水压轴向柱塞泵流量脉动动态仿真_邓斌
斜盘式轴向柱塞泵动态特性研究与仿真试验_邱博
1 系统工作原理
以导轨式喂花机液压系统为原型， 设计测试系统 如图 1 所示。 其是简化的液压系统工作原理， 柱塞泵 2 由电机的带动， 通过调压控制阀 3 调节最大出口压 力， 直至达到设定压力， 经过单向阀 4， 由电磁换向 阀 5 调节油液进入液压缸 6 达到驱动输棉导轨 7 的作 用。 此系统用来测试大负载情况下恒压泵特性曲线变 化， 为后续整个液压系统设计提供参考依据， 并为液 压控制系统设计提供参数。
θ1 θ2
图 3 柱塞泵配流过程 Fig. 3 Process of piston pump flow
随着缸体的转动， 三角槽过流面积公式为：
S=R2(Φ+φ0)2tan2θ1tan(θ2/2)
(1)
式中： Φ— ——柱塞转过的角度；
φ0— — — 初 始 位 置 时 第 一 个 柱 塞 通 油 槽 包 围 三 角 槽的区间角；
中国农机化学报 Journal of Chinese Agricultural Mechanization
DOI: 10.3969/j.issn.2095-5553.2014.01.046
Vol.35 No.1 Jan. 2014
斜盘式轴向柱塞泵动态特性研究与仿真试验 *
航空柱塞泵源脉动建模与仿真
（ ）当 ４
Ａ
＜ ≤
＝积
。
时：
＝ Ａ ｎ ｎ ｓ （１ — ａ （ ｉ ｑ） ｐ ｎ￣
作者简介 ： 卢菊仙 ， 北京航空推敲天大学在读研究对 于 ：
ｎ
溘－ 体秸动与 控副
＋ ｐ 尺 ｏ ｓ 酗 ｘ ｃｓ ｉ 一 ｎ
（） ８
Ａ｝ Ｅ ＝Ｏ
２６ 第３ ０年 期 ０
＝＋ ＋ ａ（ＣＳ １ 一） 善（ Ａ ｔ ０ Ｏ ＋ １ ｏ ｐ ｎ９ ［ ｒ 式中，施 油腔 Ｖ 体积，为 距。 ０ 角
ｑ＝ ｔ （） ｃｓ Ａｏａ ｃｃ ｏ（ ｒ ｎ ｒｏ （） ３ 式 中 ， ｑ 表示 泵 的转 速 ，整个 泵 的流量 可 以表 示 如
下：
ｎ
．
ｑ Ａｐａ （ － ｔｎ ｒ
ｉ（ ｎ
（） ４
式 中 ， 为 柱塞 总数 ， 处于 出油 腔 的柱塞 的总 数 是 ２２ 实际流 量分析 ． 对 实 际的泵 源脉 动仿 真做 如下 处理 。 将 活 塞 分 为 处 于 过 渡 区 的活 塞 和非 过 渡 区 的 活塞 ， 于过渡 区 的活塞 使用 公式 ： 处
维普资讯
第 ３ 总第 ｌ 期 ） 期（ ６
２０ ０ ６年 ５月
赢体 动与 控副
Ｆｌ ｉ ｏ ｒ Ｔ ａ ｍｉｓ ｏ ｎ Ｃ ｎ ｍ ｌ ｕ ｄ Ｐ ・ ｒ ｎｓ ｓ ｉｎ ａ ｄ ｏ ｔ ｗｅ
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２ 流 量 分 析
２１理 想流 量分析 ． 理 论 流 量 就 是 只考 虑 泵 的 几何 结 构 而 不 考 虑
泵 的泄 漏 和流 体压 缩 性 对 流量 影 响 时 的泵 源 流 量 。
基于CFD的柱塞泵动态性能仿真分析
基于CFD的柱塞泵动态性能仿真分析作者：尹锦锋杨宏斌来源：《山东工业技术》2015年第06期摘要：该文以轴向柱塞泵的配流盘为研究对象，运用CFD技术对配流盘结构和尺寸参数对泵内部液体的动力学特性以及泵的输出性能的影响进行研究，得到配流盘阻尼槽结构与柱塞泵流量脉动及压力冲击的参数化关系，仿真模拟证明了计算流体力学进行轴向柱塞泵动态性能仿真的有效性。
关键词：柱塞泵，配流盘，CFD技术，三角槽0 前言轴向柱塞泵具有体积小、传递功率大（高压力和高转速）、变量控制方便、效率高、寿命长等优点，因此在现代工程机械液压系统中，几乎都采用轴向柱塞泵作为油源[1]。
该文运用CFD技术成功地搭建了基于计算流体力学的轴向柱塞泵动态性能仿真模型。
分析了配流盘卸荷槽尺寸对柱塞泵性能的影响，对其结构的优化设计有重要意义。
1 轴向柱塞泵的结构特点伴随着液压系统对齿轮泵高效率、高可靠性、高功率密度（高压、大排量）的发展要求，柱塞泵额定工作压力不断提高，高压或超高压柱塞泵配流过程中的油击和噪声问题已经严重限制了柱塞泵的发展[2]。
解决斜盘式轴向柱塞泵配流过程中的油击和噪声问题的主要解决方案为：在高、低压腔间隔的闭死密封区开卸荷槽，使得转子上吸满低压油的工作腔在进入高压排油区的过程中，油液压力均匀升高至排油压力，同等油液压力的液压油接触即不会产生油击现象；同理，转子上的工作腔完成排油历程后，使得工作腔内的油液压力均匀下降至吸油口油液压力。
因此，为解决斜盘式轴向柱塞泵配流过程中的油击和噪声问题，需研究配流盘的工作原理及其卸荷槽结构的设计方法。
2 建立轴向柱塞泵配流动态模型本模型的主要研究对象为轴向柱塞泵的配流盘结构和尺寸参数对泵内部液体的动力学特性以及泵的输出性能的影响，因此建模的重心放在配流盘的配流作用上[3]。
配流整体几何结构用UG建立，图1为轴向柱塞泵配流3D模型，模型设计为9柱塞式轴向柱塞泵。
3 基于Fluent的轴向柱塞泵配流性能分析运用网格划分软件对三角形卸荷槽区域的网格进行局部细化，以提高计算精度。
斜盘式轴向柱塞泵动态特性研究与仿真试验
为 设计 平 台 ，就恒 压 柱塞 泵进 行 参数 建模 。并 建立 大
负 载模 型 。进 行仿 真 、动态 特性 分析 。
通 过对 导轨 式 喂花 机 液压 系统 的分 析 ，尤 其 是对 设计 中涉及 到 的关 键部 件 斜盘 式 轴 向柱 塞泵 的动态 特 性 分 析 ．本 文 建 立液 压 系统 的 Ａ ＭＥ ｓ ｉ ｍ模 型 ：通过 对 泵 的动 态 特性 的仿 真 ，对 其在 相 同转 速 、不 同负 载下
阀 ５调节 油液 进 入液 压 缸 ６达到 驱 动输棉 导 轨 ７的作 用 。此 系统 用 来测 试 大 负载情 况 下恒 压泵 特性 曲线 变 化 。为后续 整 个 液压 系 统设计 提 供参 考依 据 ．并 为液
