基于空化特性的高速轴向柱塞泵配流盘优化设计

以某型号高速轴向柱塞泵为研究对象，搭建其带空化模块的CFD数值仿真模型，并以此为基础，对柱塞泵在旋转过程中的空化情况进行分析。结果表明：空化主要发生在柱塞腔内，充液率不足及射流角过大是发生空化的主要原因。针对空化的产生机制，利用仿真数据与理论数据相结合的方法，对配流盘开口角度进行优化。根据流场情况，提出一种两端具有一定斜度的配流盘结构，并对该结构进行优化。在配流盘开口角度和结构优化后，柱塞腔内的整体空化程度下降了74.2%，对空化具有明显的抑制效果。     

高速轴向柱塞泵空化机制研究与优化

为降低高速轴向柱塞的空化程度,以某型号轴向柱塞泵为例,利用Pumplinx软件搭建CFD仿真模型,探究不同转速与不同吸油口压力对泵空化程度的影响,并结合MATLAB软件对离散的仿真结果进行拟合,得到转速、吸油口压力与吸油效率的变化规律曲线。研究结果表明：当柱塞腔内气体体积达到12% 以上,柱塞泵吸油效率下降甚至无法吸油;通过提高吸油口压力可以有效降低柱塞腔的空化程度,提高柱塞泵吸油效率;为了保证泵在5 000~6 000 r/min下能够正常吸油且有较高的吸油效率,可以使吸油口压力值介于0.25~0.30 MPa之间,此时柱塞腔空化程度和吸油效率均达到相对稳定。     

并联轴向柱塞泵过渡区域脉动特性分析

并联轴向柱塞泵具有结构简单、能效高的特点,但柱塞泵内部结构配流盘排油单边腰型槽拥有双配流窗口,柱塞在经过配流窗口进行吸排油转换时,柱塞腔内闭死容积及通流面积的变化会产生较大的压力冲击和噪声,影响并联轴向柱塞泵的使用寿命和系统的稳定性.针对该问题,理论分析了柱塞泵运动学关系、配流盘配流面积等,利用多学科软件AMESIM建立了单柱塞模型,在此基础上构建整泵仿真模型.通过对单柱塞模型偏转角度和阻尼槽深度角进行分析,优化过渡区域几何关系,得到偏转角为7°,阻尼槽深为6°,该配流结构最为合理.进一步搭建试验台,对整泵的压力脉动进行试验验证,验证了模型的准确性,并得到随着负载压力的增大,输出压力脉动变大.     

轴向柱塞泵球面配流副可靠性评估

球面配流副结构紧凑、承载面积大、抗倾覆力矩能力强，是高压大流量柱塞泵常用结构之一，其可靠性评估是柱塞泵可靠性的关键部分。提出一种对柱塞具有一定倾斜角度的球面配流副的疲劳裂纹和磨损退化的可靠性评估方法。建立球面配流副油膜的分布模型，获得内外密封带的压力表达式，实现配流副的受力分析。通过球面配流副ANSYS仿真模型并分析缸体薄弱环节，基于Miner准则对缸体进行疲劳可靠性分析。基于逆高斯理论计算球面配流副的磨损可靠度。最后将疲劳可靠性和磨损可靠性相结合，研究其整体可靠性。研究结果表明：柱塞倾斜的轴向柱塞泵的球面配流副的最薄弱环节为高低压腔孔交界的尖角处，在给定的应力条件下，存活率为50%时，该设备的最低循环次数为4.839×109次，缸体寿命为31 839.52 h；整体应力循环次数的数量级与疲劳和磨损可靠性中循环次数数量级较低的一致，因此在多种可靠性相结合时，整体可靠性降低。     

直柱塞/斜柱塞轴向柱塞泵的对比分析

针对柱塞泵结构不同,通过计算和MATLAB仿真,对斜柱塞泵和直柱塞泵在定量工况下结构尺寸、几何排量、流量脉动等展开研究。结果表明:在同等条件下,直柱塞泵与斜柱塞泵相比流量脉动情况稍好。斜柱塞泵与直柱塞泵相比有它自身的优点:柱塞位移增大、缸体径向尺寸变小、泵有更大的排量和更小的体积,柱塞离心分力有助于柱塞回程,能有效提高泵的吸油压力。     

