基于虚拟样机技术的海水柱塞马达输出特性的仿真分析
基于虚拟样机技术的联体泵马达动态特性仿真分析的开题报告
基于虚拟样机技术的联体泵马达动态特性仿真分析的开题报告1. 研究背景随着工业技术的不断发展，联体泵马达已被广泛应用于液压传动系统中。
而联体泵马达的动态特性对整个系统的工作效率和性能具有重要影响。
因此，研究联体泵马达的动态特性对于提高液压传动系统的工作效率和性能具有重要意义。
对于联体泵马达的动态特性研究，传统的方法是基于试验进行研究，但存在试验成本高、时间长、数据量少等问题。
因此，本研究将采用虚拟样机技术来分析联体泵马达的动态特性，以实现高效、低成本、高质量的研究过程。
2. 研究目的本研究旨在基于虚拟样机技术对联体泵马达的动态特性进行仿真分析，研究其在不同工况下的响应特性、输出特性和效率等关键性能指标，为液压传动系统的设计和优化提供依据。
3. 研究内容（1）建立联体泵马达的数学模型，包括液压模型和机械模型。
（2）基于虚拟样机技术，将数学模型转化为仿真模型，实现联体泵马达的动态仿真。
（3）针对不同工况下泵马达的工作状态，分别进行仿真分析，并探究其响应特性、输出特性和效率等关键性能指标。
（4）在仿真过程中，优化联体泵马达的设计参数，以达到更好的性能和效率。
4. 研究意义本研究将采用先进的虚拟样机技术对液压传动系统中的联体泵马达进行动态特性分析，具有以下意义：（1）节约试验成本和时间，提高研究效率。
（2）全面分析联体泵马达的性能和效率，为液压传动系统的设计和优化提供依据。
（3）探索虚拟样机技术在联体泵马达研究中的应用前景。
5. 研究方法本研究将采用以下研究方法：（1）理论分析：基于联体泵马达的工作原理，建立其数学模型，并通过理论分析探讨其特性及影响因素。
（2）仿真分析：基于虚拟样机技术，将建立的数学模型转化为仿真模型，进行动态仿真分析，并探究响应特性、输出特性和效率等性能指标。
（3）优化设计：在仿真过程中，针对联体泵马达的关键设计参数，进行优化设计并比较不同优化方案的性能和效率，选取最佳方案。
6. 研究计划本研究计划分为以下三个阶段：（1）前期工作阶段（1个月）：查阅文献，了解虚拟样机技术及联体泵马达动态特性分析的基本理论和方法。
虚拟样机技术在轴向柱塞泵运动仿真与分析中的应用研究
液 压 与 气动
虚 拟 样 机 技 术 在 轴 向柱 塞 泵 运 动 仿 真 与 分 析 中 的 应 用 研 究
孙 毅 ，姜继 海 ，程孟 专 王 友 车 ，
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ Ａｐ ｌ ａ ｉｎ ｏ ｒｕ ｌＰｒ ｔ ｔｐ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｂ ｓ ｎ Ｄｙ ａ ｃ ｓ ａ ｃ ｎ ｐ ｉ ｔｏ ｆＶｉｔ ａ ｏ ｏ ｙ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ａ ｅ ｏ ｎ ｍｉ ｃ Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｉ ｌＰ ｓｏ ｕ ｉ ｌ ｔ ｎ ａ ｙ ｉ ｆＡｘ ａ ｉｔ ｎ Ｐ ｍｐ ｏ
１ 轴 向柱 塞泵 的结构 和 工作 原理
其 工 作 原 理 为 ： 动 轴 １ 缸 体 ２通过 花 键 连 传 Ｏ与
接 ， 动缸体 旋 转 ， 均 布于缸 体 中 的柱 塞绕 传动 轴轴 驱 使
线 转动 ，每个 柱塞 头部 有一 滑靴 。 中心 弹簧和装 在缸
收稿 日期 ：０ ９０ —５ ２０ － １ ９ 基 金 项 目 ： 江 大 学 国家 重 点 实 验 室 开 放 基 金 资 助项 目 （ Ｚ 浙 Ｇ—
又是 液压 元件 中最 突 出的关 键元 件之 一 。 对轴 向柱 塞泵／ 马达 进行 运动 仿 真和分 析 ， 为柱 塞
泵／ 马达 的动力 学分 析等 深入 研究 奠定 必要 的基 础 ， 并 在此 基础 上研 制 出具 有 自主知识 产权 的新 型高 压柱 塞
ｌHale Waihona Puke ２ ３ ４ ５６
了有 力 的帮 助 ， 工 程人 员 不 是 仅 仅 依 靠猜 测 和 经 验 让
解决 问题 。
参考文献 ：
［ ］ 雷天觉． １ 液压工程手册 ［ ． Ｍ］ 北京 ： 机械工业出版社 ， ９ ． １ ０ ９
海洋工程装备的虚拟仿真与模拟技术研究
海洋工程装备的虚拟仿真与模拟技术研究随着科技的不断进步和应用的推广，虚拟仿真与模拟技术在海洋工程装备领域的应用越来越广泛。
海洋工程装备的虚拟仿真与模拟技术研究旨在通过计算机技术模拟真实海洋环境，提供高效、安全、低成本的工程解决方案。
海洋工程装备包括潜水器、遥操作机器人、海底设备、海上平台等，这些设备常常需要在极端的海洋环境下工作，如高温、高压等。
因此，对其进行虚拟仿真与模拟技术研究，有助于提前发现问题、优化设计，并降低实际操作中的风险。
首先，海洋工程装备的虚拟仿真与模拟技术可以提供设备的性能测试和优化设计。
通过建立设备的三维数学模型，并将其导入虚拟仿真软件中，可以模拟设备在不同的海洋环境中的工作情况。
这样的仿真不仅可以模拟设备的运动轨迹和受力情况，还可以模拟不同工作场景下的情况，如海浪冲击、海水压力等。
通过对仿真结果的分析和比对，可以提前发现设备存在的问题，并进行设计上的调整和优化，从而提高设备的性能和可靠性。
其次，海洋工程装备的虚拟仿真与模拟技术可以提供室内外培训和操作模拟。
在实际操作过程中，海洋工程装备的操作人员需要面对复杂的操作环境和情况。
通过虚拟仿真技术，可以将真实的操作情景模拟在计算机软件中，操作人员可以在虚拟环境中进行训练和模拟操作。
这样的培训和操作模拟能够提高操作人员的技能水平，减少操作失误，降低事故风险。
另外，虚拟仿真与模拟技术还可以用于海洋工程装备的维护和故障诊断。
海洋工程装备在使用过程中，由于长时间的海洋侵蚀、物理作用等原因，会出现磨损、腐蚀、故障等问题。
通过虚拟仿真与模拟技术，可以建立设备的数学模型，并模拟设备在不同的运行情况下的维护和故障诊断过程。
这样的仿真和模拟可以帮助维修人员更好地理解设备的工作原理和故障模式，并采取相应的维修措施，提高维修效率和质量。
虚拟仿真技术在海洋工程装备领域还可以提供虚拟设备的操控和遥感监测。
通过虚拟仿真技术，可以建立设备的操纵系统模型，并模拟真实的操纵过程。
