斜盘柱塞马达柱塞副的性能研究
斜盘式柱塞泵的脉动特性研究论文
斜盘式柱塞泵的脉动特性研究论文由于柱塞泵所排出的液压油是柱塞组依次挤出的，这种工作特点就决定了柱塞泵必然会存在流量脉动特性。
脉动率过大会引起液压系统较大的震荡，造成一系列的不稳定，严重时会损坏液压元件。
为此，更加细致地了解影响柱塞泵脉动特性的各项因素就尤为重要了。
1 斜盘式柱塞泵模型的建立1)斜盘及其运动模型的建立将斜盘模型转化为超级元件，此元件可以传递斜盘的倾角、转速与变量机构所需的扭矩，输入相应的转速、扭矩，可以输出此时斜盘的倾角，柱塞的往复运动的速度与位移。
若柱塞泵有n个柱塞，应在n 个该元件参数中设置柱塞初始位置：0，360/n，720/n，1080/n，1440/n，……2)柱塞模型的建立柱塞模型如图2所示，利用AMESim的HCD库对柱塞进行建模，考虑到柱塞与柱塞腔之间的间隙，采用带泄露的阀块进行搭建，通过对柱塞杆施加力、速度、位移参数来完成柱塞吸油排油动作。
3)配流模型的建立考虑到柱塞泵在配流过程中，排油口与吸油口的`开口面积有个渐变的过程，加上三角槽的过渡作用，直接模拟该配流过程比较困难。
采用2个可变节流口来模拟配流，对节流口开口大小的控制信号。
为了模拟缸体柱塞腔进出排油口与吸油口时的过渡作用，将信号曲线设计成一定倾斜度的线段。
当输入信号为0时，表明节流口全关，当输入信号为1时，表明节流口全开。
配流盘的配流模型，当柱塞需要吸油时，节流口3打开，节流口4关闭;当柱塞需要排油时，节流口3关闭，节流口4关闭。
4)液压系统中负载模型的建立为了更简洁地表示出液压系统中的负载模型，选用了可变节流口代替液压系统的负载。
5)整体仿真模型的建立仿真模型由7个柱塞，配流模型与斜盘及其运动模型组成，柱塞的运动速度函数为f (x,y) =sin[(π 180)x]sin[(π 180)y]式中：x 为斜盘倾角;y 为缸体转角。
2 模型仿真与分析在AMESim 的“Parameter mode”模式下，对模型的主要参数进行设置，具体参数如表1所示。
斜盘式轴向柱塞泵马达低速高效特性研究
斜盘式轴向柱塞泵马达低速高效特性研究摘要：随着机械工程技术的进步，斜盘式轴向柱塞泵马达已经成为了现代液压技术领域中的一种重要液压传动装置。
本文从传动装置的实际应用效果出发，对斜盘式轴向柱塞泵马达的低速高效特性进行了深入研究。
通过理论分析和实验研究，本文得出了斜盘式轴向柱塞泵马达在低速工况下的高效工作特性表现，并建立了与之相关的数学模型。
文章结合典型实例来验证了斜盘式轴向柱塞泵马达低速高效特性的有效性，在满足实际应用需求的同时降低了能量消耗，具有实际应用价值。
关键词：斜盘式轴向柱塞泵马达，低速工况，高效特性，数学模型，典型实例。
正文：1 引言液压传动装置，是一种利用液体介质进行能量传递的机械装置。
斜盘式轴向柱塞泵马达作为一种重要的液压传动装置，其低速高效是其最为突出的特点之一，也是其在现代液压技术领域中广泛应用的原因之一。
通过对斜盘式轴向柱塞泵马达的研究，可以深入了解其工作原理、性能特点及其应用领域，为液压传动装置的研究提供一定的理论基础。
2 斜盘式轴向柱塞泵马达的基本结构和工作原理斜盘式轴向柱塞泵马达是一种通过液体介质进行能量传递的机械装置，其基本结构如图1所示。
其工作原理主要是利用可调排量元件的旋转、柱塞的往复运动以及液体的流动来完成能量传输。
图1 斜盘式轴向柱塞泵马达基本结构图斜盘式轴向柱塞泵马达的工作过程分为进油口、燃油腔、柱塞端盖、柱塞、摆架面、斜盘面以及排油口等部分，液体从进油口进入燃油腔，使柱塞开始做往复运动，同时通过柱塞端盖与柱塞组成的密闭燃油腔，液体迅速流向摆架面，同时通过斜盘面反向流回主油路，最终在排油口排出。
斜盘式轴向柱塞泵马达在工作时可调节流量，以满足不同工作需求。
3 斜盘式轴向柱塞泵马达在低速工况下的高效特性表现3.1 斜盘式轴向柱塞泵马达的低速工作特性斜盘式轴向柱塞泵马达在低速工况下的高效特性表现主要包括以下两个方面：(1)压力损失小斜盘式轴向柱塞泵马达在低速工况下运行时，柱塞的往复速度较慢，液体从柱塞的径向间隙流回主油路的速度较快，造成运动型能量的损失变小，从而降低了泵壳内液体的压力损失。
斜盘式轴向柱塞泵详解
柱塞泵Piston Pumps柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。
由于柱塞与缸体内孔均为圆柱表面，滑动表面配合精度高，所以这类泵的特点是泄漏小，容积效率高，可以在高压下工作。
2.4.1 斜盘式轴向柱塞泵Swash Plate Axial Piston Pumps轴向柱塞泵可分为斜盘式(Swash Plate Type)和斜轴式(Bent-axial Type)，图2.18为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理。
泵由斜盘1、柱塞2、缸体3、配油盘4等主要零件组成，斜盘1和配油盘4是不动的，传动轴5带动缸体3，柱塞2一起转动，柱塞2靠机械装置或在低压油作用压紧在斜盘上。
当传动轴按图示方向旋转时，柱塞2在其沿斜盘自下而上回转的半周内逐渐向缸体外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，产生局部真空，从而将油液经配油盘4上的配油窗口a吸入；柱塞在其自上而下回转的半周内又逐渐向里推入，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘窗口b向外排出，缸体每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油动作。
改变斜盘的倾角γ，就可以改变密封工作容积的有效变化量，实现泵的变量。
图2.18斜盘式轴向柱塞泵的工作原理1—斜盘(Swash Plate)；2—柱塞(Piston)；3—缸体(Block)；4—配流盘(Valve Plate)；5—传动轴(Drive Shaft)；a—吸油窗口(Inlet Port)；b—压油窗口(Outlet Port)；2.4.1.1 斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量如图2.18，若柱塞数目为z，柱塞直径为d，柱塞孔分布圆直径为D，斜盘倾角为γ，则泵的排量为γπtan 42zD d V = （2.25）则泵的输出流量为γηπtan 42v zDn d q = （2.26）实际上，柱塞泵的排量是转角的函数，其输出流量是脉动的，就柱塞数而言，柱塞数为奇数时的脉动率比偶数柱塞小，且柱塞数越多，脉动越小，故柱塞泵的柱塞数一般都为奇数。
带冲洗溢流阀的斜轴式轴向柱塞液压马达功能分析与比较
Ｏ 前 言
斜 轴式 轴 向柱塞 定 量液 压 马 达在 工 程 机 械 、 床 、 机 化 工设 备 、 海 、 油 、 金 、 山 、 钢 、 材 和造 纸 等 航 石 冶 矿 轧 型 领域 被广 泛使 用 。主要 应 用 于工 程机 械 车辆 的 开／ 闭式 液压 系 统 中 ，如 轮式 起 重机 和履 带式 起 重 机 的卷 扬 及 回转 液压 系 统 ， 带式 挖 掘 机 等 的行走 系统 ， 履 以及 混凝 土搅 拌 运输 车 的 闭式 液 压 系统 。例 如 对 混凝 土搅 拌运
压元 件 ， 过静 液 传递 来 驱 动减 速 机 ， 由减速 机 驱 动 通 再 搅拌 装置 ， 对混 凝土 进行 搅拌 。
的配 流孔 进 入 缸体 柱 塞 孔 中 ，并 推 动柱 塞进 行 往 复运 动及 缸体 转 动 ， 而 带动 主轴 旋转 输 出扭 矩 。 从
１ ２ ６ ４ Ｒ Ｓ ７
要 ： 对 斜 轴 式 轴 向柱 塞 定 量 液 压 马 达 在 实 际工 况 中 马 达 体 温 度 升 高 的情 况 ， 合 液 压 马 达 结 构 特 点 及 产 生 热 量 的原 因 ， 分 析 针 结 经