压 控制 系统 设计 提 供参 数
或 者建 立 自己 的应 用 库 以及 元 件 。Ａ ＭＥ Ｓ ｉ ｍ 已成 为 车
邱博， 毕新胜， 陈璐， 王玉刚， 查鑫 宇， 李玉强． 斜 盘式轴 向柱塞泵动态特性研 究与仿真试验 ［ Ｊ 】 ． 中国农机化学报， ２ ０ １ ４ ， ３ ５
（ １ ） ： １ ９ ７ － ２ ０ １
Ｑ ｉ ｕ Ｂ ｏ ， Ｂ ｉ Ｘ ｉ ｎ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ， Ｃ ｈ ｅ ｎ Ｌ ｕ ， Ｗａ ｎ ｇ Ｙｕ ｇ ｎｇ ａ ， Ｃ ｈ ａ Ｘ ｉ ｎ ｙ ｕ ， Ｌ ｉ Ｙ ｕ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ ． Ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｄ ｙ ｎ ｍｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｓ ｗ ａ ｓ ｈ — ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｐ ｉ ｓ ・
ｔ ｏ ｎ ｐ ｕ ｍ ｐ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ａ Ｍ Ｅ Ｓ ｉ ｍ Ｕ Ｉ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ２ ０ １ ４ ， ３ ５ （ １ ） ： １ ９ ７ － ２ ０ １
基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵特性仿真
本文利用虚拟 样 机 技 术 集 成 化 的 特 点 # 以多体系统动力分 析仿真软件 1 结合 R ’ D 1_ L 为核心 # 1 D 软件 [ 6 9 N 中建立的三 维模 型* 有 限 元 分 析 软 件 1H L b L柔性化处理和系统仿真软件 中建立 的 液 压 系 统 模 型 # 建 立 了 柱 塞 泵 的 虚 拟 样 机$ 1_N L ? U 进行仿真便可以得到柱塞泵流 量 与 压 力 脉 动 # 部件应力* 应变等
收稿日期 ! ! " " # $ " & $ ’ 作者简介 ! 杨智炜 ! " #男 # 浙江 宁 波 人 #浙 江 大 学 硕 士 研 究 生 # 机械 ’ ( ) & $ 电子工程专业 #从事轴向柱塞泵和动力学仿真研究 $ 图 !! 柱塞泵虚拟样机的数据流
万方数据
% %
液压气动与密封 ／ ! " " # 年第 % 期 ! / ’! 建立柱塞泵动力学模型 ! 三维实体模型 " 由于 1 ’ D 1_ L 所提供 的 三 维 绘 图 工 具 并 不适合于复 杂 几 何 体 的 构 建 # 所以采用将三维 R 1 D 专业软件 $ 在[ $ 利用 [ 6 9 N 作为建模的前处理器 # 6 9 N 中建 立 三 维 模 型 后# $ 与 的专用接口软 件 $ 将 模 型 输入 [ 6 9N 1 D 1_ L _ 3 7 8 5 < ? 4 U[ 6 9 三维实体模型除包含部件质 到1 D 1_ L 中进行下一步 的 分 析 # 量% 质 心 位 置% 转 动 惯 量 等 内 在 特 征 参 数 外# 还产生了具有外观 材质的特征 " 提高了工作 效 率 " 本 文 在 1_N 非常清晰 # L ? U 软件提供的五柱 塞泵模型的基础上建立了九柱塞泵的液压模型 # 如图 &"
基于虚拟样机的轴向柱塞泵柱塞有限元分析
（ ｔｔ ｅ ａ ｏａｏｙ ｏ ｌｉ ｏ ｒＴ ａ ｓ ｓｉｎ ａ ｄ Ｃ ｎｒｌ Ｓａｅ Ｋ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆＦｕｄ Ｐ ｗｅ ｒｎ ｍｉｓｏ ｎ ｏ ｔ ， ｏ
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基于CFD的中压柱塞泵流道优化研究
（） 对不 同结 构 的流 道 进 行稳 态 数 值 解 析 ， １ 同 时将计算所得的速度分布、 压力分布结果进行 比较
液 压 油 粘 度 （ 要 指 动 力 粘 度 ） 流 道 的 影 响 主 对 表 现为 流 道 的压 力 损失 ， 因此 ， 以取 不 同温 度 下 可
密度 Ｐ
ｋ ・ ｇ ｍ
８ ０ ７
动力粘度
Ｐ ・ ａ
０．２６１ ０
比热 Ｃ
ｋ ・ ・一 ｇ ｋ Ｊ。
１ ６ ００
１２ ．
口
（） ２ 流体为牛顿流体（ 即速度梯度变化时，动力 粘 度 不变） 。 （） ３通过计算， 此模型中的雷诺数 Ｒ ｅ＝ｖ ／ ＝ Ｄ ￣ ３２９ 远大于临界雷诺数 Ｒ （３ ０ ，因此模型中 ６７ ， ｅ２０ ） 油液的流动状态主要是紊流， 故满足 ｋ一￡ 紊流方 程，其方 程 如下 ： 紊流 能 ｋ为 ： ｋ＝ １ （ ． ∽ ５ （） １ 紊 流能量 耗散 ￡为：
￡ ： ｃ０７ ，
图 ３ 模 型 Ｉ 格 图 网
在 ｇｍ ｉ中划分网格 ，网格 的类型为四面体。 ａｂ ｔ 本文还建立 了两个不 同结构的流道模 型 ， 并对其划 分 了 网格 ， 图 ４ 图 ５ 示 。 如 、 所 １ ． 算 条件 ３计 由于对外流道进行 的是静态分析，因此在数值
中图分类号 ：Ｈ１７ Ｔ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：１ ７ — ９ ４ （０ ７ ０ — ０ １— ０ ６ ２ ８０ ２ ０ ）２ ０ ０ ０ ０ ３
位
鉴于轴向柱塞泵 的结构 紧凑 、径 向尺寸小 、 重 量轻、 转动惯量小 ， 并且具有较高的容积效率 ， 能在 较高的转速和压力下工作 ， 以在液压系统 中得到 所 了广泛 应 用 。鉴 于 结构 的复 杂性 ， 目前 的流 道设 计 都是以经验数据为依据的。 本文以 Ｃ Ｄ解析的方法 Ｆ 对流道进行数值分析和计算 ，从而提 出了优化 方 案， 具有重要的实际意义。