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。     

槽腔结合配流的柱塞泵数字化建模与仿真

以某型号带预升压槽和预压缩腔结构的柱塞泵为对象,进行数字化建模与仿真。针对柱塞泵机液耦合问题,考虑流体的可压缩性,利用AMESim建立整个柱塞泵数字化模型。分别在柱塞流量子模型和柱塞配流子模型中引入相对节流面积值,并通过分段函数进行控制,从而实现柱塞副、配流副、滑靴副泄漏以及槽腔结合结构配流的数字化。通过对整个柱塞泵的模拟仿真,分析槽腔结构参数对柱塞泵性能的影响。搭建了柱塞泵实验平台,验证了数字化模型的正确性,为泵的结构优化提供了理论依据。     

基于双金属柱塞体的缸体轻量化设计分析

柱塞-缸体部件是航空柱塞泵功能实现的核心部件,功重比是柱塞泵的一个重要指标,高功重比是航空柱塞泵的发展趋势。针对目前航空柱塞泵中柱塞-缸体部件中缸体质量大的问题,基于双金属柱塞体,对双金属缸体进行轻量化设计。对柱塞-缸体部件进行运动学分析,获得其载荷分布;通过有限元方法,分别对单、双金属柱塞体模型及缸体轻量化设计前后模型进行强度、刚度等性能分析。结果表明：双金属柱塞体可以满足航空柱塞泵工作需求,且在保证缸体的强度、刚度条件下,轻量化设计后的缸体外圆直径减少4.4%,质量降低14.42%。     

闭式柱塞泵V形减振槽配流空化特性分析

以某型闭式高压柱塞泵为对象,建立配流盘和缸体零件的三维模型,利用PumpLinx软件进行网格划分和计算模型的选择,对采用V形槽配流结构的闭式柱塞泵进行了全流场仿真计算,分析其配流空化特征,并与耐久性试验后缸体表面的空蚀破坏情况进行对比分析,得出采用V形槽配流结构的闭式柱塞泵配流空化产生和空蚀破坏的机制。     

轴向柱塞泵配流盘对缸体的液压作用力矩稳定性分析

本文考虑了在预升、卸压过程中，轴向柱塞泵柱塞油缸腔内油液压力是渐变的情况，推导出了配流盘对缸体液压作用力矩的表达式，并依据公式进行仿真分析，找出了闭死角与液压力矩稳定性的关系。     

配流气蚀对高压柱塞泵容积效率影响的试验研究

为减小配流冲击,高压柱塞泵的柱塞腔在过渡过程中必须通过机械闭死压缩、膨胀和减振槽引油共同作用来实现预升压和预卸压。此过程中,减振槽的两端均作用较大变化的压差,槽中的油液产生较大速度的压差流,导致出现低压区,形成气穴,气泡破裂时产生气蚀,破坏配流盘和缸体表面,大幅降低泵的容积效率。进行耐久性试验,研究配流气蚀破坏的特征和容积效率的变化。结果表明：在现有配流结构下,配流气蚀严重,耐久性试验仅开展了600 h,缸体表面已出现严重的气蚀破坏,导致泵的容积效率大幅下降。为提高泵的耐久性和提高容积效率,必须研究抗气蚀配流结构以减小配流副表面的配流气蚀破坏。     

基于AMESim的单缸轴向约束活塞液压发动机流量脉动研究

单缸轴向约束活塞液压发动机作为一种新型的双元动力源,通过活塞销与柱塞的直接连接和保留传统发动机的曲柄连杆机构,使其可以同时输出液压能和旋转机械能,而且在机-液能量转化上,缩短动力传递链,减小能量损失,但是单缸发动机工作存在不稳定性,容易引起输出高压油的流量脉动较大。通过AMESim仿真软件搭建单缸轴向约束活塞液压发动机机-液工作仿真模型,对机-液动力传递链中的柱塞运动特性、泵腔流量特性、输出液压油脉动特性进行研究,仿真结果表明：柱塞运动以及泵腔的流量特性满足液压发动机设计要求,通过蓄能器的合理选用使输出液压油流量脉动得到较大改善。     

轴向柱塞泵配流盘非死点过渡区特性优化

针对三配流窗口非对称轴向柱塞泵在非死点过渡区配流转换产生较大的流量和压力冲击问题,提出一种采用额外油道将非死点过渡区高压油预泄至上死点过渡区的新型配流盘结构,不仅可降低流量脉动和压力冲击,而且过渡区高压油液得到再利用,提高液压泵能效。首先设计新型配流盘结构,理论分析了新型配流盘工作原理,并建立基于新型配流盘的非对称轴向柱塞泵仿真模型,分析油道半径和分布位置对轴向柱塞泵流量脉动的影响,研究不同负载情况下新型配流盘结构的有效性。结果表明：该方案能对非死点过渡区柱塞起到预降压作用,对上死点过渡区柱塞起到预升压作用;当油孔半径为065 mm,分布位置为8°和88°时,轴向柱塞泵性能最优。     