基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵仿真分析
力学特性 ， 包括柱塞位移 、 速度和输出压力特性。通过分析发现本泵的压力比普通泵的压力提
高了 １ ， 倍 同时 可 以通过 适 当降低 传动 轴转 速 来降低 柱塞 泵的振 动 。 关 键词 ： 虚拟 样机 ； ＭＥ ｉ Ａ ｓ ｍ；轴 向柱 塞泵 ；功 率键 合 图 中 图分 类 号 ：Ｔ ２ Ｂ１４ 文 献标 识码 ： Ａ
Ｋｅ ｒ ｓ ｉｔ ａ ｒ ｔ ｔｐ ｅ ｈ ｏｏ ｙ；Ａ Ｅｓｍ ；ａ ｉｌｐｓｏ ｕ ｙ ｗｏ ｄ ：ｖｒｕ ｌ ｏｏ ｙ ｅ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｐ Ｍ ｉ ｘ ａ ｉｔ ｎ ｐ ｍｐ；ｐ ｗｅ ｏ ｄ ｇ ａ ｈ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｒｂ ｎ ｒ ｐ ｔｏ
液压传 动 技术 具 有 功 率 质量 比大 、 响应 速 度 快 、 够 自润滑 以及 易 于 与数 字 信 息 网 络连 接 等 能 特点 ， 因此被广 泛应 用 于工业 生产 、 航天 航 空 以及 日常生 活 等 领 域 。液 压 泵 是 液 压 系 统 的关 键 元
ＷＡＮＧ ａ －ｉ Ｘｉ ｏ ｌ ｎ
（ ｃ ｏ ｆＭｅ ｈ ｎｃ ｌ ｇｎ ｅ ｉｇ，Ｓｈ ｎ ｈ ｉ ｎ ｔｔ ｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ，Ｓ ａ ｇｈ ｉ２ ０２ ５， ｉａ Ｓ ｈ ｏｌ ｃ ａ ｉａ ｏ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ａ ｇ ａ ｓｉｕｅ ｏ ｃ ｎ ｌｇｙ ｈ ｎ ａ ０ ３ Ｃｈｎ ） Ｉ
ｐ ｍｐ ｗａ ｕ ｌ ｂ ｈ ｉｔ ａ ｒ ｔ ｔ ｐ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｍ ｔ ｒ ｂ ｉ ｉ ｇ ｔ ｉ ｄ ｌ ｔ ｅ ｋ ｎ ｍａ ｉｓ ａ ｄ ｄ — ｕ ｓｂ ｉ ｙ ｔ ｅ ｖ ｒ ｕ ｌｐ ｏ ｏ ｙ ｅ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ． ｅ ｕ ｌ ｎ ｈ ｓ ｍｏ ｅ ， ｈ ｉ ｅ ｔ ｎ ｙ ｔ ｄ ｃ ｎ ｍｉ ｓ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｈ ｖ ｅ ｎ ｇ ｉ ｅ ，ｎ ｌ ｄ ｎ ｈ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｎ ｐ ｅ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｆｐ ｓ ｏ ａ ｃ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ａ ｅ ｂ ｅ ａｎ ｄ ｉ ｃ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｄ ｓ ｌｃ ｍｅ ｔａ ｄ ｓ ｅ ｄ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｓ ｉ ｏ ｉ ｔ ｎ， ｃ ｃ ｈ ｄ ａ ｌ ｒ ｓ ｕ ｅ ｏ ｔ ｕ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｎ Ｏ ｏ Ｍ ｔ ｒｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ， ｙ ｒ ｕ ｉ ｒ ｓ ｕ ｅ ｏ ｈ ｓｐ ｍｐ ｉ ｙ ｒ ｕ ｉ ｐ ｅ ｓ ｒ ｕ ｐ ｔｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ａ ｄ Ｓ ｎ． ｅ ｈ ｎ ｌ ｓｓ ｈ ｄ ａ ｌ ｐ ｅ ｓ ｒ ｆｔ ｉ ｕ ｓ ｃ ｃ ｃ ｔ ｃ ｓｍｕ ｈ ａ ｒ ｉ ａ ｙ ｐ ｍｐ ， ｅ ｄ ｃ ｅ ｓ ｆｔ ｅ ｖ ｂ ａ ｉ ｎ， ｎ ｈ ｐ ｅ ｕ ｔ ｂ ｙ ｉ ｏ ｄ ｃ ｏ ｃ ． ｗｉ ｅ ａ ｃ ｓｏ ｄ ｎ ｒ ｕ ｓ Ｔｈ ｅ ｒ ａ ｅ ｏ ｈ ｉ ｒ ｔ ｏ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｅ ｄ ｓ ｉａ ｌ ａ ｇ ｏ ｈ ｉｅ ｓ
基于虚拟现实技术的柱塞泵设计
力 降低 ， 向阀６ 闭 。 其压 力 降低到低 于大 气压 时 ， 单 关 当
形 成 局 部 真 空 ， 箱 内 的 液 压 油 在 大 气 压 力 的 作 用 下 油
１ ．１ 设 计 思路
１ ２ 主 要 零 件 的 三 维 设 计 建 模 与 动 功 能 的 有 输 入 轴 、 轮 、 凸 柱 塞 、 体 等零 件 。 入 轴 在转 动 时主 要 承受 扭矩 ， 计 箱 输 应 算 后 确定 它 的最 小 轴径 ， 根 据 它 的功 能及 与 其 它零 再 件 间 的 装 配 关 系 来 确 定 它 的 结 构 形 状 。 果 如 图 ２ ａ 结 （）
真 ， 测 设 计 中存 在 的 不 足 之 处 ， 此基 础 上进 行 柱 塞 泵 的 结 构修 正 ， 检 在 完成 对柱 塞 泵 的 并行 设 计 过 程 。 拟 现 实技 术 在 机 虚
械产品设计方面的应 用对缩短产品开发周期 ， 节省制造成本有 着重要的意义。
关键词 ： 塞泵 柱 虚 拟设 计 运动仿真 并 行 工 程 文 章 编 号 ：０ ０— ９ ８２ １ ）５— ００—０ １０ ４ ９ （０ ０ ０ ０ １ ２ 中 图 分 类 号 ： Ｈ ２ Ｔ ３２ 文献标识码： Ａ
近 年 来 机 械 制 造 业 的竞 争 日趋 激 烈 ， 了 在 激 烈 为
容 积 来 实 现 柱 塞 泵 吸 油 和 压 油 过 程 。 次 考 虑 设 计 怎 其 样 的结 构可 以完成 柱塞 泵吸油 和压 油这 种连续 动作 。
的 竞 争 中不 被 市 场 淘 汰 ， 品 的研 制 周 期 、 量 、 本 、 产 质 成 售 后 服 务 等 均 已 成 为 每 一 个 现 代 企 业 必 须 面 对 的 问 题 。 ２ 年来 的实 践证 明 ， 信息技 术应 用 于新产 品研 近 ０ 将 制 和 生 产 之 中 是 现 代 企 业 生 存 发 展 的 必 由 之 路 。 进 先