恒压控制轴向柱塞泵压力脉动动态特性
１ 柱 塞 泵虚 拟 样机
１ １ 斜 盘式轴 向柱 塞泵 运动模 型 ．
缸体 与柱 塞 的运动结 构关 系如 图１ 示 ， 中Ｒ 所 其
为柱 塞轴 线在 缸 体 中的分 布 圆半径 ， 为斜 盘倾 角 ，
运 用传 统 的分析 方法 有可 能得 出与 实 际相差 很大 的 结 果 ［ 。数 字仿 真技 术的 发展 弥补 了传统 研究 方 法 ２ ］ 的 不 足 ， 精 确 、 效 研 究 轴 向 柱 塞 泵 提 供 了 可 为 高 能［ 。 ３ 随着 计算机 技术 的发 展 ， 字 仿真 技术 得 到相 ］ 数 应 的发 展 ， 出现 了一些 用 于数字 建模 与仿 真 的软件 。 目前 ， 轴 向柱 塞泵 的数 字研 究 多 采用 在 仿 真 软 件 对 中建立 仿真 模 型 ， 虚拟样 机 的方法 进行 研究 ［ ］ 用 ４。 由于轴 向柱 塞泵 工作 原理 和结 构决定 了轴 向柱
其 中 ： 为 配 流 盘 腰 形 槽 分 布 圆半 径 ； 为 缸 体 转 Ｒ
角 ， ｏ， 为缸 体 转 速 ； —ｃ ｔ Ｌ为 三角 槽最 大 长度 ； 为 ｚ
三角 槽最 大深 度 ； ０为三 角槽 平面角 度 。
图 １ 斜 盘 式 轴 向柱 塞 泵 缸体 与柱 塞 运 动结 构 关 系 图
・
国 家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ 号 ：１ ３ ｏ ７ ； 江 大 学 流 体 传 动 及 控 制 国 家 重 点 实 验 室 开 放 基 金 资 助 项 目 （ 号 编 ５ ｏ ５ｏ ） 浙 编
ＧＺＫＦ一 ０ ８ ０ ） ２ ０ ０ ６
收 稿 日期 ：０ １０ —８ 修 改 稿 收 到 日期 ：０ １０ —５ ２ １－ ５２ ； ２ １－８ １
柱塞泵多目标优化设计及 CFD 仿真分析
柱塞泵多目标优化设计及 CFD 仿真分析梁德栋;李毅波;潘阳;马俊【摘要】Pump noise is the main noise source of hydraulic systems.To improve characteristics of flow distribution of axial piston pumps,a noise reduction design is proposed.At first,the mathematical model of pressure and flow characteristics are established according to the mechanism of piston pump.The simulation result has shown that piston pump achieves better comprehensive performance at φ0＝4°.Then the non-dominated sorting genetic algorithmⅡ(NSGA-Ⅱ)is adopted to optim ize the structure of the triangular groove.An optimal solution(θ1＝16°,θ2＝85°)can be extracted by analyzing Pareto-optimal.At last,a CFD model is established,and the results obtained from the mathematical model are shown to be well in accordance with the results obtained from the CFD model.The deep causes for pressure pulsation and flow ripple of piston pump can be analyzed by visualization of CFD result.%液压泵噪声是液压系统的主要噪声源,针对轴向柱塞泵的流致振动噪声,提出一种改善泵配流特性的设计方案.首先,根据柱塞泵的工作原理对柱塞腔压力特性和泵出口流量特性准确建模并求解.通过分析压力冲击和流量脉动对错配角(φ0)的响应,得φ0＝4°为佳.利用一种多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ),以减小压力超调量和流量脉动率为目标,对三角槽结构进行了优化;并获得该多目标优化问题的Pareto最优解集,通过对最优解集的分析知,深度角θ1＝16°且宽度角θ2＝85°时较为理想.最后,为了验证模型的正确性,建立流体域计算流体动力学(CFD)模型,对比两种模型计算结果发现吻合较好,能够相互验证.利用CFD分析结果可视化的特点,从柱塞泵流场的角度,进一步分析了泵压力冲击以及流量脉动产生的原因.【期刊名称】《计算力学学报》【年(卷),期】2018(035)003【总页数】6页(P350-355)【关键词】柱塞泵;压力冲击;优化;计算流体力学;可视化【作者】梁德栋;李毅波;潘阳;马俊【作者单位】中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083;中南大学轻合金研究院,长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083;中南大学轻合金研究院,长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TP391.9;TH137.511 引言轴向柱塞泵是一种容积式泵，其依靠主轴转动带动柱塞往复运动实现柱塞腔的吸油和排油，从而为液压系统提供高压油液。