采取 了内置定量冲洗 ， 外置 可调压 冲洗 阀和外置可调压安全 冲洗溢流 阀三种方式来实现液压马达 的冲洗降温 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｘ ａ ｉ ｏ ｏ ｌ ｅ ｑ ａ ｔ ａ ｉｅ ｈ ｄ ａ ｌ ｔ ｒｉ ｈ ｃｕ ｌｗｏｋ ｎ ｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ｔ ｅ ｃ ｓ ｆ ｔ ｅ ｍｏｏ ｏ ｙ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ， ｓｒ ｃ： ｉ ｌＰ ｓ ｎ ｆ ｒ Ｃ ｉ ｕ ｎ ｉ ｔ ｙ ｒ ｕ ｉ ｍｏ ｏ ｎ ｔ ｅ ａ ｔ ａ ｒ ｉ ｇ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｉ ｈ ａ ｅ ｏ ｈ ｔｒ ｂ ｄ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｔ ｎ ｔ ｖ ｃ ｉ ｃ ｍｂｎ ｄ ｗ ｔ ｔ ｃｕ ａ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｈ ｄ ａ ｌ ｔ ｒ ｃ ｕ ｅ ｈ ｅ ｔ ｇ ｎ ｒ ｔｄ ｂ ｈ ｕ ｌ－ ｎ ｑ ａ ｔ ａ ｉｅ ａ ａ ｙ ｉ ｔ ｏ ｉ ｅ ｉ ｓｒ ｔｒ ｈ ｕ ｌ ｈ ｒ ｃｅ ｔ ｎ ｈ ｙ ｒ ｕ ｉ ｍｏ ｏ ａ ｓ ｓ ｔ ｅ ｈ ａ ｅ ｅ ａｅ ｙ ｔ ｅ ｂ ｉ ｉ ｕ ｎｉ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｉ ｃ ｃ ｔ ｔ ｖ ｉ ｅ ｒ ｓ ， ｗ ｓ ｈ ｘ ｅ ｎ ａ ｅ ｒ ｇ ｌｔ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｕ ａ ｏ ａｖ ｎ ｘｅ ｎ ｌｓ ｃ ｒｔ ａ ｅ ａ ｈ ｅ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｗａ ｓ ｆ ｓ ｉ ｇ ｒ ｌ ｆｖ ｌ ｅ ｎ ａ ｈ ｔ ｅ ｅ ｔｒ ａ ｃ ｎ ｂ ｅ ｕ ａ ｉ ｒ ｓｕ ｅ ｒ ｇ ｌｔ ｒｖ ｅ ａ ｄ ｅ ｔｒ ａ ｅ ｕ ｙ ｃ ｎ ｂ ｃ ｉ ｖ ｄ ｉ ｈ ｅ ｙ ｕ ｈ ｎ ｅｉ ａ ｖ ｌ ｎ ｌ ｉ ｌ ｅ ｌ ｈ ｎ ｙ ｒ ｕ ｉ ｍｏ ｏ ｏ ｌ ． ｆ ｓ ｉ ｇ ｈ ｄ ａ ｌ ｔｒ ｃ ｏｉ ｇ ｕ ｃ ｎ Ｋｅ Ｗ ｏ ｄ ： ｈ ｄ ａ ｌ ｍｏｏ ； ｃ ｏ ｅ ｈ ｄ ａ ｌ ｓ ｓｅ ｙ ｒｓ ｙ ｒｕ ｉ ｃ ｔ ｒ ｌ ｓ ｄ ｙ ｒ ｕ ｉ ｙ ｔ ｍ； ｆ ｓ ｉ ｇ ｅｉｆ ｖ ｌ ｅ ｄ ｏ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｃ ｌ ｈ ｎ ｒ ｌ ａ ｖ ； ｒ ｐ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｕ ｅ
斜柱塞对斜盘式轴向柱塞泵性能的影响
关 键 词 ： 直 柱 塞 ； 柱 塞 ； 量 脉 动 斜 流
中 图分 类 号 ： ＴＨ３ ２ ２
文献标 志码 ： Ａ
文章 编 号 ：Ｏ ４０ ６ （ Ｏ ２ Ｏ 一１ ３０ １ Ｏ —３ ６ ２ １ ） １Ｏ ２ —４
Ｅｆ ｅ ｔ ｆ Ｉ ｌｎｅ Ｐｉｔ ｎ ｏ ｈｅ Ｐｒ ｐ ｒ ｉｓ ｏ ｗａ ｈ Ｐｌ ｔ ｉ ｌＰｉｔ ｎ ｍ ｐ ｆ ｃ ｓ ｏ ｎｃ ｉ ｓ ｏ ｎ ｔ ｏ ｅ ｔｅ ｆＳ ｓ ａ ｅ Ａｘ ａ ｓ ｏ Ｐｕ
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斜盘倾角对柱塞运动影响的研究与分析
啦。
引 言
随着 轴 向柱塞 泵 和 马 达 向高压 、 速 、 流 量 高 大 方 向的发展 ， 向柱 塞泵 和 马达 中的摩擦 副粘着 磨 轴
因此 ， 坐标 系 Ｏ Ｙ Ｘ Ｚ向坐标 系 ｏｙ 进 行坐 标变 ｘｚ
损和烧伤现象 日渐严重 ， 轴向柱塞马达的柱塞表面 与 缸孔 内表 面之 间构 成 一对摩 擦 副 ，称 为柱 塞 副 。 柱 塞 副首先 要起 到密 封 的作用 ， 证 缸孔 中的压 力 保 油 液不会 产 生过 大 的泄漏 ； 同时 又要 能承 受一 定 的 径 向分力 ， 保证 柱塞能在 缸孔 中 自由往 复运 动 。 并 因此 ， 了设计 性 能优 良的高压 、 为 高速 、 流量 大 轴 向柱 塞 马 达 ，对 柱 塞 副 的设 计 提 出 了更 高 的要 求 ， 究斜 盘倾 角对 柱 塞运 动 的影 响对 柱塞 副 的设 研 计 具有较 大 的参 考价值 。
石 金 艳
（湖南铁道职业技术学院
ห้องสมุดไป่ตู้
谢 永 超
湖南株洲 ４ ０ ０ １） １ ２
摘要： 文对柱塞与缸孔摩擦副 的运动进行分析 ， 该 并分析斜盘倾角对 柱塞 运动 的影 响， 得出斜盘倾角对柱塞运动的 影响规律， 为今后设计高压高速轴向柱塞马达提供 了参考依据。 关键词： 轴向柱塞马达； 柱塞； ； 缸体 斜盘 中图分类号 ：Ｈ１７３ Ｔ ３＿ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：１７ — ９ ４（０ ０ ０ － ００ ０ ３ ６ ２ ８ ０ ２ １ ）５ ０ ３ － ０
第 期（第 ２ ） ５ 总 ４期
流体秸动与 控副
Ｆｌｉ ｏ ｒＴｒ ｎ ｍｉｓ ｏ ｎ ｏ ｔ Ｉ ｕ ｄ Ｐ ｗｅ ａ ｓ ｓ ｉ ｎ ａ ｄ Ｃ ｎ ｒ ｏ
基于AMESim的斜盘轴向柱塞马达特性研究
２０１９年３月第４７卷第５期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＭａｒ ２０１９Ｖｏｌ ４７Ｎｏ ５ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１９ ０５ ００３本文引用格式：武明恩，王兆强，罗一平，等．基于ＡＭＥＳｉｍ的斜盘轴向柱塞马达特性研究［Ｊ］．机床与液压，２０１９，４７（５）：１０－１４．ＷＵＭｉｎｇ ｅｎ，ＷＡＮＧＺｈａｏｑｉａｎｇ，ＬＵＯＹｉｐｉｎｇ，ｅｔａｌ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＡｘｉａｌＰｉｓｔｏｎＭｏｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＡＭＥＳｉｍ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１９，４７（５）：１０－１４．收稿日期：２０１７－１０－３１基金项目：国家自然科学基金青年科学基金资助项目（５１５０５２７２）；流体动力与机电系统国家重点实验室开放基金资助项目（ＧＺＫＦ⁃２０１５１４）作者简介：武明恩（１９９２ ），男，硕士研究生，主要从事液压技术方面的科研工作㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｍｅ０００＠１２６ ｃｏｍ㊂基于ＡＭＥＳｉｍ的斜盘轴向柱塞马达特性研究武明恩１，王兆强１，罗一平１，徐彦飞１，杨俭２（１ 上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海２０１６２０；２ 上海工程技术大学城市轨道交通学院，上海２０１６２０）摘要：分析斜盘轴向柱塞马达的力矩损失和泄漏损失，利用ＡＭＥＳｉｍ软件平台建立斜盘轴向柱塞马达的液压系统模型㊂在相同工况条件下，通过调节配流盘三角形阻尼槽的结构参数，得到液压系统模型仿真曲线，依据仿真结果：在进出油转换过程中，斜盘轴向柱塞马达的压力冲击不超过入口压力；以减小压力冲击和流量脉动为目标，优化了斜盘轴向柱塞马达配流盘三角形阻尼槽的结构参数㊂关键词：ＡＭＥＳｉｍ；斜盘；柱塞马达；脉动中图分类号：ＴＨ１３７ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＡｘｉａｌＰｉｓｔｏｎＭｏｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＡＭＥＳｉｍＷＵＭｉｎｇ ｅｎ１，ＷＡＮＧＺｈａｏｑｉａｎｇ１，ＬＵＯＹｉｐｉｎｇ１，ＸＵＹａｎｆｅｉ１，ＹＡＮＧＪｉａｎ２（１ ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ；２ ＳｃｈｏｏｌｏｆＵｒｂａｎＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｗａｓｈｐｌａｔｅａｘｉａｌｐｉｓｔｏｎｍｏｔｏｒｔｏｒｑｕｅｌｏｓｓａｎｄｌｅａｋａｇｅｌｏｓｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｗａｓｈｐｌａｔｅａｘｉａｌｐｉｓｔｏｎｍｏｔｏｒｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇＡＭＥＳｉｍ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｓｉｍｕ⁃ｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｔｒｉａｎｇｕｌａｒｄａｍｐｉｎｇｇｒｏｏｖｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｔｉｓｋｎｏｗｎｔｈａｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｌｅｔａｎｄｏｕｔｌｅｔｏｉｌ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｓｗａｓｈｐｌａｔｅｔｙｐｅａｘｉａｌｐｉｓｔｏｎｍｏｔｏｒｄｏｅｓｎｏｔｅｘｃｅｅｄｔｈｅｉｎｌｅｔｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｆｌｏｗｐｕｌｓａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｔｒｉａｎｇｕｌａｒｄａｍｐｉｎｇｇｒｏｏｖｅｏｆｔｈｅｖａｌｖｅｐｌａｔｅｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＭＥＳｉｍ；Ｓｗａｓｈｐｌａｔｅ；Ｐｉｓｔｏｎｍｏｔｏｒ；Ｐｕｌｓａｔｉｏｎ０㊀前言斜盘轴向柱塞马达是行走机构中的动力元件，在动力系统中因其体积小㊁输出功率大，被广泛应用于履带式车辆㊁挖掘机等工程机械领域［１］㊂随着工程机械液压传动与控制技术的发展，对行走马达的性能提出了更高的要求，主要体现在转速㊁压力㊁扭矩㊁噪声等方面㊂因此降低噪声和优化性能成为研究斜盘轴向柱塞马达的重要课题［１－２］㊂ＡＭＥＳｉｍ是一种新型的图形化的工程应用仿真软件，用户在单一平台上可以建立多学科领域的系统模型㊂该软件在建立液压系统的数学模型时，充分考虑了液压油的物理特性及液压元件的非线性特性㊂沈阳航空航天大学的刘明明等［３］利用ＡＭＥＳｉｍ分析了斜盘倾角对轴向柱塞泵腔内压力及泄漏的影响；西南交通大学的张燃等人［４］利用ＡＭＥＳｉｍ软件仿真了轴向柱塞泵的脉动特性；北京工业大学的杨立洁等［５］研究了柱塞副间隙㊁出口背压等参数发生变化，对斜盘轴向柱塞海水马达输出转速㊁转矩的变化及脉动的影响；太原理工大学的闫政等人［６］利用ＡＭＥＳｉｍ软件对变转速变排量双控轴向柱塞泵脉动特性及噪声进行了研究㊂考虑斜盘轴向柱塞马达的使用工况不同于斜盘轴向柱塞泵，本文作者分析了斜盘轴向柱塞马达的力矩损失和泄漏损失，建立了斜盘轴向柱塞马达的ＡＭＥＳｉｍ液压系统仿真模型，优化了配流盘三角形阻尼槽的结构参数［７－８］㊂１㊀三维模型的建立建立了九柱塞式定量斜盘轴向柱塞马达的三维模型，如图１所示：排量为５３ｍＬ／ｒ，最大工作压力３５ＭＰａ，额定工作压力３１ ５ＭＰａ，最高转速４５００ｒ／ｍｉｎ，额定转速３０００ｒ／ｍｉｎ，通轴式㊂通过分析计算得到斜盘轴向柱塞马达的主要结构参数，见表１㊂图１㊀斜盘轴向柱塞马达三维模型表１㊀斜盘轴向柱塞马达的主要结构参数参数名称参数值柱塞直径ｄ／ｍｍ１８斜盘倾角θ／（ʎ）１７柱塞分布圆半径Ｒｆ／ｍｍ４０柱塞节流孔直径ｄｔ／ｍｍ１柱塞节流孔长度ｌｔ／ｍｍ１２配流盘腰形槽半宽度ｒ／ｍｍ５滑靴的封油带外径ｒ２／ｍｍ１３．５滑靴的封油带内径ｒ１／ｍｍ１０．５配流盘内密封带内径Ｒ１／ｍｍ３２配流盘内密封带外径Ｒ２／ｍｍ３５配流盘外密封带内径Ｒ３／ｍｍ４５配流盘外密封带外径Ｒ４／ｍｍ４９配流盘腰形槽中心角α／（ʎ）１３５柱塞最小含接长度ｌｍｉｎ／ｍｍ３０２㊀液压系统仿真模型的建立２ １㊀马达力矩模型马达在工作时，存在各种力矩损失［９］，关系式如下：Ｔ０＝Ｔ１＋Ｍｃｆ＋Ｔｖ（１）式中：Ｔ０为马达的总力矩输出；Ｔ１为马达有效负载；Ｍｃｆ为马达的机械摩擦力矩损失；Ｔｖ为黏性阻尼产生的力矩损失㊂Ｍｃｆ＝Ｔｆ＋Ｔｓ＝ＣｃｆｑΔｐ（２）式中：Ｔｆ为库仑摩擦损失；Ｔｓ为轴承的滚动摩擦损失；Ｃｃｆ为马达的机械摩擦力矩系数，通常取０ ０１０ ０４；ｑ为马达的理论排量；Δｐ为马达的进出口压力差㊂Ｔｖ＝Ｃｖω＝（Ｃｖ１＋Ｃｖ２＋Ｃｖ３＋Ｃｖ４）ω（３）式中：Ｃｖ为马达的综合黏性阻尼系数；Ｃｖ１为柱塞副的黏性阻尼系数；Ｃｖ２为滑靴副的黏性阻尼系数；Ｃｖ３为配流副的黏性阻尼系数；Ｃｖ４为缸体㊁主轴和壳体的黏性阻尼系数，可依据试验测得㊂马达缸体的转动惯量㊁黏性阻尼系数和产生的库仑摩擦损失分别由ＵＧ运动仿真㊁式（３）和式（２）计算得到㊂２ ２㊀马达流量模型马达内部主要存在的泄漏：柱塞副的泄漏㊁配流副的泄漏以及滑靴副的泄漏，同时也需考虑压缩流量损失㊂柱塞副泄漏可以看作偏心环形缝隙泄漏［８］，泄漏流量公式为ｑｖ１＝πｄδ３１１２ηｌ１（１＋１ ５ε２）Δｐ（４）式中：Δｐ为柱塞腔内与马达壳体的压差；ｌ１为柱塞与缸体之间的接触长度；δ１为柱塞和缸体柱塞腔的径向间隙；ε为相对偏心率；η为油液的动力黏度㊂如图２所示为压差Δｐ为１ＭＰａ时，保持其他参数不变，单独改变柱塞直径ｄ㊁油液动力黏度η和柱塞和柱塞腔径向间隙δ１对泄漏量ｑｖ１的影响㊂随着柱塞直径的增加，泄漏量略有增加；随着油液动力黏度的增加，泄漏量略有减小；随着柱塞和缸体柱塞腔的径向间隙δ１增大，泄漏量增加，且影响较为明显㊂图２㊀不同参数对柱塞副泄漏流量ｑｖ１的影响滑靴的结构如图３所示，根据平行圆盘缝隙间的层流理论，滑靴副泄漏流量［９］为ｑｖ２＝πｄ４ｔδ３２Δｐη［６ｄ４ｔｌｎ（ｒ２／ｒ１）＋１２８δ３２ｌｔ］（５）式中：δ２为滑靴副的油膜厚度㊂图４为压差Δｐ为１ＭＰａ时，保持其他参数不变，单独改变滑靴副油膜厚度㊁柱塞节流孔直径或长度对柱塞副泄漏量ｑｖ２的影响㊂在柱塞节流孔直径为０ ２０ ８ｍｍ时，随着节流孔直径的增大，泄漏量明显增大；柱塞节流孔长度减小，泄漏量略有增加，且不明显；滑靴副间隙增加，泄漏显著增加㊂㊃１１㊃第５期武明恩等：基于ＡＭＥＳｉｍ的斜盘轴向柱塞马达特性研究㊀㊀㊀图３㊀滑靴副结构示意图图４㊀配流副结构参数对泄漏量ｑｖ２的影响由于静压支承作用，配流副的泄漏流量［８］为ｑｖ３＝αδ３３Δｐ１２η［１ｌｎ（Ｒ４／Ｒ３）＋１ｌｎ（Ｒ２／Ｒ１）］（６）式中：δ３为配流副的油膜间隙㊂压缩损失泄漏流量［８］ｑｖ４为ｑｖ４＝ｑ㊃Δｐｋ（７）式中：Δｐ为柱塞腔的压力变化值；ｋ为液压油的体积弹性模量㊂选用变长度㊁有偏心㊁带泄漏和黏性阻尼的柱塞模型，其泄漏流量由式（４）确定㊂滑靴副和配流副的泄漏则通过ＡＭＥＳｉｍ中的液阻模型表示，泄漏流量ｑｖ２和ｑｖ３分别由式（５）和（６）确定㊂在液滴模型中，考虑油液的压缩性，即可得到压缩损失流量ｑｖ４，由式（７）确定㊂部分系统参数见表２，其系统模型［１０－１１］如图５所示㊂表２㊀子模型及参数参数名称参数值马达的理论排量ｑ／（ｃｍ３㊃ｒ－１）５３黏性阻尼系数Ｃｖ／（Ｎ㊃ｍ㊃ｍｉｎ㊃ｒ－１）０．０２机械摩擦力矩损失Ｍｃｆ／（Ｎ㊃ｍ）０．３柱塞与柱塞腔的径向间隙δ１／ｍｍ０．０１相对偏心率ε０滑靴副的油膜厚度δ２／ｍｍ０．０２配流副的油膜厚度δ３／ｍｍ０．０２液压泵转速ｎ／（ｒ㊃ｍｉｎ－１）３０００液压泵排量ｑ１／（ｃｍ３㊃ｒ－１）５３图５㊀九柱塞马达液压系统仿真模型２ ３㊀配流盘数学模型柱塞腔腰形槽和配流盘槽口之间形成的过流面积Ｓ是影响柱塞马达流体流动特性的一个重要参数，直接影响配流效果和压力流量脉动㊂过流面积Ｓ随着柱塞腔腰形槽和配流盘槽口之间位置关系变化而变化，与缸体转角呈分段函数关系㊂配流盘及三角形阻尼槽结构如图６和图７所示，过流面积Ｓ计算公式［１２－１４］如下㊂柱塞腔腰形槽开始与配流盘阻尼槽连通时，过流面积公式如下：Ｓ＝Ｒｒφｓｉｎθ１ａｒｃｔａｎ（Ｒφｔａｎθ１ｔａｎθ２／ｒ）（８）式中：Ｒ为三角槽分布圆半径；φ为柱塞相对配流盘上死点的位置角；θ１为三角槽深度角；θ２为三角槽宽度角㊂图６㊀配流盘及三角槽结构示意图㊃２１㊃机床与液压第４７卷图７㊀缸体旋转过程中柱塞腔与配流盘的相对位置随着缸体的转动，柱塞腔腰形槽与配流盘腰形槽连通，此时过流面积为橄榄球形状：Ｓ＝（φＲｆ－２ｒ）φＲｆｒ－（φＲｆ）２４＋２ｒ２ａｒｃｔａｎφＲｆ－２ｒ２ｒ＋πｒ２（９）式中：Ｒｆ为柱塞分布圆半径㊂之后，柱塞腔腰形槽和配流盘腰形槽交叠区域随着缸体转动而不断增大：Ｓ＝πｒ２＋２ｒ（φ－２Δα）Ｒｆ（１０）式中：Δα为配流盘腰形槽半圆端包角㊂柱塞腔腰形槽与配流盘腰形槽完全接通后，过流面积达到最大值：Ｓ＝πｒ２＋２ｒ（α－２Δα）Ｒｆ（１１）式中：α为单柱塞腔腰形槽包角㊂将设置的三角槽的深度角和宽度角及其他结构参图８㊀单柱塞的过流面积Ｓ数代入三角槽公式，使用Ｐｙｔｈｏｎ实现得到配流盘的过流面积㊂以深度角３０ʎ和宽度角４５ʎ为例，由于配流盘左右对称，显示１８０ʎ内配流盘过流面积变化如图８所示㊂３ 仿真结果分析３ １㊀三角槽结构参数的等效转换由于ＡＭＥＳｉｍ配流盘模型中的节流阀的开口量是以百分比表示的，因此按照相应比例对过流面积数据进行转化［１５］，其中三角槽的深度角θ１为３０ʎ㊂图９为三角阻尼槽宽度角θ２为３０ʎ㊁４５ʎ㊁６０ʎ和７５ʎ的过流面积等效系数㊂设计的斜盘轴向柱塞马达负载最常见范围为７０８０Ｎ㊃ｍ，因此仿真模型选择负载为７５Ｎ㊃ｍ㊂对马达液压模型进行仿真，绘制斜盘轴向柱塞马达单柱塞腔内压力和流量变化的运行曲线㊂图９㊀配流盘的过流面积等效系数３ ２㊀三角槽结构对斜盘轴向柱塞马达压力流量特性的影响斜盘轴向柱塞马达在回油腔排完油后，由回油腔（低压区）向进油腔（高压区）转动，当柱塞腔与配流盘减振槽相连通时，进油腔的油压远远大于柱塞腔油压，油液经减振槽流入柱塞腔内，进油腔的油液压力逐渐升高并推动柱塞沿着缸体的轴向方向运动，在油液压力的作用下，柱塞向远离配流盘方向运动，柱塞腔容积变大，由于柱塞惯性和减振槽过流面积变化等影响，压力先下降再逐步上升至稳定区域，形成压力冲击［８］㊂㊀㊀由图１０和表３可知：宽度角越大，瞬时压力冲击越小，宽度角为３０ʎ时压力冲击最大，压力冲击幅度为５ ６ＭＰａ；宽度角为４５ʎ时压力冲击幅度为１ ９ＭＰａ；宽度角为６０ʎ时的压力冲击幅度为０ ７ＭＰａ；宽度角为７５ʎ时压力冲击最小，压力冲击幅度为０ １ＭＰａ，此时轴向柱塞马达的压力脉动最小㊂图１０㊀柱塞腔内压力变化曲线表３㊀不同宽度角下的压力冲击参数宽度角／（ʎ）压力冲击峰值ｐｍａｘ／ＭＰａ压力冲击谷值ｐｍｉｎ／ＭＰａ压力冲击幅度／ＭＰａ３０９．１３．５５．６４５５．２３．３１．９６０２．５１．８０．７７５０．９０．８０．