并在此基础上对液压电机泵内部流道进行了进一步的优化,同时对不同转速条件下的主泵吸油流场进行数值计算,获得孔板离心泵增压作用随转速变化规律。搭建液压电机泵样机测试系统,对液压电机泵的流量、转速、容积效率、噪声等进行测量,并与同规格电机油泵组实验数据进行对比分析。本论文对液压电机泵吸油流道的设计具有重要的参考价值,并对研制高效液压电机泵与改善液压泵自吸性能具有普适的指导意义。 论文的主要内容如下: 第1章,阐述了本课题的研究背景及意义;系统介绍了液压电机泵的研究及发展概况,概括并总结了本论文的主要研究内容。 第2章,对液压电机泵的内部结构进行了说明,并详细阐述了液压电机泵的工作原理;应用Fluent流场仿真软件,对不同进油方式下的液压电机泵主泵吸油流场进行仿真计算,研究不同进油方式对孔板离心泵增压作用的影响。并在此基础上对液压电机泵内部流道进行了进一步的优化,对修改后的主泵吸油流场进行仿真计算,结果表明:改进后的孔板离心泵增压作用较之改进前有了显著的提升,能够有效提高主泵吸油性能;简化了液压电机泵进油结构,有利于工作过程中的散热。 第3章,通过流场仿真软件Fluent对修改后的液压电机泵主泵吸油流场进行仿真计算,获得主泵吸油流场在不同转速下的总压分布云图并进行对比分析,得到如下结论:随着转速的不断升高,主泵吸油流场中的吸油流道负压不断增大;孔板离心泵的增压作用随转速的升高而增强;孔板离心泵出口(主泵吸油腔进口)总压分布并不均匀,出口总压的最大值可以作为评定孔板离心泵提升主泵吸油性能的指标,总压最大值随着转速的升高而升高,呈现近似线性的变化规律。孔板离心泵的增压效果随转速的升高而增强,为主泵充分供油,提高主泵的吸油性能。 第4章,搭建了液压电机泵样机性能试验系统,并应用该系统对液压电机泵与同等规格电机油泵组进行对比试验,获得了流量、转速、容积效率、压力、噪声等实验数据。通过试验可以得知:孔板离心泵可明显地促进主泵充分吸油,液压电机泵与同规格电机油泵组相比容积效率高1.25%左右;当转速低于1395r/min后,液压电机泵容积效率开始低于电机油泵组,会对主泵吸油产生不利影响,压力上升至22MPa时,液压电机泵容积效率相对降低2.7%。结合流场仿真计算结果,最终总结出了孔板离心泵增压效应的确切含义。液压电机泵噪声声级明显比电机油泵组低,当输出压力上升至16MPa时,液压电机泵噪声声级低13.5dB,噪声频谱以低频噪声为主,孔板离心泵为主泵充分供油,有效减少了因吸油不足而产生的气穴噪声。 最后,对本论文的研究工作和成果进行了总结,并展望了下一步的研究工作。


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