【文献综述】船用液压马达虚拟样机设计
文献综述机械设计制造及其自动化船用液压马达虚拟样机设计引言上个世纪末以来世界经济和科学技术的飞速发展和因特网的广泛应用，明显加快了制造活动全球化的进程，使企业面临更加激烈的国内外市场竞争。
企业为了提高竞争力，必须尽快改变品种，更新设计，缩短新产品的研发周期，提高产品的设计质量，降低产品的研发成本，进行创新性设计。
这样才能对快速多变的市场需求做出敏捷响应，从而在市场竞争中获得相当的市场份额和利润。
在这种环境下虚拟样机技术随之产生。
虚拟样机技术也称数字样机技术，是20世纪80年代随着计算机技术而迅速发展起来的一项新技术，其核心是机械系统运动学和运动仿真技术，同时还包括三维CAD建模、有限元分析、最优化等相关技术。
运用数字样机技术，可以缩短机械产品的设计开发周期，减少开发费用和成本，提高产品质量与性能，获得最优的创新产品。
目前该技术已在新产品设计中大量应用，推动了全球制造业和新产品开发技术的快速发展。
虚拟样机技术虚拟样机技术也称数字样机技术，其研究正处于探索中，目前对于虚拟样机的概念还没有一种通用精确的定义，针对不同的研究领域，有不同的定义方法。
一般来说数字样机技术就是在建筑第一台物理样机之前，设计师利用计算机技术建立系统的数字化模型，进行仿真分析并以图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性，从而修改并得到最优设计方案的技术。
数字样机是一种计算机模型，它能够反映实际产品的特性，包括外观、空间关系以及运动学和动力学的特性。
借助于这项技术，设计师可以在计算机上建立机械系统的模型，伴之以三维可视化处理，模拟在真实环境下系统的运动和动力特性并根据仿真结构精简和优化系统。
虚拟样机技术是在产品设计开发过程中，将分散的零部件设计和分析技术(指在某单一系统小零部件的CAD和FEA技术)揉合在一起，在计算机上建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计、提高产品性能的一种新技术。
基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵特性仿真
Ｈｙ ｒ ｕｉｓＰｎ ｕ ｔｃ ｄａ ｌ ｅ ｍａｉｓ＆ Ｓ ａｓ Ｎｏ ３２ ０ ｃ ｅ ｌ／ ． ０ ６
基 于虚 拟 样 机 技 术 的轴 向柱 塞 泵 特性 仿 真
杨智炜。 徐 兵。 张 斌
（ 江 大 学 流体 传 动 与 控 制 国 家 重 点 实 验 室 ， 州 ３０ ２ ） 浙 杭 １ ０ ７ 摘 要 ： 了对 柱 塞 泵 的特 性 进 行研 究 ， Ａ ＡＭＳ为 平 台 ， 合 Ｐ ｏ Ｅ 中建 立 的 三 维模 型 、 为 以 Ｄ 结 ｒ／ ＡＮＳ Ｓ柔 性 化 处 理 和 ＡＭＥ — Ｙ Ｓ ｉ 中 建 立 的 液 压 系统 模 型 ， 立 了 ＨＡ Ｅ Ｖ３ ｍ 建 Ｗ ０型 柱 塞 泵 的虚 拟 样 机 。 对 配 流 盘位 置 与 压 力 冲 击 ， 出 １客 积 与 压 力 脉 动 ， 泵 ３ ＇
１ 引言
Hale Waihona Puke 精 确 的 结 果 。利 用 虚 拟 样 机 技 术 ， 变 参 数 方 便 ， 客 观 实 际 一 改 与
致性 好 ， 时 省 力 ， 缩 短 研 究 周 期 ， 高研 究 质 量 。 省 可 提 ２ 柱 塞 泵虚 拟样 机 的 建 立
随 着 液 压 传 动 与 控 制 技 术 的 不 断 发 展 ， 柱 塞 泵 的 性 能 提 对 出 了 更 高 的 要 求 ， 研 究 和 设 计 高 性 能 的柱 塞 泵 ， 纯 运 用 传 统 为 单
ｏｅ ｐ ｄ，ｗｈｃ ｓａｄ ｎ ｍｉ ｉ ｌｔｏ ｔｏ ｎＡＤＡＭ Ｓ，ｃ ｍｂｎ ｄｗｉ ｄ ｌ ｇｉ ｒ ／ ｉｈ ｉ ｙ ａ ｃｓｍｕａ ｉｎ ｍｅｈ ｄｉ ｏ ｉｅ ｔ ｍｏ ｅｉ Ｐ ｏ Ｅ，ｆ ｘｂｌ ｙａ ａｙ ｅ ｙＡＮＳ ｈ ｎ ｎ ｌ ｉｉ ｔ ｎ ｌｚ ｄ ｂ ｅ ｉ ＹＳ，
轴向柱塞泵工作特性的建模与仿真研究
轴向柱塞泵工作特性的建模与仿真研究轴向柱塞泵是一种常见的液压传动元件，广泛应用于工业生产和机械设备中。
了解其工作特性对于提高工作效率和优化设计至关重要。
因此，建立轴向柱塞泵的工作特性模型，并进行仿真研究，对于优化设计和性能提升具有重要意义。
1.简介轴向柱塞泵是一种液压执行元件，通过压力油将柱塞排列成环绕轴线的圆形，从而实现流体的吸入和排出。
其主要部件包括轴、柱塞和分配器等。
轴向柱塞泵工作的基本原理是利用柱塞在旋转的分配盘上的往复运动，使得工作腔的容积周期性变化，从而实现液体的压力和流动。
2.建模方法建立轴向柱塞泵的工作特性模型是通过数学方法将其物理特性转换为数学模型，从而便于分析和仿真研究。
常用的建模方法有系统辨识、流体动力学等。
3.系统辨识建模系统辨识是一种通过对系统输入输出信号进行采样和分析，从而获取系统的模型表达式的方法。
对于轴向柱塞泵而言，可以通过输入流量、输出压力等信号进行采样和分析，从而建立系统响应函数和传递函数等数学模型。
4.流体动力学建模流体动力学是研究流体在不同条件下的运动和变化规律的学科。
对于轴向柱塞泵而言，可以通过流体动力学理论对其内部流动和压力分布等进行建模。
通过对流量、压力和速度等参数的计算和分析，可以得到轴向柱塞泵的工作特性曲线和性能指标。
5.仿真研究基于建立的轴向柱塞泵工作特性模型，可以进行仿真研究。
通过改变输入信号、工作参数和结构设计，可以模拟不同工况和运行状态下的泵的性能。
通过仿真研究，可以评估泵的工作效率、输出压力和流量稳定性等指标，为优化设计和性能提升提供理论依据。
6.结论轴向柱塞泵是一种重要的液压传动元件，其工作特性的建模和仿真研究对于优化设计和性能提升具有重要意义。
通过系统辨识和流体动力学等方法建立泵的工作特性模型，可以进行仿真研究并评估其性能指标。
这将为泵的设计、选择和应用提供有力的支持，促进工业生产和机械设备的优化和发展。
基于Amesim的轴向柱塞马达特性仿真研究