柱塞泵出口管线振动模态仿真分析
Mechanical Engineering and Technology 机械工程与技术, 2023, 12(2), 177-187 Published Online April 2023 in Hans. https:///journal/met https:///10.12677/met.2023.122021柱塞泵出口管线振动模态仿真分析王禄友*，朱 林，李骏瑜，赵婷婷，孙 炜中石油玉门油田分公司环庆分公司，甘肃 庆阳收稿日期：2022年11月4日；录用日期：2023年4月22日；发布日期：2023年4月29日摘要JD 采油厂原油正式外输西部管道以来，外输柱塞泵出口管路振动严重的问题一直未得到有效解决。
在外输期，曾出现过由于管路振动而引起的压力表头脱落、螺栓松动进而发生刺漏的问题，给生产造成了影响，也给安全留下了隐患。
为了分析研究柱塞泵出口管线振动的原因，提出合理的减振方案，降低管线发生共振的风险。
从振动模态分析的角度出发，在CREO 软件中建立出口管线1:1模型，应用ANSYS 软件对管线进行模态分析，求得了不同边界条件下管线的固有频率和模态振型。
对比分析后，结果表明：在现有支撑条件下，前三阶固有频率在工作频率范围内，管线正常工况条件下存在共振的风险；只在回流管弯头处增加支撑，会使低阶固有频率提高至常用工作频率，增大共振风险；在回流管弯头、主管线单流阀和闸阀之间均增加支撑，可有效提高管线固有频率，降低共振风险；另外，验证增加软连接管的措施是有风险的。
关键词柱塞泵，管线振动，模态分析Vibration Modal Simulation Analysis of Outlet Pipeline of Piston PumpLuyou Wang *, Lin Zhu, Junyu Li, Tingting Zhao, Wei SunHuanqing Branch of CNPC Yumen Oilfield Company, Qingyang GansuReceived: Nov. 4th , 2022; accepted: Apr. 22nd , 2023; published: Apr. 29th , 2023AbstractSince JD Oil Production Plant exported crude oil to the west, the problem of serious vibration in the outlet pipeline of external plunger pump has not been effectively solved. During the external*第一作者。
一种非侵入式的轴向柱塞泵缸体动态特性测量方法[发明专利]
![一种非侵入式的轴向柱塞泵缸体动态特性测量方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/9fd195140a4c2e3f5727a5e9856a561252d321a1.png)
专利名称：一种非侵入式的轴向柱塞泵缸体动态特性测量方法专利类型：发明专利
发明人：张军辉,赵旗,许浩功,黄伟迪,徐兵
申请号：CN202110528760.X
申请日：20210514
公开号：CN113107834B
公开日：
20220429
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种非侵入式的轴向柱塞泵缸体动态特性测量方法，属于状态监测与故障检测领域。
缸体是轴向柱塞泵的主要旋转部件，其动态特性比外部特性更能反映泵的健康状况。
为了准确地获得缸体的动态特性，提出了一种非接触式测量方案，以减小检测设备对缸体运动的影响。
通过测量不同工况下缸体表面两个截面沿相互垂直方向的径向位移，得到缸体轮廓信号和径向位移信号，然后从径向位移信号中精确去除缸体轮廓信号，获取缸体的平移和倾斜运动特性。
本测量方法具有测试精度高、操作简单、成本低、可用于实际工况的优点，对监控泵的健康状况以及故障诊断具有重要意义。
申请人：浙江大学
地址：310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
国籍：CN
代理机构：杭州求是专利事务所有限公司
代理人：刘静
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新型恒流量轴向柱塞泵的理论分析及数值仿真
新型恒流量轴向柱塞泵的理论分析及数值仿真赵广飞;宋桂珍【摘要】The flow pulsation of axial plunger hydraulic pump vibration and noise are a hot issue in the research field of hydraulic pump.In this paper,the method of replacing the inclined plane with helical surface is presented,which use left lateral surface and right-hand surface match the oil suction window and pressure oil window.Then on the basis of this,the reverse dislocation double pump is designed,the helical surface of the two pumps face back or relative and oil seal has phase difference.The