１㊀㊀由图１１和表４知：宽度角为３０ʎ时的流量脉动均较大，流量脉动率在１７％左右；宽度角为７５ʎ时，流量脉动率为１６％左右；宽度角为４５ʎ和６０ʎ时，流量脉动率在１３％左右㊂㊃３１㊃第５期武明恩等：基于ＡＭＥＳｉｍ的斜盘轴向柱塞马达特性研究㊀㊀㊀图１１㊀出口流量变化曲线表４㊀不同宽度角下的流量脉动参数宽度角／（ʎ）最大瞬时流量Ｑｍａｘ／（Ｌ㊃ｍｉｎ－１）最小瞬时流量Ｑｍｉｎ／（Ｌ㊃ｍｉｎ－１）流量Ｑｍｅａｎ／（Ｌ㊃ｍｉｎ－１）流量脉动率／％３０１７６１４９１６２１７４５１７２１５１１６２１３６０１７２１５１１６２１３７５１７８１５２１６２１６㊀㊀综合压力脉动和流量脉动两个因素，配流盘三角槽宽度角参数值选用６０ʎ㊂采用相同方法可得深度角选用３０ʎ㊂由于篇幅受限，文中不再一一列出仿真曲线㊂４㊀结论（１）分析了斜盘轴向柱塞马达的力矩损失和泄漏损失，创建了基于ＡＭＥＳｉｍ的液压系统仿真模型，分析了配流盘三角形阻尼槽结构参数对斜盘轴向柱塞马达的性能影响㊂（２）依据仿真结果，斜盘轴向柱塞马达的压力冲击最大值不超过入口压力，未来需要实验验证和机制研究㊂在负载为７５Ｎ㊃ｍ时，通过对比分析不同三角形阻尼槽的结构参数，当斜盘轴向柱塞马达配流盘的三角形阻尼槽深度角３０ʎ㊁宽度角６０ʎ时，压力冲击幅度为０ ７ＭＰａ，流量脉动率为１３％，此时斜盘轴向柱塞马达的综合性能最佳㊂参考文献：［１］王兆强．斜盘式柱塞行走马达配流盘的球冠形微观织构引起缸体振动的机理研究［Ｄ］．杭州：浙江大学，２０１４．［２］曾祥彬．轴向柱塞马达变量机构及配流特性的研究［Ｄ］．福州：福州大学，２０１４．［３］刘明明，石宏，黄笑飞．基于ＡＭＥＳｉｍ的某型航空发动机轴向柱塞泵特性仿真［Ｊ］．沈阳航空航天大学学报，２０１１，２８（４）：２２－２６．ＬＩＵＭＭ，ＳＨＩＨ，ＨＵＡＮＧＸＦ．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｗａｓｈＰｌａｔｅＡｘｉａｌＰｕｍｐｏｆａｎＡｅｒｏ⁃ｅｎｇｉｎｅｗｉｔｈＡＭＥＳｉｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１１，２８（４）：２２－２６．［４］张燃，刘桓龙，柯坚，等．基于ＡＭＥＳｉｍ的斜盘式轴向柱塞泵脉动特性分析［Ｊ］．机床与液压，２０１２，４０（１５）：１１８－１３２．ＺＨＡＮＧＲ，ＬＩＵＨＬ，ＫＥＪ，ｅｔａｌ．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｗａｓｈｐｌａｔｅＡｘｉａｌＰｉｓｔｏｎＰｕｍｐＢａｓｅｄｏｎＡＥＭＳｉｍ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１２，４０（１５）：１１８－１３２．［５］杨立洁，聂松林，尹帅，等．基于虚拟样机技术的海水柱塞马达输出特性的仿真分析［Ｊ］．液压与气动，２０１５（７）：２８－３０．ＹＡＮＧＬＪ，ＮＩＥＳＬ，ＹＩＮＳ，ｅｔａｌ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＶｉｒ⁃ｔｕａｌＰｒｏｔｏｔｙｐｅＭｏｄｅｌｉｎｇｆｏｒＯｕｔｐｕｔＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＳｅａ⁃ｗａｔｅｒＰｉｓｔｏｎＭｏｔｏｒ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＨｙｄｒａｕｌｉｃｓ＆Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ，２０１５（７）：２８－３０．［６］闫政，权龙，黄家海．变转速变排量双控轴向柱塞泵脉动特性及噪声研究［Ｊ］．机械工程学报，２０１６，５６（１６）：１７６－１８４．ＹＡＮＺ，ＱＵＡＮＬ，ＨＵＡＮＧＪＨ．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＰｕｌｓａｔｉｏｎａｎｄＮｏｉｓｅｉｎｔｈｅＡｘｉａｌＰｉｓｔｏｎＰｕｍｐｗｉｔｈＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄＳｐｅｅｄＣｏｍｐｏｕｎｄＣｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉ⁃ｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６，５６（１６）：１７６－１８４．［７］闫玉庆，师占群，郑琳．基于ＡＭＥＳｉｍ的轴向柱塞泵流量脉动影响因素分析［Ｊ］．液压与气动，２０１４（２）：１０４－１０８．ＹＡＮＹＱ，ＳＨＩＺＱ，ＺＨＥＮＧＬ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＩｎｆｌｕｅｎｃｅＦａｃ⁃ｔｏｒｓｆｏｒＡｘｉａｌＰｉｓｔｏｎＨｙｄｒａｕｌｉｃＰｕｍｐＦｌｏｗＦｌｕｃｔｕａｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＡＭＥＳｉｍ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＨｙｄｒａｕｌｉｃｓ＆Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ，２０１４（２）：１０４－１０８．［８］马吉恩．轴向柱塞泵流量脉动及配流盘优化设计研究［Ｄ］．杭州：浙江大学，２００９．［９］胡敏．锥形缸体斜盘式轴向柱塞泵设计研究［Ｄ］．兰州：兰州理工大学，２０１１．［１０］ＫＩＭＪＨ，ＪＥＯＮＣＳ，ＨＯＮＧＹＳ．ＣｏｎｓｔａｎｔＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎ⁃ｔｒｏｌｏｆａＳｗａｓｈＰｌａｔｅＴｙｐｅＡｘｉａｌＰｉｓｔｏｎＰｕｍｐｂｙＶａｒｙｉｎｇＢｏｔｈＶｏｌｕｍｅｔｒｉｃＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄＳｈａｆｔＳｐｅｅｄ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒ⁃ｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒ⁃ｉｎｇ，２０１５，１６（１１）：２３９５－２４０１．［１１］张一，高有山，权龙．四配流窗口轴向柱塞泵仿真与分析［Ｊ］．液压气动与密封，２０１６，３６（３）：１８－２１．ＺＨＡＮＧＹ，ＧＡＯＹＳ，ＱＵＡＮＬ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｘｉａｌＰｉｓｔｏｎＰｕｍｐｗｉｔｈＦｏｕｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＷｉｎｄｏｗｓ［Ｊ］．ＨｙｄｒａｕｌｉｃｓＰｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆Ｓｅａｌｓ，２０１６，３６（３）：１８－２１．［１２］那成烈．三角槽节流口面积的计算［Ｊ］．甘肃工业大学学报，１９９３，１９（２）：４５－４８．ＮＡＣＬ．ＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳｅｃｔｉｏｎａｌＡｒｅａｏｆＴｒｉａｎｇｌｅＴｈｒｏｔｔｌｅＣｈａｎｎｅｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧａｎｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙ，１９９３，１９（２）：４５－４８．［１３］那成烈．轴向柱塞泵可压缩流体配流原理［Ｍ］．北京：兵器工业出版社，２００３．［１４］凌鹏，权龙，黄伟男．配流盘结构对轴向柱塞泵压力流量特性影响的参数化研究［Ｊ］．液压与气动，２０１３（１２）：８９－９２．ＬＩＮＧＰ，ＱＵＡＮＬ，ＨＵＡＮＧＷＮ．ＴｈｅＰａｒａｍｅｔｒｉｚａｔｉｏｎＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＶａｌｖｅＰｌａｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅＰｒｅｓｓｕｒｅａｎｄＦｌｏｗＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＡｘｉａｌＰｉｓｔｏｎＰｕｍｐ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＨｙｄｒａｕｌｉｃｓ＆Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ，２０１３（１２）：８９－９２．［１５］梁全，谢基晨，聂利卫．液压系统ＡＭＥＳｉｍ计算机仿真进阶教程［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１６．（责任编辑：张艳君）㊃４１㊃机床与液压第４７卷。
斜盘式轴向柱塞泵的配流副特性分析