基于Amesim的轴向柱塞马达特性仿真研究孙宣德;高有山;安龙;程冬宏【摘要】为了对液压马达的泄露,柱塞排量特性,马达扭矩特性方面的分析,同时补充关于液压系统中马达的仿真研究直接利用模型库模型进行搭建的不足,运用Amesim软件对定排量两配流窗口轴向柱塞马达进行了建模和仿真分析.在恒流量油源工况下探究其进出油口相通以及在不同惯性负载情况下,马达输出扭矩特性的变化规律.通过对仿真模型的分析,在之后配流方式的分析和改进阶段,能够有效便捷地发现各参数变化对两配流窗口马达的作用和工作性能的影响,同时可为四配流窗口轴向柱塞马达的配流方式以及配流结构设计提供参考.【期刊名称】《太原科技大学学报》【年(卷),期】2018(039)002【总页数】5页(P136-140)【关键词】轴向柱塞马达;配流结构;Amesim仿真【作者】孙宣德;高有山;安龙;程冬宏【作者单位】太原科技大学机械工程学院,太原030024;太原科技大学机械工程学院,太原030024;太原科技大学机械工程学院,太原030024;太原科技大学机械工程学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH137仿真的直接目的是分析现有系统或者辅助设计新的系统。
关键过程是找到一组合适的数学公式来描述需要模拟的实际系统，最后求解。
Amesim仿真对上述过程进行了图形化，并提供给了求解的多种算法。
在液压方面，Amesim提供了丰富的数学模型，将其归类称为三种“库”：标准液压库(Hydraulic,HYD)、液阻库(Hydraulic Resistance,HR)和液压元件设计库(Hydraulic Component Design,HCD).液压领域的建模分为液压系统建模[1]和液压元件建模[2],首先根据原理图进行草图的模型构建；再为其构建子模型并赋值,最后求解。
由于轴向柱塞液压马达可通过斜盘角度调速且控制简单的优点,在工程机械的回转机构中被广泛应用。
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
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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副仿真分析
文章编号:1673-5196(2010)03-0031-07基于虚拟样机的轴向柱塞泵柱塞副仿真分析徐兵,张军辉,杨华勇(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027)摘要:采用虚拟样机技术对轴向柱塞泵柱塞副进行仿真分析,介绍虚拟样机子模型,通过软件接口实现子模块之间数据传递,实现柱塞副仿真模型的液固耦合和刚柔耦合;建立试验平台,通过试验测试结果验证模型的正确性,证明轴向柱塞泵虚拟样机仿真平台对轴向柱塞泵设计有很强的指导作用.仿真分析柱塞泵负载压力等级、斜盘倾角以及柱塞副间隙对柱塞副性能的影响,表明柱塞副设计是限定轴向柱塞泵压力等级和最大斜盘倾角的重要因素,适当减小间隙油膜厚度可以降低柱塞副泄露损失和摩擦损失,并有助于提高柱塞副油膜承载能力.关键词:虚拟样机;轴向柱塞泵;柱塞副中图分类号:T H137.51文献标识码:ASimulative analysis of piston-cylinder pair of axial piston pumpbased on virtual prototypeXU Bing,ZH ANG Jun-hui,YANG Hua-yong(State Key Lab oratory of Fluid Pow er T ransmis sion and Control,Zh ejiang University,H angzhou310027,China)Abstract:Sim ulative analy sis o f piston-cylinder pair o f ax ial piston pum p w as perfo rmed w ith virtual pro-totype technique.T he sub-models of v ir tual prototype w er e introduced.The data transfer am ong the sub-m odels w as realized w ith softw are interface.T he liquid-so lid coupling and rigidity-flex ibility coupling o f piston-cylinder pair mo del w ere achieved a co-simulatio n m odel called as virtual proto ty pe.T hen sev eral related test rigs w ere built up.T he corr ectness of the m odel w as verified by the measurem ent result of the test and the ex perimental result also dem onstrated that the virtual pro to ty pe sim ulation could be used to g uide the design of ax ial pisto n pum ps and to analyze the influence of loading pressure,inclined ang le o f swash plate and clearance betw een piston and bushing o n the perform ance of pisto n-cy linder pair.It w as sho wn that the desig n of piston-cy linder pair w as the key influencing to facto r limit the pressure level and m ax imum sw ash plate ang le.A slig ht r eductio n o f the thickness of oil film betw een piston and cy linder could result in reductio n o f leakag e and friction of piston-cylinder pair and improve of the bearing capability of the oil film.Key words:v irtual prototy pe;ax ial piston pump;pisto n-cy linder pair轴向柱塞泵是液压领域结构最复杂、技术含量最高的液压元件,各部件之间运动关系复杂,并且存在大量的非线性环节的耦合[1].传统的分析方法存在大量的简化,分析结果与实际相差甚远.虚拟样机技术是随着计算机仿真技术进步出现收稿日期:2010-04-16基金项目:国家/8630高技术产业化研究项目(2007AA041803),上海市重点实验室开放课题基金(M SV-2009-02),/十一五0科技支撑计划项目(2006BAF01B03-01)作者简介:徐兵(1971-),男,浙江杭州人,教授,博导.的一项新生的工程技术,利用多领域的建模工具,完全按照对象最本质的因素建模,保证模型无限接近于物理样机,因此对虚拟样机的仿真评估可以代替对物理样机总体性能的评估,改变传统设计中的试错法,缩短产品开发周期,降低开发成本[2].德国亚琛(Aachen)工大的IFA S试验室,Rex roth、Eaton、Parker等国际大公司先后把虚拟样机技术引入到轴向柱塞泵的研发中[3-5],对轴向柱塞泵进行优化设计,提高轴向柱塞泵的工作性能参数和寿命.柱塞的往复运动实现轴向柱塞泵的吸油和排第36卷第3期2010年6月兰州理工大学学报Journal of L anzhou U niversity o f T echnolog yV ol.36N o.3Jun.2010油,柱塞副作为轴向柱塞泵的四个关键摩擦副之一,运动和受力复杂,悬臂状态的柱塞在侧向力作用下的受力状况很大程度上决定了轴向柱塞泵的最大斜盘倾角和压力极限,因此柱塞副的研究对轴向柱塞泵整体性能的改善有着重要的意义,也是柱塞泵领域的一项研究热点.本文采用虚拟样机仿真技术,针对A10V71轴向柱塞泵,建立柱塞副的液固耦合和刚柔耦合的虚拟样机模型,分析不同工作参数和结构参数对柱塞副性能的影响.1 虚拟样机仿真模型建立柱塞副的受力如图1所示,柱塞在柱塞腔油液压力F p 和弹簧压紧力F k 作用下压紧在斜盘表面,斜盘的反作用力F sk 分为沿柱塞轴线分量F sk z 和垂直柱塞轴线分量F sk y ,柱塞的惯性力F ak 和离心力F wk 与运动有关,F g 为柱塞重力,F fk 为柱塞副轴向摩擦力,F s y 为油膜作用力的y 轴分量.在这些综合作用力下,柱塞除了绕主轴旋转与沿柱塞孔往复运动外,还绕自身轴线旋转,以及在柱塞孔中微幅振动.图1 柱塞受力示意图Fig.1 Schematic diagram of force action on piston准确分析柱塞副性能的关键是精确求解柱塞副的作用力,根据作用力产生原因的不同,需要采用不同领域的仿真软件建立计算子模型.为此建立轴向柱塞泵柱塞副的虚拟样机仿真模型,包括动力学模型、液压模型和油膜模型.1.1 动力学模型采用多体动力学软件M SC.ADAM S 建立虚拟样机动力学模型.首先采用So lidw orks 软件建立柱塞泵的三维造型,添加材质属性与配合关系,然后通过COSMOSM otio n 接口,把包含约束信息和驱动载荷信息的机构模型导入到ADAM S 环境中,转换成能够模拟柱塞泵内部元件相对运动关系和力学传递特性的物理模型.传统仿真模型中认为柱塞副为圆柱副配合,即便考虑柱塞在柱塞孔中的偏心,还是假设柱塞轴线和柱塞孔轴线保持平行[6].在侧向力的作用下柱塞在柱塞孔中处于倾斜状态[7],如图2所示.倾斜状态随着作用力变化而变化,为了真实反映这种配合关系,模型中柱塞和柱塞孔之间采用碰撞处理.图2 柱塞在柱塞孔中倾斜状态示意图Fig.2 Schematic diagram of inclined state of piston inpiston chamber柱塞副间隙通常为微米级,柱塞副表面在压力场作用下的弹性变形将对柱塞副间隙的油膜厚度产生较大影响[8],为了考虑这种黏弹性效应,需要对柱塞进行柔性化处理,分析柱塞在外力作用下的应力应变.动力学模型能够精确模拟柱塞的运动和受力状态.1.2 液压模型柱塞腔油液对柱塞端部的作用力F p 是柱塞最重要的作用力,液压模型的主要作用就是求解柱塞腔压力p ,虚拟样机液压模型采用AMESim 建立.基于柱塞腔的流量压力特性方程和AM ESim 库模型,建立单柱塞流量模型,并进行封装,如图3所示.单柱塞模型中考虑了柱塞副、滑靴副、配流副泄漏量,其中柱塞副泄漏量采用AMESim 元件库中的变长度偏心带泄漏和黏性阻尼的柱塞模型,滑靴副和配流副泄漏量则采用等效液阻模型构建[9],其泄漏量q s 和q v 为q s =P d 4d h 3sL [6d 4d lnr 2/r 1+128h 3s l d ]p -p c (1)q v =A f h 3v 12L 1ln R 2/R 1+1ln R 4/R 3p -p c(2)式中:p c 为柱塞泵壳体压力,h s 为滑靴副油膜间隙厚度,h v 为配流副油膜间隙厚度,其他为滑靴副和配流副结构尺寸参数和油液特性参数.配流盘的结构决定柱塞腔的压力冲击,为了求解柱塞腔压力,必须精确计算柱塞腔过流面积随主轴旋转的周期性变化情况,特别是过渡区过流面积的变化[9],这种变化规律被集成在图3所示的配流盘模型中.液压模型仿真结果表明柱塞腔压力在高低压过渡区存在压力正负超调,而且在柱塞泵出口#32# 兰州理工大学学报 第36卷压力脉动作用下高压区存在较大的压力波动.图3 虚拟样机液压模型Fig.3 Hydraulic model of virtual prototype1.3 油膜模型柱塞副间隙油膜有润滑、承载和密封的作用,油膜模型主要是求解柱塞副油膜的厚度场、压力场以及摩擦力,由于柱塞副油膜厚度远小于其他两个尺寸,可以假设为层流.柱塞副油膜模型是一个非等温模型,主体部分是采用有限体积法(FVM )联合数值求解雷诺方程和能量方程.油膜模型采用M atlab 建立,模型中考虑了油液的挤压效应以及柱塞副表面局部接触时的接触应力.由于粗糙度的存在,随着柱塞在柱塞孔中倾斜程度的增大,当油膜厚度小于一定数值时,柱塞和柱塞孔局部接触,即产生混合摩擦,而柱塞和柱塞孔局部接触产生弹性变形,弹性变形将产生接触压力p e ,p e 的大小由柱塞副材质特性和弹性变形量h e 决定[9].