purpose is to design a constant flow output of the axial piston pump.The key parameters are determined by MATLAB numerical simulation,the axial piston hydraulic pump adopts 8 pistons based reverse double dislocation,dislocation angle is 22.5 degrees,the instantaneous flow rate of the new constant axial plunger hydraulic pump is constant,the output flow is constant,and the output flow rate increased significantly.%轴向柱塞液压泵的流量脉动、振动和噪声一直是液压泵领域研究的热点问题.提出用正圆柱螺旋面替代斜面的方法,分别用左旋面和右旋面对应吸油窗口和压油窗口,在此基础上设计反向错位双联泵的结构,即两个泵的螺旋面相背或相对,封油区相差一定相位,目的是设计出一种恒流量输出的轴向柱塞泵.通过MATLAB数值仿真确定关键参数,得出采用8根柱塞为基础的轴向柱塞液压泵进行反向错位双联,错位角为22.5°,此新型恒流量轴向柱塞泵在工作时瞬时流量值不变,输出流量恒定且输出流量值显著提高.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】4页(P162-164,168)【关键词】轴向柱塞液压泵;双联;恒流量;流量脉动【作者】赵广飞;宋桂珍【作者单位】太原理工大学机械工程学院,山西太原030024;太原理工大学机械工程学院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH16轴向柱塞液压泵作为典型的一类液压泵，结构上无论是斜盘式还是连杆式的其工作原理都相同[1]，即液压泵的主要工作件柱塞作用于斜盘斜面上作圆周运动，这就决定了轴向柱塞液压泵在工作时其瞬时流量是脉动变化的[2]，瞬时流量的脉动变化会引起机械部件的振动，产生噪音且影响液压泵的使用寿命。
A4V柱塞泵运动方程及流量特性数字仿真研究
柱塞泵运动方程及流量特性数字仿真研究汪胜陆!许贤良!陈清华安徽理工大学机械系 安徽淮南摘要!介绍 轴向柱塞泵的结构原理!推导出该泵柱塞沿空间椭圆曲线的运动方程和位移方程!给出了速度"几何排量和瞬间流量公式!通过计算机数字仿真!初步研究了该泵的流量特性#关键词!柱塞泵$运动方程$流量特性$仿真中图分类号! 文献标识码! 文章编号!图 柱塞泵结构原理斜盘 缸体 配流盘 柱塞 主轴 柱塞倾角 斜盘倾角 上死点德国力士乐 公司研制的 柱塞泵为斜盘式轴向柱塞泵 与通常的斜泵在结构上有明显的区别 柱塞轴线与缸体成倾角 或者说通常的柱塞泵柱塞轴线与缸体轴线平行 沿圆柱面分布 而 柱塞泵的柱塞轴线沿锥面分布 通常斜盘式柱塞的运动轨迹为平面与圆柱面的交线 柱塞的运动轨迹为平面与圆锥面的交线 且种轨迹均为椭圆 但在缸体轴线平面上 前者投影为圆 后者投影为椭圆 本文讨论它的运动方程 并在此基础上运用计算机进一步研究其流量特性柱塞运动方程分析柱塞泵主泵结构原理如图 所示 当主轴按图示方向转动时 位于上死点 的柱塞随缸体转动 在斜盘面作用下 位于图 纸面外的柱塞向下死点运动 当 时 达到下死点并从下死点向上死点 运动 由几何关系知 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 为便于研究柱塞运动方程 取 坐标系如图 图 所示 为圆锥高度 为圆锥底半径即上死点到缸体轴线距离 A 为斜盘平面 ／ 斜盘倾角 ／ 柱塞倾角 弧 为平面与圆锥交线一部分 即柱塞运动轨迹一部分 A 为 A 转角时的位置 即为 时刻柱塞头部所在的空间位置 共面图 柱塞运动轨迹参看图 动点 在 上投影为 则表示动点到 轴距离或动点到缸体轴线的动半径按几何关系则有图 A 旋转视图。
参看图 在 平面内过 作垂线与动 A 的直角边延长线交于 如图 所示 有 连 并延长与 延长线交于 。
点如图 所示 由立体几何知识可知与 。
重合图 平面内动线与平面 交点斜盘平面内的动线 的 在轴上的投影 所成动半径 交角为 由几何关系知即参看图 在 A 中 则由式 ～ 联系得式中由式可进一步求得柱塞运动轨迹方程为＜’柱塞相对缸体或沿轴线的位移矢量! 的分量即是 故柱塞位移方程为流量特性数字仿真研究柱塞泵的瞬态流量根据式 可求得柱塞最大位移 为式中则几何排量为进一步可求该泵瞬态流量入入。
基于CFD的轴向柱塞泵流动特性的仿真研究
基于CFD的轴向柱塞泵流动特性的仿真研究魏秀业;逯子荣;王海燕【摘要】通过CFD仿真对柱塞泵柱塞腔和配流盘的流动特性进行了研究,建立了SCY-14型柱塞泵流体的几何模型和物理模型,在对配流过程非定常流场各个位置流态进行流态判断后,采用层流加局部湍流的数学模型模拟流场的实际状态.根据轴向柱塞泵工作时的两个主运动,采用滑移网格模型模拟柱塞与缸体相对配流盘的旋转运动及采用动网格模型模拟柱塞沿缸体轴线相对缸体的往复运动.通过设定边界条件和工作条件,对处于不同旋转角度柱塞泵的流态特性进行CFD仿真.仿真结果表明:柱塞泵在吸排油过程中,即低压向高压转换和高压向低压转换的过程中,柱塞腔内部有比较明显的压力冲击现象.柱塞腔的压力冲击主要是由柱塞泵配流过程中的流量倒灌和阻尼槽的节流作用共同影响形成,压力脉动周期由泵的转速和柱塞数决定.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2013(000)009【总页数】5页(P63-67)【关键词】轴向柱塞泵;压力脉动;流动特性;CFD【作者】魏秀业;逯子荣;王海燕【作者单位】中北大学机械工程与自动化学院,山西太原030051;中北大学机械工程与自动化学院,山西太原030051;中北大学机械工程与自动化学院,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TH137.5引言轴向柱塞泵具有压力高、容积效率高、流量大等优点，因而在机床、液压机、工程机械、矿山机械等大功率液压系统中得到广泛应用。