斜盘式轴向柱塞泵的配流副特性分析发布时间：2021-09-12T23:36:49.803Z 来源：《基层建设》2021年第17期作者：张树鹏1 周爱玲2 周志明3 王锦胜4 孔超5 [导读]摘要：斜盘式轴向柱塞泵的配流副润滑好坏会直接柱塞泵的使用寿命和使用安全性，而配流副的油膜承载力大小是衡量柱塞泵配流盘和圆锥型缸体底面润滑特性的指标。
因此基于雷诺方程建立并分析配流副稳态油膜模型，推导配流副油膜的压力场特点。
1、襄阳博亚精工股份公有限公司武汉分公司湖北省武汉市 4300002、中国人民解放军第3303工厂湖北省武汉市 4300003、襄阳博亚精工装备股份公有限公司武汉分公司湖北省武汉市 4300004、襄阳博亚精工装备股份公有限公司武汉分公司湖北省武汉市 4300005、襄阳博亚精工装备股份公有限公司武汉分公司湖北省武汉市 430000摘要：斜盘式轴向柱塞泵的配流副润滑好坏会直接柱塞泵的使用寿命和使用安全性，而配流副的油膜承载力大小是衡量柱塞泵配流盘和圆锥型缸体底面润滑特性的指标。
因此基于雷诺方程建立并分析配流副稳态油膜模型，推导配流副油膜的压力场特点。
然后采用CFD方法仿真分析油膜压力场的变化规律，分析理论模型与仿真结果，验证理论结果的正确性，为斜盘式轴向柱塞泵的替代进口提供理论依据。
关键词：斜盘式轴向柱塞泵；配流盘；配流副；流场仿真 Abstract：The lubrication quality of the valve pair of swashplate axial piston pump will directly affect the service life and safety of the piston pump，and the oil film bearing capacity of the valve pair is the index to measure the lubrication characteristics of the valve plate and the bottom surface of the conical cylinder So based on Reynolds equation to build and analysis with vice steady-state flow model of oil film，the flow of oil film pressure field distribution was characteristic And then by adopting the method of CFD simulation analysis，the change rule of oil film pressure field analysis theory model and the simulation results，verify the correctness of the theoretical results，for the swashplate axial piston pump provides the theory basis for replace imported. Key words：swashplate axial piston pump valve plate valve pair flow field simulation oil film bearing capacity 引言斜盘式轴向柱塞泵是液压传动系统中的重要动力源，广泛使用在各种机械工程和矿山设备中。
斜盘式轴向柱塞泵回程盘球铰副运动学及动力学分析
斜盘式轴向柱塞泵回程盘球铰副运动学及动力学分析斜盘式轴向柱塞泵是一种常见的液压元件，广泛应用于工程机械、汽车液压系统等领域。
其中，回程盘球铰副是该泵的重要组成部分，它的运动学和动力学特性对泵的性能有着重要的影响。
一、斜盘式轴向柱塞泵的工作原理斜盘式轴向柱塞泵由驱动轴、泵盖、排油板、斜盘、轴向柱塞等组成。
泵体内部设置有多个环形油槽，在轴方向有一定的分布角度，油槽内设置有轴向柱塞。
当驱动轴旋转时，通过油液的进出，使轴向柱塞往复运动，从而实现油液的压力增大和供油或排油。
二、回程盘球铰副的结构特点回程盘球铰副是斜盘式轴向柱塞泵中起着关键作用的部件之一。
它由回程盘、球铰和固定盘等组成。
回程盘上分布有多个与轴向柱塞相对应的球孔，而固定盘上的孔则与回程盘的球孔相交。
三、回程盘球铰副的运动学分析回程盘球铰副的运动学分析是分析其运动过程的方法。
在斜盘式轴向柱塞泵的工作过程中，当轴向柱塞从某一输油槽内向外移动时，油液从柱塞的输油孔进入柱塞内，并推动柱塞向外运动。
此时，回程盘与固定盘的球孔封闭，油液由柱塞的中心孔流过，并进入到反向工作腔中。
而当柱塞从插入孔进入输油槽时，回程盘与固定盘的球孔打开，使得压力油液顺利进入柱塞中，完成供油过程。
四、回程盘球铰副的动力学分析回程盘球铰副的动力学分析主要是分析其受力情况及各部件之间的相互作用。
由于轴向柱塞的往复运动，使回程盘在输油槽内有很大的压力，而当柱塞从插入孔进入输油槽时，回程盘与固定盘之间的球孔处于开启状态，此时，回程盘上的压力得到释放，从而减小了回程盘的受力。
五、回程盘球铰副的优化设计为了提高斜盘式轴向柱塞泵的工作效率和可靠性，回程盘球铰副的优化设计显得尤为重要。
可以通过优化回程盘与固定盘球孔的配合精度，减小摩擦阻力，提高回程盘的运动灵活性和稳定性。
此外，还可以通过合理布置球孔的形状和数量，改善油液的流动性，减小能量损失。
六、结论斜盘式轴向柱塞泵回程盘球铰副的运动学和动力学分析对于提高泵的性能具有重要意义。
斜柱塞斜盘式轴向柱塞泵柱塞的运动学及动力学特性分析
斜柱塞斜盘式轴向柱塞泵柱塞的运动学及动力学特性分析杨逢瑜;胡敏;马德江;温亚非;马毓姝【摘要】The kinematic and dynamic characteristics of piston pump with inclined piston are more comrnplex than that of piston pump with parallel piston due to the piston inclined angle of the former. In order rnto achieve higher design accuracy, the kinematic and dynamic characteristics of piston pump with inclined rnpiston was studied by using traditional theory of solid geometry. Besides, the virtual prototype of piston rnpump with inclined piston-A11VO190 pump was fabricated based on Pro/E and ADAMS software. Comrnpared to the theoretical analysis, the simulation showed that the theoretically derived motion equation was rnproper analysis and the virtual prototype technique coud be applied to the pump design.%针对斜柱塞泵运动规律受到柱塞倾角的影响,较直柱塞泵更为复杂的特性,为了提高设计精度,在对斜柱塞泵柱塞的运动学及动力学特性进行传统的空间几何理论分析基础上,以A11VO190型斜柱塞泵为研究对象,用Pro/E软件和ADAMS 软件制作A11VO190型泵的虚拟样机.分析柱塞的运动学特性,并与理论分析结果比较表明,理论推导的运动方程是正确的,虚拟样机技术能够正确模拟柱塞泵各部位复杂的运动关系.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2011(037)002【总页数】6页(P52-56,封3)【关键词】斜柱塞;轴向柱塞泵;虚拟样机;运动学;动力学【作者】杨逢瑜;胡敏;马德江;温亚非;马毓姝【作者单位】兰州理工大学,能源与动力工程学院,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,能源与动力工程学院,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,能源与动力工程学院,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,能源与动力工程学院,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,能源与动力工程学院,甘肃,兰州,730050【正文语种】中文【中图分类】TH137.51斜盘式轴向柱塞泵具有密封性好、工作压力高、容积效率和总效率高、排量容易实现变动及输出功率大、体积小、重量轻等优点［1］.其中常见的斜盘式轴向柱塞泵的柱塞中心线平行于缸体的轴线（以下简称此种结构泵为直柱塞泵），这种泵的相关理论已比较完善，也有成熟的产品，在工业上已获得了极广的应用.