即p e =2E kd z -d kh e h e =0 h \h minh min -h h <h min式中:d z 和d k 分别为柱塞孔和柱塞的直径,油膜最小厚度h min 由柱塞副表面粗糙度决定,弹性模量E k 取柱塞和柱塞孔材料弹性模量的调和平均值.油膜模型的摩擦力按照牛顿的液体内摩擦定律计算,油液的速度梯度由柱塞运动速度和压力差决定,油膜的速度场还决定了柱塞副的泄漏量.1.4 联合仿真虚拟样机是多领域模型的偶合体,需要实现不同环境下建立的子模型之间数据的实时通信,才能完成虚拟样机仿真平台的搭建,实现柱塞副仿真模型的液固耦合和刚柔耦合.鉴于ADAM S具有较好的可视化功能,采用ADAM S 作为虚拟样机仿真平台的操作界面,通过对ADAM S 的二次开发,建立较好的人机交互界面.3个子模型之间的数据传递如图4所示,动力学模型把柱塞运动速度和位移同时传递给液压模型和油膜模型,把柱塞表面的弹性变形量以及柱塞在柱塞孔的倾斜姿态传递给油膜模型;液压模型提供的柱塞腔压力和油膜模型提供的压力场和摩擦力传递给动力学模型作为载荷;液压模型计算的柱塞腔压力同时也作为油膜模型仿真时的边界条件.图4 子模型数据传递路线Fig.4 Data transfer among sub -models3个软件之间存在5条数据流,为了简化子模型之间的数据传递,通过AMESim 中的SL2AME 接口,把油膜模型转化为AMESim 库元件,油膜模型内嵌到液压模型中,这样虚拟样机仿真平台内部只存在ADAM S 和AM ESim 之间两个数据的传递路线.2 试验方案为了验证柱塞副虚拟样机仿真模型的性能,修正和完善虚拟样机的主要参数,建立了柱塞副压力场测试模型泵.模型泵在不改变轴向柱塞泵原有结构基础上,在柱塞泵缸体内部加工放置微型传感器,对柱塞副内部油膜压力场进行测量,由于在实际轴向柱塞泵基体上测量,保证了测试结果的真实可信[10].由于轴向柱塞泵缸体处于高速旋转状态,传感器的信号传输困难,为此传感器的信号线先从旋转缸体上传递到中空的主轴上,保证传感器、线缆和旋转组件之间在柱塞泵旋转过程中没有相对运动,然#33#第3期 徐 兵等:基于虚拟样机的轴向柱塞泵柱塞副仿真分析后通过无线遥测装置把信号从旋转主轴传输到固定的数据采集系统上[11].图5为同一时刻柱塞副油膜压力场仿真结果和试验结果比较.柱塞副模型泵压力场测试结果是根据压力测点插值拟合而成,由于传感器数目较少,不能保证测得的压力峰值点,因此测试油膜压力场曲面不够平滑,对一些关键峰值点的预测偏低.但是仿真结果和试验结果对柱塞副油膜压力场分布规律描述是一致的,表明柱塞副虚拟样机仿真模型能够对柱塞副性质进行预测.为了更好地检验和修正虚拟样机模型,轴向柱塞泵柱塞腔压力、柱塞副摩擦力、柱塞副油膜温度场等模型泵也在设计加工中.图5 柱塞副油膜压力场比较Fig.5 C omparison of pressure field of oil f ilm in piston -cylinder pair3 仿真分析在建立A10V71轴向柱塞泵柱塞副虚拟样机仿真平台的基础上,仿真分析负载压力、斜盘倾角和间隙厚度对柱塞副性能的影响.比较分析柱塞副性能主要包括柱塞副油膜峰值压力、混合摩擦面积、轴向摩擦力和泄漏量.当油膜峰值压力大于柱塞副材料的许用比压时,柱塞副的疲劳寿命将降低;油膜厚度小于最小油膜厚度h min 时将发生混合摩擦,柱塞副的摩擦和磨损将增大;轴向摩擦力和泄漏量则对应柱塞副的机械损失和泄漏量损失,直接影响轴向柱塞泵的效率.3.1 负载压力影响轴向柱塞泵的负载压力分为15、23、28、32M Pa 四个等级,对应的柱塞腔压力如图6所示.图6 柱塞腔压力随负载的变化Fig.6 Variation of pressure in piston chamber with load轴向柱塞泵A10V71工作在额定转速下,斜盘倾角为12b ,仿真结果如图7所示.图7a 表明柱塞副油膜峰值压力随着负载压力等级增大按照接近双曲线规律增大,当柱塞泵工作在额定压力28MPa 时,油膜峰值压力略大于柱塞常用材料38CrMo AlA 的许用比压,当负载压力增大到32M Pa 时,油膜峰值压力急剧增大到接近200M Pa,疲劳寿命将大幅度降低.图7b 表明随着负载压力的增大,柱塞副发生混合摩擦面积的几率增大,而且在上下死点附近混合摩擦面积最大,磨损最严重,这是由于上下死点柱塞运动速度最低,与Stribeck 曲线所揭示的摩擦副润滑性能随着表面相对速度增大而改善的规律[12]一致.当负载压力小于15M Pa 时,柱塞副基本是完全油润滑.图7c 和图7d 表明,柱塞副的轴向摩擦力和泄漏量都随着负载压力增大而增大,相应柱塞副的机械损失和泄漏损失增大.轴向摩擦力的增大一方面是由于油液速度梯度随着压力增大而增大,另一方面是由于混合摩擦面积的增大造成的,泄漏量的增大是由于在高压区,负载压力和壳体压力之间的压力差增大,油液运动速度增大造成的.综上所述,在现有材料和结构下,保证A10V71轴向柱塞泵长期正常工作的极限压力为28M Pa.3.2 斜盘倾角影响轴向柱塞泵A10V71工作在额定压力和额定转速下,斜盘倾角分别为5b 、8b 、12b 、17b .仿真结果表明油膜峰值压力受斜盘倾角影响很大.如图8a 所示,当达到最大斜盘倾角时,峰值压力远大于柱塞材料的许用比压,所以额定压力下,A10V71工作在最大斜盘倾角时工作寿命将大幅度降低.通常情况下,#34# 兰州理工大学学报 第36卷图7 柱塞副性能随负载压力的变化Fig.7 Performance variation of piston -cylinder pair with loadpressure图8 柱塞副性能随斜盘倾角的变化Fig.8 Perform ance variation of piston -cylinder pair with swash plate inclining angle#35#第3期 徐 兵等:基于虚拟样机的轴向柱塞泵柱塞副仿真分析轴向柱塞泵不会同时工作在最大压力和最大斜盘倾角下.图8b 表明,混合摩擦面积随着斜盘倾角增大而增大,当斜盘倾角小于12b 时柱塞副基本处于完全油润滑状态.图8c 表明,柱塞副的摩擦力随着斜盘倾角的增大而增大,一方面是因为斜盘倾角增大,柱塞往复运动行程增大,从而柱塞往复运动速度增大,油液速度梯度增大,摩擦力增大.图8d 表明,虽然吸油区的泄漏量随着斜盘倾角增大而增大,但是排油区的泄漏量却相对减小,所以斜盘倾角对柱塞副总泄漏量影响不大.