斜盤(pán)式柱塞泵的脈動(dòng)特性研究論文
由于柱塞泵所排出的液壓油是柱塞組依次擠出的，這種工作特點(diǎn)就決定了柱塞泵必然會(huì)存在流量脈動(dòng)特性。脈動(dòng)率過(guò)大會(huì)引起液壓系統(tǒng)較大的震蕩，造成一系列的不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞液壓元件。為此，更加細(xì)致地了解影響柱塞泵脈動(dòng)特性的各項(xiàng)因素就尤為重要了。
1 斜盤(pán)式柱塞泵模型的建立
1)斜盤(pán)及其運(yùn)動(dòng)模型的建立
將斜盤(pán)模型轉(zhuǎn)化為超級(jí)元件，此元件可以傳遞斜盤(pán)的傾角、轉(zhuǎn)速與變量機(jī)構(gòu)所需的扭矩，輸入相應(yīng)的轉(zhuǎn)速、扭矩，可以輸出此時(shí)斜盤(pán)的傾角，柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度與位移。若柱塞泵有n個(gè)柱塞，應(yīng)在n 個(gè)該元件參數(shù)中設(shè)置柱塞初始位置：0，360/n，720/n，1080/n，1440/n，……
2)柱塞模型的建立
柱塞模型如圖2所示，利用AMESim的HCD庫(kù)對(duì)柱塞進(jìn)行建模，考慮到柱塞與柱塞腔之間的間隙，采用帶泄露的閥塊進(jìn)行搭建，通過(guò)對(duì)柱塞桿施加力、速度、位移參數(shù)來(lái)完成柱塞吸油排油動(dòng)作。
3)配流模型的建立
考慮到柱塞泵在配流過(guò)程中，排油口與吸油口的開(kāi)口面積有個(gè)漸變的過(guò)程，加上三角槽的過(guò)渡作用，直接模擬該配流過(guò)程比較困難。采用2個(gè)可變節(jié)流口來(lái)模擬配流，對(duì)節(jié)流口開(kāi)口大小的控制信號(hào)。為了模擬缸體柱塞腔進(jìn)出排油口與吸油口時(shí)的過(guò)渡作用，將信號(hào)曲線設(shè)計(jì)成一定傾斜度的線段。當(dāng)輸入信號(hào)為0時(shí)，表明節(jié)流口全關(guān)，當(dāng)輸入信號(hào)為1時(shí)，表明節(jié)流口全開(kāi)。配流盤(pán)的配流模型，當(dāng)柱塞需要吸油時(shí)，節(jié)流口3打開(kāi)，節(jié)流口4關(guān)閉;當(dāng)柱塞需要排油時(shí)，節(jié)流口3關(guān)閉，節(jié)流口4關(guān)閉。
4)液壓系統(tǒng)中負(fù)載模型的建立
為了更簡(jiǎn)潔地表示出液壓系統(tǒng)中的負(fù)載模型，選用了可變節(jié)流口代替液壓系統(tǒng)的負(fù)載。
5)整體仿真模型的建立
仿真模型由7個(gè)柱塞，配流模型與斜盤(pán)及其運(yùn)動(dòng)模型組成，柱塞的運(yùn)動(dòng)速度函數(shù)為f (x,y) =sin[(π 180)x]sin[(π 180)y]式中：x 為斜盤(pán)傾角;y 為缸體轉(zhuǎn)角。
2 模型仿真與分析
在AMESim 的“Parameter mode”模式下，對(duì)模型的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，具體參數(shù)如表1所示。柱塞泵的流量脈動(dòng)率將會(huì)引起壓力脈動(dòng)率，所以說(shuō)柱塞泵的脈動(dòng)特性是系統(tǒng)中流量的不穩(wěn)定引起的。液壓泵的.實(shí)際流量q0，最大瞬時(shí)流量qmax，最小瞬時(shí)流量qmin，流量脈動(dòng)率：K=(qmax-qmin)/q01)不同節(jié)流口開(kāi)度下的脈動(dòng)特性
將液壓系統(tǒng)中節(jié)流口開(kāi)口直徑分別設(shè)置為0.25 mm、0.5 mm、0.75 mm、1 mm，其他參數(shù)不變，比較柱塞泵出口的流量特性。由仿真結(jié)果分析得出：隨著負(fù)載壓力的增加，流量脈動(dòng)率會(huì)隨之較小，但是液壓系統(tǒng)的流量響應(yīng)速度會(huì)隨之降低。對(duì)應(yīng)于不同節(jié)流口開(kāi)度，液壓系統(tǒng)的壓力特性。隨著負(fù)載壓力的增加，壓力曲線的震蕩幅值會(huì)增大，可能會(huì)影響液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，造成嚴(yán)重后果。
2)不同轉(zhuǎn)速下的脈動(dòng)特性
分別將轉(zhuǎn)速設(shè)置為1000r·min-1、1500r·min-1、2000 r·min-1，其他參數(shù)不變，比較柱塞泵出口的流量脈動(dòng)特性。通過(guò)計(jì)算得出不同轉(zhuǎn)速下的流量脈動(dòng)率，分別為9.94%、6.26%和4.74%。隨著轉(zhuǎn)速的增大，流量脈動(dòng)率隨之降低。由此看出，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速會(huì)減小液壓系統(tǒng)的脈動(dòng)特性。
3)不同柱塞數(shù)目柱塞泵的脈動(dòng)特性
分別將柱塞數(shù)目設(shè)置為5個(gè)、7個(gè)和9個(gè)，其他參數(shù)不變，比較柱塞泵出口的流量脈動(dòng)特性，通過(guò)計(jì)算得出不同柱塞個(gè)數(shù)柱塞泵的流量脈動(dòng)率，分別為9.1%、6.22%和4.01%。隨著柱塞個(gè)數(shù)的增加，流量脈動(dòng)率隨之降低。由此看出，適當(dāng)提高增加柱塞個(gè)數(shù)會(huì)減小液壓系統(tǒng)的脈動(dòng)特性。
3 結(jié)論
基于AMESim軟件，對(duì)斜盤(pán)式柱塞泵進(jìn)行詳細(xì)地建模，通過(guò)模擬分析得出：隨著液壓系統(tǒng)中負(fù)載壓力的增加，流量脈動(dòng)率會(huì)隨之較小，但是液壓系統(tǒng)的流量響應(yīng)速度會(huì)隨之降低;隨著轉(zhuǎn)速的增大或者柱塞個(gè)數(shù)的增加，流量脈動(dòng)率隨之降低，并且液壓系統(tǒng)中流量的響應(yīng)速度也會(huì)增大，有利于液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定，但轉(zhuǎn)速與柱塞個(gè)數(shù)不是越大越好，當(dāng)柱塞在工作時(shí)的線速度越大，越不利于充分地吸油。
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