然而在某些场合，为结构紧凑、减轻重量、增大排量，通常采用柱塞中心线与缸体的轴线成某一夹角β（称为柱塞倾角）的斜盘式轴向柱塞泵（以下简称此种结构泵为斜柱塞泵）.对于斜柱塞泵，国内目前往往主要是测绘仿制，没有形成完整的、精确的理论体系和设计体系.A11VO190型变量泵为Rexroth公司产品，可通过调节其斜盘的倾角来改变输出排量，它的基泵为柱塞倾角为β的结构.由于柱塞轴线倾角为β，其轴线分布在锥角为2β的圆锥面内，柱塞轴线为圆锥母线，因此缸体成锥形形状，如图1所示. 虚拟样机是基于仿真的设计，是建立在计算机上的系统或子系统模型，它能在一定程度上具有物理样机相似的功能真实度.虚拟样机用精确逼真的数字模型，包括几何外形、传动和连接关系、物理特性、动力学和运动学特征等，表示物理样机的各个部分以及整个原型样机.虚拟样机也可以通过数据交换模块，生成用电子控制、液压控制、气压控制的机械多体动力学数字化模型.由于虚拟样机完全按照对象最本质的因素建模，在动力学特性上非常接近于物理样机，因此对虚拟样机的仿真评估可以代替对物理样机总体设计性能的评估［2］.图1 A11VO190型柱塞泵结构原理图Fig.1 Configurational and operation principle diagram of piston pump A11VO1901 斜柱塞泵柱塞运动学特性分析斜柱塞泵柱塞运动分析简图如图2所示.当主轴按图示方向转动时，位于上死点A 的柱塞随缸体转动，在斜盘面作用下，位于图2纸面外的柱塞向下死点运动，当φ＝180°时达到下死点，并从下死点向上死点A运动，由几何关系可知，柱塞头部的运动轨迹位于斜盘平面与柱塞轴线所在圆锥曲面的交线上［3］.为便于研究柱塞的运动方程，取如图2所示oxyz坐标系.如图3和图4所示，H为圆锥高度，R 为圆锥底半径，即上死点到缸体轴线距离，△AA1 C1为斜盘平面，∠A1 Ao＝γ（斜盘倾角），∠ASo＝β（柱塞倾角）.弧AB1 C1为平面与圆锥的交线，即柱塞的运动轨迹.Rt△So B为Rt△So A转φ角时的位置，B1即为t时刻柱塞头部所在的空间位置，A、A1、B1、C1 共面.图4中，动点B1在oz上投影为B2，则B1 B2表示动点到z轴距离或动点到缸体轴线的动半径R（φ）.按几何关系则有图2 斜柱塞泵柱塞运动分析简图Fig.2 Schematic diagram of piston pump with inclined piston图3 柱塞运动轨迹Fig.3 Motion locus of piston如图4所示，在xoy平面内过A点作垂线AP，与动Rt△SoB的直角边延长线交于P1，如图5所示，有o P1＝R／cosφ.连接A1 B1并延长与o B延长线交于P＊点，如图3所示，由立体几何知识可知P1与P＊重合.图4 旋转视图Fig.4 Rotating view图5 xoy平面上相交点情况Fig.5 Point of intersection on xoy－plane斜盘平面内的动线A1 B1上的点B1与其在oz轴上的投影点B2连接所构成的动半径R（φ）＝B1 B2，交角为γφ，由几何关系知：由上式可知，该轨迹关于x′轴对称，关于y′轴近似对称，是一个椭圆，该椭圆大小及形状决定了斜柱塞泵回程盘的几何尺寸.2 斜柱塞泵柱塞动力学特性分析2.1 柱塞滑靴组件的总惯性力单个柱塞滑靴组件的移动惯性力为式中：mps为柱塞滑靴组件的质量，api为第i个柱塞的相对加速度.根据式（7），当斜盘倾角γ为定值时斜柱塞泵柱塞的相对加速度为式中：Z为柱塞数.假如在排油区中离上死点最近的一个柱塞的转角是φ1（0≤φ1≤2π／Z），则以下几个柱塞距上死点的转角为因此，所有与吸入和压排油腔相通的柱塞的总惯性力为式中：ζ为与柱塞个数Z、柱塞倾角β和斜盘倾角γ有关的系数.与常见的直柱塞泵的柱塞滑靴组件所受的最大总惯性力［5］对比，其中ξ仅是与柱塞个数Z有关的系数，可见斜柱塞泵柱塞滑靴组件受力情况比直柱塞泵更为复杂.2.2 斜盘对柱塞滑靴组件的反作用力由于斜柱塞泵柱塞倾斜的缘故，当将斜盘对柱塞滑靴组件的反作用力FN分解为沿柱塞轴向的分力FP和垂直于柱塞轴向的分力FF时，斜柱塞泵FN与FP的夹角将比直柱塞泵的大出一个柱塞倾角β，如图6所示.图6 斜盘对组件的反作用力示意图Fig.6 Sketch map of reacting force of swash plate onto subassembly3 斜柱塞泵的虚拟样机建模构建虚拟样机的关键在于建立精确的三维模型以及对三维模型添加合适的约束［6－7］.为和前述数学模型对照，这里以A11VO 190型柱塞泵为研究对象建立斜柱塞泵虚拟样机模型.为简化分析，在不影响柱塞泵功能的前提下，在建立虚拟样机时，只考虑了一些关键的零部件［8］.根据实际零部件的运动关系，在三维模型中添加表1的约束关系［9］.表1 泵各部件间的运动约束关系Tab.1 Constraints of both components of pump部件壳体主轴缸体柱塞滑靴斜盘主轴旋转副固定副缸体固定副圆柱副柱塞圆柱副球铰副滑靴球铰副平面副斜盘旋转副平面副轴承固定副旋转副配流盘固定副将具有约束关系的三维模型导入到多体动力学仿真软件ADAMS中，并在该模型定义了2个驱动：① 驱动斜盘转动的旋转驱动，类型为位移驱动，其驱动规律由如下函数定义：STEP（time，0.05，0＊1d，0.1，5＊1d）；② 驱动主轴旋转的旋转驱动，类型为速度驱动，其驱动函数为：12 600.0d.通过求解器命令方式脚本仿真控制，使得泵运动规律为：在0～0.05 s内，处于静止状态；在0.05～0.10 s 内，主轴静止，斜盘旋转，斜盘倾角γ从0°变化至5°；在0.1～5.0 s内，斜盘倾角γ 保持5°不变，主轴以2 100 r／min的速度旋转.这样便构建了斜柱塞泵的虚拟样机模型，如图7所示.图7 斜柱塞泵（A11VO 190型）的虚拟样机模型Fig.7 Virtual prototype model of piston pump with inclined piston（A11VO 190-type）4 仿真结果分析虚拟样机模型的仿真参数：主轴转速为2 100 r／min，仿真时间为5 s，仿真步长为0.1 ms.数学模型的相关参数可以通过对虚拟样机模型进行测量得到［10］：斜盘倾角γ＝π／36 rad，柱塞倾角β＝0.075 63 rad，锥底半径R＝62.777 3 mm.在MATLAB中利用M文件编制程序（具体程序略）对数学模型式（7）进行计算，并将计算结果以文本文件格式输出.数学模型仿真结果如图8所示.在ADAMS软件中对虚拟样机模型运行仿真后，在后处理模块中绘制出某柱塞速度曲线，如图9所示.图8 数学模型柱塞速度曲线Fig.8 Piston velocity curve of mathematic model 图9 虚拟样机模型柱塞速度曲线Fig.9 Piston velocity curve of virtual prototype model由图9可见：在0～0.05 s内，柱塞速度为0 mm／s，泵处于静止状态；在0.05～0.10 s内，柱塞在运动，运动是由于斜盘的转动引起的；0.10 s开始，主轴开始旋转，柱塞速度呈正弦规律变化.将保存有数学模型计算结果的文本文件里的数据输入ADAMS／View，并作为测量数据储存起来，在虚拟样机模型柱塞速度曲线中叠加由这些测量数据生成的样条数据曲线后得到图10.分析图10可知：数学模型计算得出的柱塞速度曲线和斜柱塞泵虚拟样机模型仿真得到的柱塞速度曲线完全吻合，柱塞速度呈正弦规律变化，速度的变化周期约为0.028 6 s，最大瞬时速度为1 198.887 mm／s.由此可验证上述理论分析是正确的. 图10 对比分析Fig.10 Comparative analysis5 结论1）斜柱塞泵柱塞运动规律受到柱塞倾角的影响，较直柱塞泵更为复杂.斜柱塞泵柱塞滑靴组件动力学特性也因为柱塞倾角的存在而比直柱塞泵更为复杂.设计斜柱塞泵时，为提高设计精度，必须考虑到这些差异.2）利用虚拟样机技术能够模拟柱塞泵各部位复杂的运动关系，可以清楚地看到它们的运动规律.通过建立虚拟仿真环境进行研究分析，可以降低实验成本，提高试验效率，缩短实验周期，对于研究分析轴向柱塞泵性能具有重要意义.参考文献：［1］翟培祥.斜盘式轴向柱塞泵设计［M］.北京：煤炭工业出版社，1978.［2］杨智炜.轴向柱塞泵虚拟样机仿真技术研究［D］.杭州：浙江大学，2006. ［3］许贤良，刘利国.A 4 V柱塞泵运动方程研究［J］.煤矿机械，2001（7）：19-21.［4］徐绳武.柱塞式液压泵［M］.北京：机械工业出版社，1985.［5］宋起跃，张立群，梁晋中.斜盘型轴向柱塞泵柱塞副受力分析［J］.兵工学报，1999（3）：25-30.［6］那成烈，陈宁，那焱青.功率匹配轴向柱塞泵的动态仿真研究［J］.甘肃工业大学学报，2000（26）：54-59.［7］王建臣，吾雪青.基于虚拟样机技术的偏心柱塞泵建模与仿真研究［J］.设计与研究，2009（6）：44-47.［8］ MSC Software PRC技术部.多学科系统级虚拟样机建模与仿真解决方案［J］.设计制造，2006（1）：66-67.［9］孟令辉，占金春.机电液一体化虚拟样机建模与协同仿真技术研究［J］.机械制造，2007（45）：11-14.［10］高殿荣，范卓立.基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵运动特性仿真分析［J］.液压与气动，2007（4）：25-29.。