综上所述,随着斜盘倾角增大,对柱塞副承载能力要求急剧增大,为了保证工作寿命,在额定压力下,轴向柱塞泵不能长时间工作在最大斜盘倾角下.3.3 间隙厚度影响轴向柱塞泵A10V71工作在额定压力和额定转速下,斜盘倾角为12b ,柱塞副间隙分别为13、15、18L m,仿真结果如图9所示.仿真结果表明,油膜峰值压力随着柱塞副间隙增大而增大,如图9a 所示,当间隙厚度不大于15L m 时,峰值压力小于柱塞副材料的许用压力,柱塞副的疲劳寿命不受影响.柱塞副的混合摩擦面积随着柱塞副间隙增大而增大,如图9b 所示,即在同样的工作参数下,柱塞副间隙厚度越小,柱塞副磨损越小,相应的柱塞副的工作寿命越长.图9c 表明,柱塞副的摩擦力随着间隙的增大而增大,虽然柱塞副间隙增大,在同样的运动速度和压力差作用下,油液的速度梯度减小,对应的摩擦力也应该减小,但是由于混合摩擦面积增大对摩擦力影响程度更大,所以柱塞副的摩擦力随着柱塞副间隙增大呈现略增大趋势.如图9d 所示,由于油液横截面积增大,柱塞副的泄漏量随着柱塞间隙增大而增大.图9 柱塞副性能随柱塞间隙变化Fig.9 Perf ormance variation of piston -cylinder pair with clearance width传统观点认为,随着柱塞副间隙减小,柱塞副摩擦力增大,柱塞副的磨损量相应增大,造成柱塞副工作寿命降低,但是仿真结果的结论正好相反,这主要是因为随着柱塞副间隙减小,柱塞只需要相对较小的倾斜程度就能达到同样的油膜挤压效应,从而达到承载侧向力的效果.针对柱塞副间隙厚度对柱塞副机械效率的影响,2005年德国汉堡工大的Feld -m ann 教授进行了试验研究[13],在同样的工作参数下,柱塞副间隙分别为柱塞直径的0.7j 和1.7j ,柱塞泵其他结构和参数相同,测试结果如图10所示,其中G hm 为柱塞间隙为柱塞直径0.7j 时柱塞泵的机械效率,G hm,r 为柱塞间隙为柱塞直径1.7j 时柱塞泵的机械效率,4条曲线表示4种不同的转速.试验结果表明,柱塞泵的机械效率随着柱塞副间隙减#36# 兰州理工大学学报 第36卷小而增大,由于柱塞副的机械损失完全是由摩擦力决定的,因此柱塞副的摩擦力随着柱塞副间隙减小而减小,与仿真结果一致.图10 柱塞副间隙对柱塞泵机械效率的影响Fig.10 Influence of clearance of piston -cylinder pair onmechanical efficiency综上所述,随着柱塞副间隙减小,柱塞泵的工作寿命和效率都相应增大,所以减小柱塞副间隙厚度是改善柱塞副性能的有效手段.但是柱塞副间隙的减小造成对装配公差要求增大,加工成本增大,而且轴向柱塞泵的抗污染能力也会降低.4 结论1)虚拟样机技术通过多领域软件建立的联合仿真模型,实现了柱塞副模型的液固耦合和刚柔耦合,能够真实模拟柱塞的受力和运动情况.2)随着斜盘倾角和负载压力等级的增大,柱塞副油膜峰值压力和混合摩擦几率急剧增大,所以柱塞副是决定轴向柱塞泵最大斜盘倾角和工作压力等级的重要因素.3)随着柱塞副间隙减小,柱塞副的油膜峰值压力和磨损量降低,柱塞泵的机械损失和泄漏损失降低,所以适当减小柱塞副油膜间隙是改善柱塞副性能的有效方法.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] 杨智伟,徐 兵,张 斌.基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵特性模拟[J].液压气动与密封,2006(3):33-36.[3] DEEKEN ing m od ern CAE tools to simulate hydr os taticdis placem ent units [J ].&Olhydraulik und Pneum atik,2005,49(10):1-12.[4] LU Y,W ANG Q,LI W.Proceedings of the Six th InternationalC onference on Fluid Pow er T ran smis sion an d C on trol [C ].H angzhou:W orld Pu blish ing C orp oration,2005:485-489.[5] LU Y,W ANG Q,LI W.Pr oceedings of the Seventh Interna -tional Conference on Fluid Pow er T ransmis sion and Control [C].H angzhou:W orld Pu blish ing Corp oration,2009:729-733.[6] 姜 伟,陈海明,胡新华,等.变黏度条件下柱塞摩擦学副泄漏量的计算[J].润滑和密封,2003(3):25-26.[7] IVANT YSYNOV A J,IVANT YSYNOV A M.Hydrostatic Pumpsand M otors [M ].Inadia:Akadem ia Books In ternational,2001.[8] M URRENH OFF H.Pr oceedings of the 7th In ternation al FluidPow er Confer ence Efficiency T hrough Fluid Pow er [C].Dres -den:T U Dresden,2010:301-314.[9] 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.[10] 陈庆瑞.轴向柱塞泵柱塞副油膜特性测试系统研究[D].杭州:浙江大学,2008.[11] 张 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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
