面向风力发电的径向柱塞泵的建模与仿真

低速大功率径向柱塞泵是风电液压增速系统的核心部件之一,柱塞腔内的压力瞬变规律和柱塞泵出口流量脉动规律的分析是风电变速恒频控制的基础。泵工作过程中存在的机液耦合现象,使泵的压力和流量变化规律难以识别。针对泵工作过程中存在的机液耦合现象,对低速大功率径向柱塞泵的工作原理和结构形式进行研究。基于柱塞泵运动构件的力学分析和流体压缩特性,在MATLAB中建立柱塞泵的机液耦合仿真模型。通过模型的数值求解,得到柱塞腔内压力、泵进出口流量、泵主轴转矩脉动等因素的变化规律。该机液耦合仿真模型的数值结果,为液压式风力机的变速恒频控制提供参考。     

单柱塞泵流量压力输出特性研究

现有的柱塞泵一般采用1个缸体同时集成多个柱塞,多个柱塞通过缸体耦合在一起,不能独立控制,多个柱塞只能按某特定规律运动,共同完成吸油和排油。在工作中,存在高效区域无法随负载动态调整和单液压泵不能同时输出多级压力匹配不同负载需求的缺点,为此提出一种矩阵式多单柱塞泵重组液压驱动系统。针对所提出新型液压驱动系统的前期探索研究,分析单柱塞泵流量压力输出特性,在详细阐述单柱塞泵结构特点的基础上,研究了单柱塞泵的工作原理。通过AMESim建立单柱塞泵的流量压力仿真模型,分析单柱塞泵的机电液的耦合特性和流量压力输出特性,讨论蓄能器和单柱塞泵的液压耦合特性,最后通过实验研究对单柱塞泵的特性进行验证。     

轴向柱塞泵滑靴的动力学特性仿真分析

滑靴与斜盘、柱塞、回程盘之间的配合是保证柱塞泵正常工作的重要条件,滑靴的磨损失效会影响与之配合零件的正常工作。首先对A4VG125型柱塞泵滑靴进行理论受力分析,应用SimulationX建立柱塞泵的一维液压模型和三维MBS模型,仿真柱塞底部所受液压力。然后与ADAMS和ANSYS建立的柱塞泵动力学模型进行联合,完成柱塞泵的刚柔与液固耦合仿真模型。在仿真工作参数作用下,研究滑靴与斜盘、柱塞、回程盘之间摩擦副的动力学特性。结果表明:当斜盘倾角增大、主轴转速提高时,对滑靴总体的受力/力矩情况影响较大;滑靴与柱塞之间的球铰副受工作参数变化影响较为明显,受力/力矩波动较为严重。     

闭环电控变量柱塞泵的联合仿真分析

为实现液压变量泵的闭环电控并提高其控制性能,研究基于高速开关阀和嵌入式控制器的闭环电控变量柱塞泵的工作机理及控制特性.建立了基于AMESim的液压仿真模型和基于LabVIEW的控制器,采用联合仿真的方法得到了闭环电控变量柱塞泵系统对压力、流量等动态输入信号的跟随响应曲线.结果表明闭环电控变量柱塞泵实现了液压泵的闭环变量控制,极大提高了液压变量泵的控制灵活性.     

基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵动态特性分析

为开发新式高性能轴向柱塞泵,在分析柱塞泵工作原理和运动规律的基础上,采用Kane-Huston方法建立轴向柱塞泵机液耦合作用的多体力学模型,根据轴向柱塞泵流体特性及控制原理建立其液压系统模型,并构建二者实时接口连接的虚拟样机模型。建立某型号斜盘式轴向柱塞泵的虚拟样机模型并进行数值求解和仿真模拟,数值计算和仿真结果基本一致。研究柱塞泵机-液耦合作用下的运动特性,泵出口流量及压力脉动特性以及柱塞泵的流量控制特性,并研究柱塞泵相应动态特性的影响因素及其变化规律。基于虚拟样机技术的建模、仿真研究方法,能够全方位预测轴向柱塞泵的各项性能,正成为轴向柱塞泵性能研究的重要手段。     

航空柱塞泵液压关死与冲击仿真研究

为了研究柱塞泵柱塞腔内油压变化规律,避免产生液压关死与液压冲击现象,以对称偏转安装和开三角形槽结构形式的分油盘为研究对象,以AMESim仿真软件为平台,建立对应分油盘的AMESim模型。通过参数设置,对柱塞腔内压力变化进行仿真分析,与对称安装结构形式的分油盘下柱塞腔内压力仿真结果进行对比,证明对称偏转安装和开三角形槽的分油盘结构能有效避免液压关死与冲击发生。基于AMESim的仿真研究,分析灵活方便设计周期短,对于设计新型结构分油盘具有重要意义。     