斜柱塞斜盘式轴向柱塞泵柱塞的运动学及动力学特性分析
斜盘式轴 向柱塞泵具有密封性好 、 工作压力高、 容积效率和总效率高、 排量容易实现变动及输 出功
率大、 体积小 、 重量轻等优点［． 中常见 的斜盘式 １其 ］ 轴向柱塞泵的柱塞中心线平行于缸体的轴线 （ 以下
简 称此 种结 构泵 为直 柱塞 泵 ）这种 泵 的相关 理 论 已 ，
Ａ １ Ｏ１０ １Ｖ ９ 型变量泵 为 Ｒ ｘｏｈ公司产品 ， ｅｒｔ 可 通过调节其斜盘的倾角来改变输 出排量 ， 它的基泵 为柱塞倾角为 的结构． 由于柱塞轴线倾角为 ｐ其 ， 轴线分布在锥角为 ２ 的圆锥面内， 柱塞轴线为圆锥 母线 ， 因此缸体成锥形形状 ， 如图 １ 所示．
ＹＡＮＧ ｅｇｙ ，ＨＵ ｎ Ｆ ｎ －ｕ Ｍｉ，ＭＡ ｉ ｇ Ｗ Ｅ Ｙａｆｉ ＭＡ －ｈ Ｄ叫 ａ ， ｎ Ｎ － ， ｅ Ｙｕｓ ｕ
（ ｏ ｌ ｅｏ ｅｇ ｎ ｏ ｒＥ ｇｎ ｅ ｎ ，Ｌ ｎ ｈ ｕ Ｕｎｖ ｆ ｃ ． Ｌ ｎ ｈ ｕ ７ ０ ５ ， ｈ ｎ ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅ Ｅｎ ｒ ｙ ａ ｄＰ ｗｅ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ａ ｚ ｏ ｉ．ｏ ｈ ， ａ ｚ ｏ ３ ０ ０ Ｃ ｉａ ｉ Ｔｅ
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挖掘机回转马达柱塞副的性能研究
第 ６期
机械研究 与应用
ＭＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ＆ ＡＰ Ｉ ＰＬ ＣＡ１ ＯＮ
Ｖ０ Ｎｏ ６ ｌ２ｌ ２ ｏ 一２ ０ ８ｌ
２０ ０ ８年 １ ２月
挖 掘机 回转 马 达柱 塞 副 的性能研 究
王海英 ， 柯 坚， 于兰英 ， 国志 王
ｏ
下脯
图 １ 柱塞副位置简图 图３ 柱塞副在 Ｘ Ｙ平面 的受力简图 Ｏ
２ 柱 塞 受力 分析
柱塞组件包括柱塞和滑靴 ， 方便起见， 以整体进 行研究 ， 腔容积最小 时 的下 死点 位置 为 ０ ， 塞 柱塞 。柱
转过任意角度 时的位置 如图 １ 所示 ， 将其三 维受力 分别分解 到 Ｘ Ｙ Ｙ Ｚ平 面 ， 力 简 图如 图 ２ ３所 Ｏ ，Ｏ 受 ，
ｓｕｈ ｅ ｉ ｔ ｎ ｅ ｉ 。 ｈｎ ｄ ｉ ｎｎ ６ ０３ 。Ｃ ｉ ｏｔｗｓ Ｊ ｏ ｎ ｕｉ ｒｔ Ｃ ｅｇ ｕＳ ｈ １０ １ ｈｎ ｔ ａｏ ｇ ｖ ｓｙ ｃａ ａ）
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｌｗ ｎ ｔｒ ｏ ｔ ｘ ａ ａｏ ｅ ｉ ｎ ｄ ｂ ｌ＂ｅ ｈ ｏｏ ｙｃ ｎｅ －ｔｅ ｗ ｒ ｒ ｒ ｎ ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｔ ｉ ａ ｅ 。 ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｉ ｇｍｏｏ ｒ ｃ ｖ ｔｒｄ ｓｇ ｅ ｙＯ ｌ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｔｒ ｈ ｏ ｋｐ ｆ ｍａ ｃ ｅ ｆ ６ ｅ ｌｔ ｅ ｏ ０ ｓ ｐ ｓ ｎ ｉ ａ ａｙ ｅ ．Ｔ ｋ ｎ ｈ ５ ｏ ｓ ｓｒ ｉｅ ｆ ｉ －ａ ｄ ｕ ｉ ｇ ＭＡ Ｌ ｏ ｄ ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｏｃ ｈ ｎ ｅ ｏ ｅ ｆ ｔ ｉｔ ｓｎ ｌｚ ｄ ｉ ｏ ａ ｉｇ ｔ ｅ４ ＃ ｉ ａ ｅｖｃ ｕｄ ｌ ｌ ｎ ｓｎ Ｔ ＡＢ ｔ ｏ ｔｅ ｓｍｕ ａ ｏ ．ｆ ｒｅ ｃ ａ ｇ ｎ ｔ ｉ ｈ ｐ ｓｏ ｏ ｐ ｅａ ｄ ｉ ｅ ａ ｅ ｒ ｔ ｉ ｎ ｃ ｕ ｌ ｔ ｌ ａ ｇ ａｅ眦 ｔ ｎ ｓ ｋ ｌ ｏ ａ ｌｓ ｄ ｈ ｓ ｉ ｒ ｖｄ ｅｅ ｅ ｃ ａｕ ｅ ｉｎ ｏ ｓｏ ｆ ｌｗ ｎ ｔｒ ａｓ ａｙ ｅ ，ｔ ｉ ｗ ｌ ｐ ｏ ｉ ｅ ｒｆ ｒ ｎ ｅｖ ｌ ｅ ｆｒｔｅ ｄ ｓｇ ｆ ｉｔｎ ｏ ｅ ｉ ｇ ｍｏｏ ． ｎ ｌ ｏ ｈ ｐ ｓ
双侧驱动轴向柱塞马达斜盘结构设计及优化
对于双侧驱动轴向柱塞马达斜盘结构的设计 还未有研究ꎮ 因此ꎬ研究各排柱塞及其滑靴在斜盘 上的运动轨迹并合理设计新型斜盘的结构尺寸是 完善其基础理论的需要ꎮ
１ 新型斜盘结构
斜盘是轴向柱塞马达的关键零部件之一ꎬ对于 柱塞马达可变容积的形成来说是不可缺少的ꎬ它支 撑着滑靴从而推动柱塞沿轴向对缸体柱塞孔内的 液体做功ꎮ 在进行斜盘结构尺寸设计时ꎬ斜盘多斜 面结构的每个斜面的最大外径需保证所对应滑靴 的底面与斜盘相接触ꎮ 基于平衡式两排轴向柱塞 泵及双侧驱动轴向柱塞马达ꎬ引入新型斜盘ꎬ其工 作原理与普通斜盘相同ꎬ但结构相对于普通斜盘较 复杂ꎬ因其特殊的构造ꎬ在设计时所需考虑的各零 部件之间的相互配合情况较多(见图 １)ꎮ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｂｉｌａｔｅｒａｌ Ｄｒｉｖｅ Ａｘｉａｌ Ｐｉｓｔｏｎ Ｍｏｔｏｒ’ ｓ Ｓｗａｓｈ Ｐｌａｔｅ
ＤＥＮＧ Ｈａｉ － ｓｈｕｎꎬＤＡＩ ＰｅｎｇꎬＹＡＮＧ Ｙｏｎｇ － ｋａｎｇ
( Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＡｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨｕａｉｎａｎ Ａｎｈｕｉ ２３２００１ꎬＣｈｉｎａ)
第 ３８ 卷 第 １ 期 ２０１８ 年 １ 月
安徽理工大学学报( 自然科学版)
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ( Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ)
Ｖｏｌ. ３８ Ｎｏ. １ Ｊａｎ. ２０１８
双侧驱动轴向柱塞马勇康
( 安徽理工大学机械工程学院ꎬ安徽 淮南 ２３２００１)
摘 要:斜盘是双侧驱动轴向柱塞马达实现液压力平衡的关键零部件之一ꎬ能否合理设计斜盘 结构对整个马达的性能有很大的影响ꎮ 基于双侧驱动轴向柱塞马达ꎬ引入了新型斜盘结构ꎬ分 析了柱塞及滑靴运动轨迹对斜盘尺寸的影响ꎮ 结果表明:各个斜盘斜面的倾角、各排柱塞直径 及分布圆直径、滑靴相关尺寸等对斜盘尺寸都有一定的影响ꎬ以此为基础采用新的设计方法对 斜盘进行设计ꎬ并通过实例计算与校核证明该设计方法有效ꎮ 该研究可为双侧驱动轴向柱塞 马达结构设计提供指导ꎮ 关键词:双侧驱动ꎻ轴向柱塞马达ꎻ斜盘ꎻ柱塞ꎻ滑靴 中图分类号: ＴＨ１３７. ５ 文献标志码:Ａ 文章编号:１６７２ － １０９８(２０１８)０１ － ００１５ － ０５
斜盘式轴向柱塞泵的特点
斜盘式轴向柱塞泵的特点《聊聊斜盘式轴向柱塞泵的那些特点》嘿，大家好呀！今天咱就来唠唠这个斜盘式轴向柱塞泵。
要说这斜盘式轴向柱塞泵啊，那可真是个有趣的小家伙。
它就像是一个大力士，但不是那种头脑简单四肢发达的大力士哦，人家可是很有“头脑”的呢！先来说说它的大力气吧。
这家伙的压力那可不是一般的高，可以像超级赛亚人一样把液体打得远远的。
而且它的排量还特别大，就好像一个大胃王，能吞下好多好多的液体，然后再用力地吐出去。
想象一下，它就像是一个勤劳的搬运工，不知疲倦地把液体从这头运到那头。
这个小家伙还特别的“专一”呢！只要你设定好了，它就会老老实实地按照你的要求工作。
不会突然闹脾气，或者给你搞点什么幺蛾子，它的可靠性那简直就是杠杠的。
还有一点让我特别佩服它，那就是它的效率超级高！这就像是一个跑步冠军，不浪费一丝一毫的力气，把所有的能量都用在了最该用的地方。
它可不会随随便便浪费你的“粮草”，绝对让你觉得物超所值。
不过呢，这家伙也不是十全十美的啦。
它有时候也会有点小脾气，比如说噪声会相对大一点，就好像是在告诉你：“嘿，我可是在努力工作着呢！”这时候你就得好好哄哄它，给它找点好的工作环境啦。
而且它的结构相对来说也有点复杂，就好像是一个复杂的谜题，需要我们细心去研究、去呵护它。
不过没关系呀，一旦我们把它搞明白了，它就能乖乖地为我们服务啦。
总的来说，斜盘式轴向柱塞泵就像是我们身边一个有力的小伙伴。
虽然它有那么一点点小缺点，但它的优点可是多得数都数不过来呢！只要我们好好和它相处，它就能帮我们解决很多大问题。
和它在一起久了，你会发现越来越离不开它，它就是那种默默付出、却又能给你带来巨大帮助的好朋友。
所以呀，让我们好好珍惜这个有趣的小家伙吧！。
斜盘柱塞液压马达工作原理
斜盘柱塞液压马达工作原理说起斜盘柱塞液压马达工作原理，我有一些心得想分享。