基于AMESim的工程机械用斜盘式轴向柱塞马达变速特性分析

为适应不同负载的需要,轴向柱塞马达在工作时需不断进行高、低速之间的转换,在高、低速转换过程中产生的冲击力可能会造成滑靴脱落、柱塞卡死和压盘断裂等一系列问题,因此需要对马达的变速特性进行分析。以某公司5.0×105 N挖掘机用轴向柱塞马达为例,利用AMESim软件搭建了柱塞马达的液压控制模型,通过阶跃信号模拟变速过程,研究斜盘角度变化过程中柱塞腔中的压力变化规律。从改变斜盘转换的频率和柱塞滑靴组件不同响应时间两个方面分析柱塞腔压力变化情况,并分析了不同压力下柱塞的应力应变。通过分析可知：柱塞滑靴组件最优响应时间为0.17 s,当响应时间大于0.17 s时斜盘转换频率对柱塞腔压力影响不大;高低速转换时响应时间过快是导致柱塞卡滞在缸孔内的主要原因之一。     

滑靴裙部外偏角对其收口特性影响规律研究北大核心

斜盘式轴向柱塞泵工作过程中,滑靴与柱塞球头配合副需转动灵活、无紧涩、无阻滞且具备一定的拉脱力和转动摆角,其滑靴收口工艺是关键。利用DEFORM建立滑靴压合模具仿真模型,分析滑靴裙部在压合过程中的变形及应力特性曲线,揭示不同滑靴裙部外偏角对其收口特性的影响规律。结果表明:滑靴裙部外偏角对压合工艺影响较大,以F3V112DT型号泵为例,滑靴裙部外偏角越大,球头包覆材料越多,所能承受的拉脱力越大;滑靴裙部外偏角越大,柱塞径向间隙越大;当外偏角为13.5°~16.0°时,柱塞滑靴副运动特性较好。研究结果为柱塞泵滑靴压合工艺的智能数字化设计提供参考。     

水基液三螺杆泵动态数值分析

为开发输送水基抗燃液压液的三螺杆泵,测量了水乙二醇难燃液压液黏温特性曲线,建立了三螺杆泵三维模型,进行了CFD数值分析和试验验证。CFD仿真计算时,为避免网格数量过多或出现负体积而无法保证实际啮合间隙问题,采用SCORG软件对泵内流道进行了共形结构网格的划分,并结合Pumplinx软件进行数据后处理。研究表明:采用动态数值模拟方法的仿真结果与实验结果吻合良好,并对32号液压油与水基液压液输送特性进行了对比分析,得出了主杆扭矩和泵泄漏量随液压介质温度变化关系图;水基液压液相较于滑油更容易产生气蚀,气蚀主要发生在泵进口腔,气蚀现象随着密封腔压力上升而渐减小,泵转速越高,空化气体体积分数越大;泵出口压力越小,空化气体体积分数也越大,随着出口压力的增加,转速对空化气体体积分数的作用越不明显;水基液三螺杆泵工作时更容易发生油膜破损,经流固耦合分析,油膜所承受最大应力为4. 369 9 MPa。     

仿生通孔形活塞裙部耐磨性能研究

目的为了减少发动机活塞裙部磨损,提高裙部耐磨性。方法基于仿生非光滑理论,以蚯蚓体表形态为仿生原形,在LX-2V型发动机活塞裙部设计出以孔的直径、每行孔间距、孔沿圆周角度为参数的仿生通孔形结构。采用正交设计方案对不同参数的仿生通孔形活塞进行有限元热结构耦合分析。以裙部最大变形量、裙部变形范围、裙部对称中心线上点与一侧点的应力差值作为评价活塞裙部耐磨性的标准,优选出模拟分析中耐磨性能良好的三个仿生活塞,并与标准活塞同时进行发动机台架磨损试验。结果合理的仿生通孔形结构可以有效减少活塞裙部磨损,提高裙部耐磨性。相对于标准活塞,当仿生活塞孔的直径为5 mm、每行孔的间距为6.5 mm、孔沿圆周角度为16°时,其耐磨性最大提高49%。结论过小的裙部最大变形量、过大的裙部变形范围,均不利于活塞裙部与缸套之间油膜的形成与保持,从而使活塞裙部磨损加剧。结合活塞裙部粗糙度值分析可知,合理的仿生通孔形结构可以优化裙部表面所受摩擦力,是进一步降低活塞裙部所受磨损的重要原因。