噪声是限制轴向柱塞泵应用范围的重要因素。
柱塞泵噪声可分为流体噪声和机械噪声，其中流体噪声主要是由柱塞泵出口流量脉动引起，通过管道、阀以及油箱等元件传递波动产生气动噪声［1］。
由压力脉动或偏载引起的斜盘、配流盘、主轴等轴向柱塞泵关键部件的力和力矩振动是主要的机械噪声声源，通过相关部件作用于壳体和端盖，进而引起振动，产生柱塞泵机械噪声。
研究轴向柱塞泵配流过程中柱塞腔内瞬时压力和配流过程中泵出口的流量脉动，寻求降低配流噪声、压力冲击的方法，以期提高柱塞泵性能，这一直是国内外学者致力于探索的课题［2］。
伺服机构恒压变量泵压力脉动分析
伺服机构恒压变量泵压力脉动分析任丹萍;张鑫彬;王斌【摘要】对某运载火箭整箭测试中一级伺服机构出现压力脉动的原因进行了分析.根据伺服机构变量泵原理,认为引起压力脉动的主要因素是变量泵调节机构.建立了变量泵的仿真模型,讨论了变量调节机构灵敏度和管路结构等其他因素对变量柱塞泵输出压力脉动的影响,以及压力脉动对控制元件和执行元件的影响.结果表明:变量泵的低频小幅值压力脉动对整个伺服系统的控制元件和执行元件均无影响.伺服机构能正常稳定地工作,保证运载火箭的飞行可靠性.【期刊名称】《上海航天》【年(卷),期】2014(031)003【总页数】5页(P64-68)【关键词】伺服机构;恒压变量泵;入口压力;压力脉动【作者】任丹萍;张鑫彬;王斌【作者单位】上海航天控制技术研究所,上海200233;上海航天控制技术研究所,上海200233;上海航天控制技术研究所,上海200233【正文语种】中文【中图分类】V421.30 引言某型火箭在整箭测试过程中，一级伺服机构出现幅值0.3MPa、频率1Hz的压力脉动。
因伺服机构液压能源来自恒压变量泵，变量泵自带的压力调节阀决定液压泵输出压力的大小，故初步判断一级伺服机构压力脉动由变量泵压力调节机构引起的可能性较大。
在更换变量泵试验后，压力脉动消失。
由此可确定伺服机构压力脉动是由变量泵调节机构引起的。
为确保火箭飞行可靠性，本文对该压力脉动产生的原因及对整机性能的影响进行了分析。
1 变量泵1.1 工作原理恒压变量柱塞泵是在泵的本体上增加调压阀，将泵出口压力反馈至泵体的变量机构，在保持输出压力不变的条件下，使泵的输出流量随负载需要而变。
泵出口油压作用于调压阀右侧控制活门阀芯的右端，阀芯左端的弹簧预紧力由调压螺钉设定。
当泵的出口油压升高时，液压力大于弹簧力，活门阀芯向左移动，使控制油与压力油相通，控制油压升高；当泵出口压力降低时，弹簧力大于液压力，活门阀芯向右移动，使控制油与回油相通，控制油压降低。
管道冰水两相流动阻力特性的数值模拟
管道冰水两相流动阻力特性的数值模拟邓义斌;王飞显;范世东【摘要】Ignoring phase transition ,numerical simulation study was carried out on resistance charac‐teristics of the ice‐water two‐phase flow in horizontal pipes based on Fluent ;First of all ,the effect of different collision elastic recovery coefficients of the solid particles on the pipe pressure loss was as‐sessed ,and pressure loss between the water flow and ice‐watertwo‐phase flow was compared .Then , resistance characteristics of ice‐water two‐phase flow was analyzed under different flow velocity ,parti‐cle diameter ,particle mass flow rate ,wall roughness ,and comparing with sediment flow ;The calcula‐tion results show that collision elastic recovery coefficient ,flow velocity ,particle diameter ,particle mass flow rate have significant influence on resistance characteristics of the two‐phase flow in the pipe .And the descending order of the pipeline flow resistance is ice‐water two‐phase flow ,sediment‐laden flow ,water .%在忽略相变的前提下，利用 Fluent对水平管内冰水两相流动的阻力特性开展数值模拟研究。
轴向柱塞泵吸油腔的CFD解析_孙明智
从图中可以看到： 缸体转速增加， 入口压降增 大。即转速与压降成正比。因此， 以转速 ２４００ ｒ ／ｍｉｎ 为例进行分析， 吸油腔内流场的压力及速度矢量分
２００７ 年第 ２ 期
图 ５ 改进的吸油腔模型Ⅱ
图 ８ｂ 吸油腔（ 模型Ⅲ） 速度矢量分布
图 ６ 改进的吸油腔模型Ⅲ 使其与配流盘腰型槽过渡面变大。