多柱塞阀配流往复式容积泵流量调节策略研究

为实现多柱塞阀配流往复式容积泵的流量调节,提出一种基于进液阀在排液行程内延迟关闭原理的流量调节策略。在未考虑柱塞副泄漏效应及配流阀启闭滞后效应前提下,首先借助柱塞运动规律得到了单柱塞腔无量纲化流量方程,并以此为基础建立了单柱塞腔无量纲化瞬时排出流量与排液阀滞后开启时长间的函数关系;之后,借助多柱塞泵的各个柱塞具有相同曲轴安装角度差的结构特点,得出了三柱塞泵整泵无量纲化流量与各自排液阀滞后开启时长间的函数关系;最后,基于功率平衡原理建立了流量调节策略。该策略的核心内容是以负载压力和电机功率计算得出负载所需流量,然后再解算出排液阀所需滞后开启时长及所对应的曲轴转角。以BRW125/31.5C型三柱塞乳化液泵为原型,基于AMESim软件创建了流量调节仿真模型,仿真结果表明：随着负载压力升高,负载液压缸输入流量逐渐降低;在达到压力调节阈值后,乳化液泵需0.25 s 完成流量调节过程。可为乳化液泵的负载敏感化改进设计及面向液压支架动作过程的稳压供液技术研究提供有益借鉴。     

基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵特性分析

为了对柱塞泵特性进行研究,采用Adams软件和AMESim软件分别建立了柱塞泵动力学模型和液压系统模型,通过两者的联合仿真搭建了柱塞泵虚拟样机仿真模型。通过实验数据验证了仿真模型的正确性,分析了柱塞泵在不同转速下的动力学特性以及斜盘倾角对压力脉动的影响。     

径向柱塞泵完全恒功率变量机构的设计

结合机构学与液压压力反馈原理设计了一种新型机液伺服变量机构,用来实现对径向柱塞泵的完全恒功率变量控制。并建立系统数学模型,进行了动态分析,使用Matlab软件中的Simulink工具进行了计算机仿真,结果表明动态性能良好。     

油液体积弹性模量对柱塞泵转速波动影响机理的仿真分析

为了研究油液体积弹性模量对轴向柱塞泵动力源输入端转速波动程度的作用规律,以机电液系统多能域耦合软件AMEsim为仿真平台,建立了轴向柱塞泵的动力学仿真模型,在综合考虑油液有效体积弹性模量影响的基础上,研究了油液的含气量、温度、压力与泵端转速波动之间的关系。仿真结果表明:随着油液含气量的增大、温度的升高以及负载压力的降低,油液的体积弹性模量减小,使得泵端转速波动程度增大。为开展轴向柱塞泵的故障诊断、状态监测以及以液压系统的性能退化机理等方面的研究提供了新的研究思路。     

液压管网压力脉动的仿真研究

液压系统中存在的压力脉动影响系统工作性能。运用流体网络理论,分析压力阀支路、终端封闭串联分支管路的动态特性传输方程,采用传递矩阵法建立液压管网压力-流量传递函数模型。应用MATLAB软件,得到液压管网在模拟柱塞泵流量脉动输入信号激励下的压力脉动曲线,并与液压振动测试实验台实测结果进行对比。结果表明：仿真模型具有一定的准确性,频谱分析与实测结果一致,脉动幅值误差率为3.8%。     

恒压变量斜轴泵联合仿真模型及特性分析

恒压斜轴式变量泵排量大，压力高，广泛应用于工程机械、冶金机械、矿山机械和船舶等的液压系统中。其基本原理是通过设定先导比例溢流阀压力，缸体摆角自动调节，使泵出口压力与先导溢流阀设定值相同。在理论分析的基础上，采用SmulationX软件，构建了变量泵液压与机械的联合仿真模型，对比例变量恒压柱塞泵静态及动态输出压力流量特性进行分析，研究变量弹簧对动态特性的影响。仿真结果表明：恒压变量泵压力和流量特性稳定，变量弹簧刚度越大，恒压泵响应越快。该研究可为高性能液压泵元件的设计提供指导。     

超高压斜盘式轴向柱塞泵柱塞副摩擦界面油膜固液耦合作用特性研究

作为液压传动系统核心动力元件的轴向柱塞泵,超高压化是其必然发展趋势与要求,然而超高压化会造成其中关键的柱塞副摩擦界面油膜形成显著的固液耦合作用,对柱塞副油膜的摩擦润滑与密封承载性能产生规律尚不明确的影响。为此,建立一种基于变形矩阵法的固液耦合作用求解方法,该方法基于有限容积法解算油膜流体润滑方程,基于有限元法实现摩擦界面变形计算节点规则化设置及变形矩阵精准计算,在此基础上建立柱塞副油膜弹性流体动压润滑数值计算模型,针对采用软硬配对的柱塞副63 MPa超高压工况下的摩擦界面油膜固液耦合作用特性进行研究,结果表明：固液耦合作用有助于减小柱塞副处轴向黏性摩擦力和泄漏流量,一个周期内柱塞副总周向黏性摩擦力大小基本不变但分布更为集中,导致产生了更大峰值的瞬时摩擦力;显著的结构变形产生于柱塞副摩擦界面两端局部位置处,因而对泄漏流量不造成影响,在超高压工况下经过软硬配对跑合,固液耦合作用有助于原本标准柱形铜套孔形成类似“喇叭口”的一种微观形貌,增大了柱塞与铜套孔的接触面积,增强了密封超高压油的能力,降低了接触应力。建立的模型及研究结果可为轴向柱塞泵超高压化设计提供指导。     