大家有没有观察过那种老式的压水井呢？就是那种要上下按压手柄，就能把地下水弄上来的工具。
其实这和斜盘柱塞液压马达有一点点相似的感觉哦。
咱们先来说说斜盘柱塞液压马达的基本构造。
它有一个斜盘，这个斜盘就像是一个倾斜的山坡。
然后还有柱塞，柱塞呢就好比是一个个小滑行者。
当液压油进入到马达里面的时候呢，就像有一股强大的力量，推动着柱塞在斜盘这个“山坡”上运动。
柱塞在斜盘上滚动或者滑动，就会带动传动轴旋转，就像那些小滑行者沿着倾斜的山坡滑下，然后因为他们的运动就能带动一些东西转动起来。
说到这里，你可能会问，那它怎么能持续转动呢？这就涉及到它特殊的结构设计啦。
多个柱塞是同时工作的，就像好多小滑行者依次排队从“山坡”上滑下，这样就能保证转动很稳定，也有持续的动力输出。
在学习这个原理的时候，老实说，我一开始也不明白为什么要设计成斜盘的形状呢？后来我才知道，斜盘的倾斜角度可以很好地控制柱塞的运动行程，也就能够控制马达的输出转速和扭矩啦。
这就好比不同的山坡倾斜角度，小滑行者滑下的速度和能带动东西的力量就不一样。
实际应用案例可多着呢。
比如说在一些工程机械里面，像挖掘机的回转装置很多时候就会用到斜盘柱塞液压马达。
这样就能够很方便地控制挖掘机上部结构的转动，让它想怎么转就怎么转。
那这里面有什么注意事项呢？那就是对液压油的要求比较高。
因为整个系统都是靠液压油来驱动柱塞运动的，要是液压油有杂质或者质量不好，就像小滑行者在高低不平还有石头（杂质）的山坡上滑行，会损伤整个马达的。
还有一点值得我们延伸思考的是，现在科技那么发达，会不会有新的技术来改进斜盘柱塞液压马达，让它的效率更高、性能更好呢？我觉得这是非常有可能的，比如在材料上采用更加耐磨或者自润滑的材料制作柱塞，又或者采用新的控制方式来调节斜盘的角度。
我感觉我对这个原理的理解还不是最全面的呢，但我也很想听听大家的看法，比如你们有没有遇到过和它相关的工程问题呀？欢迎讨论哦。
柱塞泵的维修之 柱塞的深度解析
柱塞故障特征 宏观特征
压力冲击 高速运转 低排量运转
2020/4/10
导致柱塞和缸体内表面的磨损，如果杂质的尺寸较大的话， 可能会导致柱塞卡死在缸体里面；
（2）系统过滤器破损，聚集在过滤器里面的杂质就会被混 入液压油，导致磨损和卡死现象；
（3）液压油混入水份或混入较大量的空气，致使润滑能力 大大减低，柱塞在缸体里高速往复运动时，会产生热量， 导致磨损或柱塞变色。
D4-D3 <½ D4，我们可以视为小孔柱塞，
柱塞分类
按照柱塞体的中心孔的尺寸分，分大孔柱塞和小 孔柱塞（见图示），所谓大孔和小孔指的是“柱 塞体中心孔”。
这是大孔
小孔柱塞
柱塞分类
这是小孔
2020/4/10
柱塞分类 大孔柱塞体优缺点
优点： 1，内壁比较薄，重量轻。 2，高速回转的离心力比较小，在额定的转动惯量下，使用 这种柱塞的回转半径可以设计的比较大； 3，柱塞体的热膨胀量就比较小，柱塞外径与缸体的配合间 隙的变化受温度的影响就比较小。
斜盘式柱塞泵维修方法论之一 柱塞的深度剖析
柱塞的功能 柱塞的分类 柱塞故障特性 柱塞与孔的精配
柱塞的功能
柱塞是柱塞泵的
命名元件，柱塞
泵之所以被称为
柱塞泵就是因为
柱塞是成压元件
柱塞作为一个组 合件，包含了滑
俺பைடு நூலகம் 柱塞
靴和柱塞体，
柱塞的工作原理
我们 排油
2020/4/10
斜盘式轴向柱塞泵的结构分析与设计说明书
一、柱塞运动学分析 二、流量脉动 三、困油问题 四、柱塞滑靴的受力分析 五、缸体的受力分析 六、滑靴副的结构 七、配流盘的结构 八、配流盘和缸体的自位结构 九、关键零部件的设计 十、主要零件的材料与技术要求
一、柱塞运动学分析〔参考《液压元件》
滑靴在旋转过程中,由于离心力的作用,滑靴对 于斜盘产生的压紧力将偏离滑靴的轴线.在此力所 引起的摩擦力的作用下,滑靴、柱塞在运动中会产 生绕自身轴线的旋转运动,转动的快慢取决于旋转 摩擦力的大小.但这一自旋可以改善滑靴底部的润 滑,对减小摩擦、改善磨损和提高效率均有利.
开设减振槽〔阻尼槽、眉毛槽或 减振孔〔阻尼孔
四、柱塞滑靴的受力分析
1、柱塞的回程 辅助泵供油强制回程 分散弹簧回程 集中中心弹簧回程 定间隙强迫回程
1、柱塞的回程 辅助泵供油强制回程 分散弹簧回程 集中中心弹簧回程 定间隙强迫回程
四、柱塞滑靴的受力分析
为了使滑靴以一定大小的力紧贴斜盘回程,中 心回程弹簧必须克服以下诸力：
GCr15、9SiCr、CrMn、T7A、T8A及氮化钢38CrMoAlA等.
前三种表面渗碳深度要达0.8~1.2毫米,淬火硬度须达到
HRC56~63,其它钢种热处理硬度也要达到HRC60左右.
CrMn和9SiCr工具钢具有热处理变形小、金相组织稳定的
优点.
GCr15热处理后对应力集中敏感,曾发生过柱塞折断的现象, 尽量少用.
或者在上述材料的表面喷涂或熔敷各种陶瓷层,如ZrO2、 Al2O3、Cr2O3及其它陶瓷粉末.
缸体的材料通常为ZQSn10-1或ZQAlFe9-4,此外也可用耐磨铸 铁或球墨铸铁等.为了节省铜,常用20Cr、12CrNi3A或GCr15 作基体而在柱塞孔处镶嵌铜套,
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图2柱塞结构示意图
中图分类号：TP137．3文献标识码：A 文章编号：1672－8904（2009）02－0012－003
收稿日期：2008－07－30
作者简介：王海英，男，1984－，在读研究生。
研究方向：液压驱动与控制。
第2期（总第33期）2009年3月
No．2(Serial No．33)
Mar．2009
Fluid Power Transmission and Control
2仿真条件的设定
图6仿真所受的比功
2009年3月
13
王海英等：斜盘柱塞马达柱塞副的性能研究
利用matlab 进行仿真，代入上述参数，可得侧向作用力F 1、F 2的变化曲线如图3所示，不考虑柱塞惯性力时，其变化曲线如图4所示。
比较两图可以看到，F 1和F 2曲线的趋势几乎没有什么变化，即柱塞惯性力对其影响很小，一般情况下可以忽略不计。
另外，F 1明显大于F 2，表明柱塞受力分布是不均匀的，其最大受力出现在上死点，且前端远大于后端，应注意其强度和抗磨性等。
得到柱塞侧向受力的情况后，根据比压的计算公式：[p ]＝2F ／ld 和比功的计算公式：pv ＝2FV ／ld （式中v ＝2πn ／60Rtan βsin φ），可进一步仿真柱塞所受的比压和比功，其变化曲线分别如图5和图6所示：
由图可以看到，
柱塞所受比压变化趋势与压力变化一致，比功则先变大后变小，且前面较后面稍微
平缓一点，最大值出现在从下死点转过约130度的时候。
回转马达的柱塞和缸孔有一定间隙，靠此间隙
实现密封。
由于该间隙两端有压差，会有少量液压油泄漏，并起到对柱塞副的支撑、润滑、和冷却的作用。
该间隙若太大，则泄漏增加，降低容积效率；若太小又容易发生“咬死”现象。
一般液压马达的间隙取为直径的千分之一左右。
单个柱塞的泄漏可视为偏心圆环缝隙内的流动，其瞬时泄漏量为：
Q＝πdh 3P (1＋1．5ε2)／12μl＋πdhV ／2
式中h 为柱塞和缸孔的单边配合间隙，ε为柱塞偏心率，本文中取1＋1．5ε2＝1．75[2]，μ为油液动力粘度，v 为柱塞相和缸壁的相对滑动速度，v ＝wR tan βsin[φ＋(i －1)a ]。
本文分别计算了10um 、12um 、14um 、16um 时的泄漏情况，仿真结果如图7所示：
由图可以看出，间隙越大，泄漏越大，且泄漏不是恒定的，存在流量脉动。
各个间隙对应最大泄漏的容积效率损失如下表所示：
3仿真结果
图4
图3
图5仿真所受的比压
4泄漏计算
图7仿真结果
单边间隙（u m ）最大泄露量（L ／min ）容积损失效率
100．13360．18％
120．18470．25％
140．24930．34％
160．32960．44％
F 1F 2
F 1F 2
p 1p 2
p 1v p 2v
Performance Research of Plunger in Swash Plate Motors
SHI Jin－yan
Abstract :This paper based on the slewing motor for 6t excavator which designed by new drive technolo-gy center,analyzed the work performance of its piston．Taking the 46＃oil as service fluid ,and using MATLAB to do the simulation ,the change of force curve was shown and the leakage rate was calculated ,this will provide important reference value for the design of piston of slewing motor．Key words :slewing motor piston force analysis leakage calculation MATLAB
142009年第2
期。