分别对模型 ＩＩ 和模型 ＩＩＩ 进行 ＣＦＤ 解析。它们 的压力、速度矢量分布分别如图 ７ａ、图 ７ｂ、图 ８ａ、图 ８ｂ 所示。
图 ７ａ 吸油腔（ 模型Ⅱ） 压力矢量分布
（２） 流体为牛顿流体（即速度梯度变化时， 动力
粘度 μ不变）；
（３） 通过计算， 此模型中的雷诺数 Ｒｅ 远大于临
界雷诺数 Ｒｅ （２０００～３０００）， 因此模型中油液的流动状
态主要是紊流， 满足 ｋ－ ε紊流模型， 其方程如下：
紊流动能为
ｋ＝１．５（ｖＩ）２
（１）
紊流能量耗散 ε为
ε＝ｃμ０．７５ ｋ１．５
摘要： 运用三维流体分析技术对轴向柱塞泵吸油腔的流场， 进行数值模拟和可视化研究， 并据此定性分析了各种吸 油腔模型在不同转速和负载下流场（速度场、压力场）之间的关系， 对吸油腔的结构优化设计提供了依据， 为设计高效 率 、低 能 耗 、低 噪 声 的 液 压 泵 和 流 体 管 道 系 统 奠 定 了 基 础 。 关键词： 轴向柱塞泵； 吸油腔； 流场； ＣＦＤ 解析
２００７ 年 ３ 月
孙明智等： 轴向柱塞泵吸油腔的 ＣＦＤ 解析
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水压轴向柱塞泵流量脉动动态仿真邓 斌,刘晓红,王金诺,柯 坚Dyna mic Simulation of the Flo w Fluctuation in WaterHydraulic Axial Piston PumpDeng Bin,Liu Xiao -hong,Wang Jin -nuo,Ke Jian(西南交通大学机械学院,四川成都 610031 电话:(028)86467950)摘 要:流量脉动是影响水压轴向柱塞泵性能的重要因素之一。
文章运用C FD 仿真技术对引起水压轴向柱塞泵流量脉动的配流过程进行了可视化分析,得到了不同转速和负载下的流量脉动率,为水压泵的研究开发提供了参考。
关键词:水压技术;轴向柱塞泵;动态仿真;流量脉动中图分类号:TH137 5 文献标识码:B 文章编号:1000-4858(2004)01-0031-041 概述随着人们环保意识的增强和可持续发展的要求,以天然水为工作介质的水压系统及其技术逐渐成为液压行业的研究热点。
水压泵作为水压系统的关键元件,其性能的优劣直接影响其应用。
而流量脉动又是衡量泵性能的关键指标之一,并且减小水压柱塞泵配流过程中的流量脉动对降低压力冲击和噪声有着十分重要的意义。
本文采用CFD 仿真技术对水压轴向柱塞泵配流过程进行可视化仿真,分析配流过程中的流量脉动,为改进水压轴向柱塞泵的结构和性能提供依据。
2 水压轴向柱塞泵的几何模型和计算条件2 1 几何模型的建立与网格划分图1为某典型定量轴向柱塞泵的工作原理图,它主要由柱塞、缸体、滑靴、斜盘及配流盘等组成。
由于滑靴部分对流量脉动影响很小,可将几何模型进行一定的简化。
简化后几何模型的主要参数如表1所示。
图1 水压轴向柱塞泵简图常规油压柱塞泵封油形式采用 负开口 ,开口角度 在-1 < <0 范围内,这样不仅可以消除困油现象,而且可以减小压力和流量脉动,起到缓冲和消振的作用。
本文以配流盘封水形式为 负开口 ,开口角度为-1 的水压泵为例进行分析讨论。
表1 水压轴向柱塞泵几何模型主要参数参 数取 值柱塞个数z 9柱塞直径d22mm 密闭容积初始长度l 040mm 柱塞分布圆半径R 37mm 配流窗口内径r 132mm 配流窗口内径r 242mm 吸水口大端直径d 132mm 吸水口小端直径d 216mm 排水口大端直径d 322mm 排水口小端直径d 412mm 吸排水口长度l let 60mm 配流盘厚度z 15mm 斜盘倾角15 8收稿日期:2003-07-11作者简介:邓斌(1964 ),男,湖北荆门市人,副教授,硕士,主要从事机械设计与机电液和水压驱动技术的教学和研究工作。
由于运用C FD 软件进行流体分析时,只需考虑流体部分的流动,根据这一原则,仅取流体区域来建立水压轴向柱塞泵的模型。
本例运用有限体积法将模型划分为74820个六面体单元。
89247个节点,所得模型网格结构如图2所示。
图中大腰形槽上端九个直径相同的圆柱部分代表缸体中柱塞腔内密闭的工作容积,大腰形槽代表配流盘上的腰形槽,其他由圆锥和圆柱组成的部分代表吸水腔和压水腔的流道内的流体,其中直径较大的代表吸水腔流道,直径较小的代表排水腔流道。
图2 几何模型及其网格划分2 2 计算条件根据天然水的物理特性(如表2),对模型的流体流动状态作如下假设:流体为不可压缩、牛顿流体;通过计算,模型中最小的雷诺数为3200,大于临界雷诺数Re c ri (2000~3000),因此该模型中水的流动状态主要是紊流,可采用k - 紊流模型。
表2 水的物理特性(温度:20 )密度 (kg/m 3)动力黏度(Pas)导热系数k (W/mK)比 热C v (J/kgK)997 560 00088870 620274181 72紊流动能k 为:k =1 5 (U I )2紊流能量耗散 为:=C 0 75k1 5l式中 U 吸水口流速I 紊流强度C 紊流模型中的系数l 混合长度( 入口高度的1/10)。
本文计算中I 取推荐值0 1,C 取0 09,l 取0 001(<0 0032)。
3 移动网格的选择在大多数流体动力学分析中,流体之间的相对运动是由固体元件之间的相对运动引起的。
在C FD 计算方法中,流体之间的这种相对运动主要通过移动网格技术来实现。
这种技术的关键是滑移表面的确定,滑移表面主要有两种:一是规则滑移表面(RSI),二是不规则滑移表面(ASI)。
RSI 技术要求相对滑移表面的网格表面必须完全相同,并时刻保持一一对应关系;而ASI 技术对滑移表面的网格没有这么严格的要求,只要具有相对滑移的表面之间的间隙保持在一定的误差范围之内就可以了。