基于气液转换器的气动汽车动力系统能效优化

随着能源和环境问题日益严重,基于气液转换器的气动汽车逐渐被关注。然而,以压缩空气为动力来源的气液转换器在工作时能量效率低下,直接影响了气动汽车的发展。设计了一种驱动气动汽车的气液转换器系统,建立数学模型,对气液转换器的工作过程进行仿真,分析了关键结构参数对该系统能效的影响。并搭建基于此气液转换器的汽车动力系统实验平台进行验证,得到优化系统能效的方法,结果表明：当输入压力在0.5~0.55 MPa之间变动时,或者活塞的有效面积比为4~6之间,系统的效率将会超过30%。活塞行程对效率的影响小,随着活塞行程的变化,效率保持在30%几乎不变;活塞行程对输出功率影响大,活塞行程增加时,输出功率下降;输入压力和活塞有效面积比增加时,输出功率也会增加。结果表明：为气液转换器的结构设计和性能优化提供了依据。     

基于润滑机理的智能液压元件本体性能预测方法

以液压泵为例,以其最为薄弱的环节--滑靴副为研究对象,并以滑靴磨损作为性能退化原因,结合滑靴磨损数学描述方程、泄漏流量公式和柱塞腔压力瞬时变化模型,建立了滑靴磨损过程的油膜润滑特性方程组;揭示了液压泵性能失稳失效机理,计算了失稳和失效临界点;对液压泵性能退化状态进行区域划分,分析液压泵不同状态下滑靴磨损量与油膜润滑特性参数及性能退化参数的变化规律,建立了性能预测模型;通过仿真分析验证理论模型的正确性,通过液压泵性能测试试验验证预测模型的有效性和预测精度,结果表明,所构建的模型能够精确预测液压泵性能。     

高压轴向柱塞泵滑靴副性能测试液压

为了测量35 MPa高压轴向变量柱塞泵滑靴副的油膜性能参数,需研制一套滑靴副性能测试液压系统。针对35 MPa的高压工作环境,设计出了一种高压轴向变量柱塞泵滑靴副性能测试液压系统,并建立了其AMESim仿真模型。通过仿真分析,得知该液压系统的卸压能满足工作要求,其卸荷性能良好,而且无论是卸压还是卸荷过程,液压冲击均得到有效的抑制,因而,该液压系统能够满足泵在35 MPa高压工况下平稳运行的要求,从而为提高35 MPa高压轴向变量柱塞泵滑靴副的油膜性能提供了前提保障。     

Flow Ripple of Axial Piston Pump with Computational Fluid Dynamic Simulation Using Compressible Hydraulic Oil

The flow ripple, which is the source of noise in an axial piston pump, is widely studied today with the computational fluid dynamic(CFD) technology development. In the traditional CFD modeling, the fluid compressibility, which strongly influences the accuracy of the flow ripple simulation results, is often neglected. So a compressible sub-model was added with user defined function(UDF) in the CFD model to predict the flow ripple. At the same time, a test rig of flow ripple was built to study the validity of simulation. The flow ripple of pump was tested with different working parameters, including the rotation speed and the working pressure. The comparisons with experimental results show that the validity of the CFD model with compressible hydraulic oil is acceptable in analyzing the flow ripple characteristics. In this paper, the improved CFD model increases the accuracy of flow ripple rate to about one-magnitude order. Therefore, the compressible model of hydraulic oil is necessary in the flow ripple investigation of CFD simulation. The compressibility of hydraulic oil has significant effect on flow ripple, and the compression ripple takes about 88% of the total flow ripple of pump. Leakage ripple has the lowest proportion of about 4%, and geometrical ripple leakage ripple takes the remnant 8%. Besides, the influence of working parameters was investigated through the CFD simulations and experimental measurements. Comparison results show that the amplitude of flow ripple grows with the increasing of rotation speed and working pressure, and the flow ripple rate is independent of the rotation speed. However, flow ripple rate of piston pump grows with the increasing of working pressure, because the leakage ripple will increase with the pressure growing. The investigation on flow ripple of an axial piston pump using compressible hydraulic oil provides a more validity simulation model for the CFD analyzing and is beneficial to further understanding of the flow ripple characteristics in an axial piston pump.     

提高汽车ESP系统液压控制单元柱塞泵效率的仿真研究

柱塞泵是汽车ESP(Electronic Stability Program)系统液压控制单元（Hydraulic Control Unit,HCU）的关键部件之一,其泵油能力直接影响液压控制单元对控制指令的执行力度,在ESP系统不同工作模式下都起到重要作用,因此需要深入分析柱塞泵的结构和参数,以提高其泵油效率。本文根据柱塞泵径向单柱塞的结构特点推导出其数学模型,采用 AMESim的液压元件设计功能建立其详细的仿真模型,并经过了试验验证。通过仿真得出泵吸油阀和压油阀能否及时配合柱塞腔的体积变化对泵的工作有着重要影响。在此基础上,进一步深入分析影响柱塞泵效率的几个关键参数,为泵的设计开发提供参考依据。