在本水压轴向柱塞泵的模型中,移动网格是由缸体和配流盘之间、柱塞和缸体等缸体部件之间的相对运动引起的配流盘和柱塞腔内流体区域之间的相对运动。
在水压轴向柱塞泵的C FD 动态仿真计算过程中,由于网格划分比较复杂,不能满足使用RSI 技术的条件,因此柱塞腔内密闭的工作容积随缸体转动不断变化的过程,只能采用ASI 移动网格技术来实现。
由于计算过程中网格是不断变化的,在选择算法时选用瞬态PISO 算法,参数见表3。
表3 算法与差分格式瞬态计算方法PISO 最大迭代步数50残差修正系数0 1压力松弛因子0 25动量方程差分格式LUD4 计算结果4 1 常规计算结果柱塞泵的流量脉动,其常规的数学模型被广泛采用。
为方便分析和比较,利用了流量脉动率计算方法。
通常采用奇数型柱塞泵,其流量脉动率的常规计算公式为:=Q max -Q min12(Q max +Q min )=2tan 24z100%(1)式中 流量脉动率Q max 、Q min 最大、最小流量z 水压泵的柱塞个数实际上,由于泵的柱塞数均大于或等于3,式(1)可简化为:=2tan 24z 2 4z 1 25z 2100%(2)本文中柱塞泵的柱塞个数为9,由式(2)可计算出水压泵与转速和压力无关的流量脉动率为1 54%。
4 2 CFD 方法仿真计算结果本文通过采用移动网格和k - 紊流模型对上述模型三种转速、三种负载压力组合的九种工况下,水压泵内部流体流动状态进行了可视化仿真分析。
柱塞从高压腔进入低压腔和柱塞从低压腔进入高压腔时水压泵容腔内的速度分布见图3。
水压泵的流量变化曲线如图4所示,流量脉动率数据如表4所示。
图3 柱塞泵密闭容腔内速度分布5 结果分析通常人们进行计算时不考虑转负载压力对流量脉动的影响,而且认为:缸体每转一周流量波动次数为z 。
本文由CFD 仿真计算所得流量变化曲线,从图4可以看出: 水压轴向柱塞泵存在流量脉动; 在转表4 流量脉动率转 速r/min 负 载MPa Q averL/mi n Q m ax L/mi n Q min L/min%3000 121 29215821 40373121 0648031 591021 29348221 40649821 0199331 821521 28812821 40643820 9934681 9410000 170 972871 34638270 2438731 561070 972471 34638270 97241 601570 972171 34638270 1969601 6215000 1106 460107 0256105 376411 5410106 45899107 0256105 35531 5715106 45959107 0256105 32891 59数相同的情况下,流量平均值基本上是恒定的; 泵每转动一周就会发生2z 次(z 为柱塞个数)流量波动。
由表4可以看出:转速不同时流量大小有明显的不同,而且Q 1/Q 2=n 1/n 2(Q 平均流量,n 转速);流量脉动率的值均在1 54%和2 0%之间,与常规计算结果基本吻合,但也有所不同。
图4 流量变化曲线受负载压力缸体转速等因素的影响,实际工况下水压泵的流量脉动率也有所不同。
本文在计算时考虑转速和负载压力的影响,所得结果与以往计算结果的不同之处主要体现在:(1)转速相同时,负载压力越高流量脉动越大。
日本液压技术的发展与新动向祁冠芳,虞万海New Development and Approach of Hydraulic Technology in JapanQi Guan-fang,Yu Wan-hai(南京工程兵工程学院机械实验研究中心,江苏南京 210007)中图分类号:TH137 文献标识码:B 文章编号:1000-4858(2004)01-0034-03由于液压技术具有相当突出的优越性,被广泛地用于各种动力的传递。
日本的液压技术是在二次大战后,以引进欧美国家技术为起点而逐步发展起来的,在20世纪60年代中期才开始走上液压装置自行生产的轨道。
随着电子工业等新技术的开发和应用,被称之为 阳光产业 的液压工业走上了可持续发展的道路,进入了发达国家的行列,其液压产品誉满全球。
本文以泵和阀为重点谈谈日本液压技术的变迁及其展望,旨在为我国液压技术的发展提供一点有益的帮助。
1 液压泵的技术开发1)液压技术引进的初期从20世纪40年代初开始,欧美等先进国家,随着建筑机械、船用机械、机械加工等的现代化,液压技术得到了快速发展。
当时的日本技术水平是比较落后的,与先进国家相比,大约晚了20年。
到了50年代前期,开始与欧美国家的液压制造商进行技术合作,进行液压机器的生产。
起初,加工技术十分落后,缺少精密加工手段。
例如叶片泵转子上的叶片槽的研磨和叶片厚度及光洁度的保证,其困难程度超出人们的想象,据说一个厂每天只能勉强装配几台这样的泵。
2)液压泵的高压化技术当初的时候,叶片泵的最高使用压力为7MPa,两级式泵的压力为14MPa。
到了20世纪50年代后期,采用了以双叶片为代表的特殊叶片结构的泵,最高工作压力可达17 5~21MPa。
还有,为了减少叶片对定子的作用力,在叶片根部采用了减压供油方式,使叶片泵的最高工作压力达到了40MPa。
对于齿轮泵,在1961~1965年期间,相继引进了欧美国家的生产技术。
当时欧美国家生产的齿轮泵最高工作压力为14~17 5MPa,而日本生产的齿轮泵最高工作压力仅为7MPa。
1965年以后,欧美国家生产的齿轮泵最高工作压力达到了17 5~21MPa,从此进收稿日期:2003-06-09作者简介:祁冠芳(1952 ),男,江苏建湖人,高级工程师,大学,主要从事液压传动的教学与科研工作。
表明转速对水压泵的流量脉动有一定的影响。
(2)负载压力相同时,转速越高流量脉动越小;高压时这种现象更为明显。
表明负载压力在一定程度上影响水压泵的流量脉动。
(3)泵每转动一周就会发生2z次(z为柱塞个数)流量波动。