ｔｅ ｐ ｒｓａ ｄ ｆ ｉ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓｗ ｒ ｔ ｄ ｃ ｄ ｉ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ， ｔ ｕ ｈ ｉ ｕ ｌ ｒ ｔｔｐ ｆｐ ｓ ｎ ｐ ｍｐ ｃ ｕｄ ｗ ｒ ｓａ ｒ ａ ｕ ． Ａ ｈ ａ ｔ ｎ ｕ ｄ ｃ ａａ ｔｒ ｅ ｅ ｉ ｒ ｕ ｅ ｎ ｏ ｔ ｄ ｌ ｈ ｓ ｔｅ ｖｒ ａ ｏｏｙ ｅ ｏ ｉｔ ｕ ｏ ｌ ｏ ｋ ａ ｅ ｌ ｍｐ ｌ ｎ ｏ ｈ ｔ ｐ ｏ ｐ ｓ ｌ －ｉｕ ｄ ａ ｄ ｒ ｉ －ｌｘｂ ｅ ｃ ｕ ｌ ｇ ｖｒ ａ ｒｔ ｔｐ ｆａ ｉｌｐｓｏ ｕ ｉ ｉ ｉ ｌｍｅ ｔｍｏ ｅ ｆｐ ｓｏ ｓｂ ｉ ． Ｔ ｅ ｓｒｓ ｏｉ ｌ ｉ ｎ ｉ ｄ ｆ ｉ ｌ ｏ ｐ ｉ ｉ ｏ ｌ ｏｏｙ ｅ ｏ ｘａ ｉｔｎ ｐ ｍｐ ｗ ｔ ｆ ｔ ｅ ｅ ｎ ｄ ｌｏ ｉ ｎ ｗａ ｕ ｌ ｄ ｑ ｇ ｅ ｎ ｔ ｐ ｈ ｎｅ ｔ ｔ ｈ ｔｅ ｓ ａ ｄ ｓｒ ｉ ｆｐ ｓｏ ｒ ｉ ｌ ｔｄ Ｔ ｅ ｓ ｌｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｃ ｏ ｄ ｗ ｔ ｈ ｈ ｏｙ ａ ｄ ｐ ｏ ｉｅ ｒ ｆｒ ｎ ｅ ｆｒ ｓ ｕ ｔｒ ｍｐ ｏ ｉｇ ａ ｄ ｎ ｔ ｎ ｏ ｉ ｎ ｗｅｅ ｓｍｕ ａｅ ． ｈ ｉ ａ ｉ ｅ ｕ ｔ ａ ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ｎ ｒ ｖｄ ｅｅ ｅ ｃ ｏ ｔ ｃｕ ｅ ｉ ｒｖ ｎ ｎ ａ ｔ ｍｕ ｏ ｓ ｈ ｒ ｐ ｒｏｍａ ｃ ｐ ｉ ｚｎ ｆ ｘａ ｉｔｎ ｐ ｍｐ ｅ ｒ ｎ ｅｏ ｔ ｆ ｍｉｉ ｇ ｏ ｉ ｐ ｓ ｕ ． ａ ｌ ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： Ａｘａ ｉｔｎ ｐ ｍｐ； Ｖｉ ｕ ｌ ｒｔ ｔｐ ｙ ｒｓ ｉｌ ｓｏ ｕ ｐ ｔ ｒ ａ ｏ ｏｙ ｅ；Ｆ ｎｔ ｌｍｅ ｔ ｄ ｌ Ｓ ｒ ｓ —ｔ ｉ ｐ ｉ ｉ ｅｅ ｎ ｅ ｍｏ ｅ ； ｔｅ ｓ ｓ ａｎ ｒ
基于LabVIEW的直流电机PID调速的设计与仿真
基于LabVIEW的直流电机PID调速的设计与仿真学院：电控学院专业：检测技术与自动化装置姓名：付营飞学号：2012132025授课教师：吴潜蛟基于LabVIEW的直流电机PID调速的设计与仿真摘要采用LabVIEW和Proteus设计了一个直流电机仿真调速系统。
电机的驱动和速度的采集由单片机完成，并将单片机的硬件电路在Proteus中仿真实现，再通过虚拟串口实现单片机与上位机的通信。
LabVIEW对接收的单片机的信息进行PID控制，并最终通过调节AT89C52单片机输出的PWM波占空比调整直流电机转速，达到对直流电机进行调速的目的。
采集的实时速度通过数码管进行显示，并在LabVIEW 中绘制速度实时曲线，实现了对速度信号的实时监控。
关键词：直流电机，调速系统，单片机，LabVIEW，虚拟串口1、当前现状 (1)2、技术介绍 (2)2.1直流电机数字控制 (2)2.2直流调速仿真系统的设计 (3)3、电路的设计与仿真 (4)3.1 直流电机控制电路设计 (4)3.2 单片机程序设计 (4)3.3 基于LabVIEW的上位机控制系统设计 (5)3.4 虚拟串口的配置 (6)4、结论 (7)5、总结 (8)参考文献 (9)1、当前现状LabVIEW 是美国NI 公司推出的虚拟仪器开发平台软件,具有简洁的图形化编程环境和强大的数据处理功能。
它广泛应用于数据采集与控制、信号与处理、数据显示、数据分析等领域。
LabVIEW 的强大，提供了数据收集，分析和储存财富的库函数，包括数据采集器，GPIO ，RS232/485各种通信，包括所有的标准通信总线功能特点。
设计使用LabVIEW 数据采集系统，可以收集各种模拟信号，但与NI 公司的数据采集板都比较贵，可以在单片机数据采集系统的实际开发。
本文设计了一种基于Labview 的单片机直流PID 调速控制系统，并对其系统的组成、实现给出了详细描述。
PID 工具报包括用于在labVIEW 环境中开发控制系统的各种函数。
浅谈轴向柱塞泵动力特性分析及虚拟仿真技术
浅谈轴向柱塞泵动力特性分析及虚拟仿真技术摘要为了更好地认识轴向柱塞泵的各个结构和动力特性的形式，便于对柱塞泵的各个部件进行改进和提高，通过对轴向柱塞泵的外部观察和拆解，对其运用现代科技进行三维仿真和运动分析，从而在技术改进及特性研究方面提高效率。
关键词轴向柱塞泵；动力特性；三维仿真；运动分析引言对传统的物理样机的研究，不仅研究时间周期长，提出改进后进行物理样机的制造也会花费大量的财力和人力[1]。
本文提出对轴向柱塞泵进行虚拟样机的构建，利用虚拟样机可以很大程度的提高效率，并且可以通过现代先進软件展示更加生动形象。
将现存工厂的硬件使用与软件相结合，构建一个经济实用、适合大众的模型，通过对模型的研究和改进来等效的替换到实际中则可以大大方便生产、制造和研究。
2 轴向柱塞泵的拆解和分析任何模型的建立都必须使建立者对现存实体有准确的认识。
轴向柱塞泵的形式多种多样，但是具体的实际结构却相差不多。
所选择的实体也必须能够清楚的表达各部件相互之间的存在关系和运动功能。
通过以下几种方式收集实体[2]：①从网上素材网站中可以找到柱塞泵的三维仿真模型，我们可以在此基础上改进；②实地考察，找学校现存设备进行拆解或者去学校周边的工厂进行参观；③对工厂中的有经验工人进行请教，并询问个人所认为现阶段柱塞泵所存在的问题。
斜盘式轴向柱塞泵由斜盘1，滑靴2，柱塞3，缸体4，配流盘5，传动轴6等零件组成。
斜盘式柱塞泵是一种更改容积来建立压力和输送和配流，而容积的改变是靠转子与缸体的相对位置，即紧密连接，又实现相对滑动。
（如图1）3 三维模型的建立及仿真运用三维仿真ADAMS软件对轴向柱塞泵的各个部件进行仿真。
在进行仿真时将不同类型的部件加以分类，方便以后参数的更改和技术的改进[3]。
在此之后就可以将每种不同类型的部件作为一个变量，通过更改单个变量的参数和运动机构来找出更加适合的构件形式。
也可以通过做不同的形式，来看到参数改进后的柱塞泵的优点及效率。
基于虚拟样机的轴向柱塞泵压力脉动特性研究
在液压系统中,液 压 泵 被 认 为 是 主 要 的 噪 声 源,而流体噪声在 泵 的 整 个 噪 声 水 平 中 占 相 当 大 的比例,一般 被 认 为 是 主 要 的 噪 声 激 振 源。由 于 柱塞泵出口压力的周期性变化而形成的压力脉动 是引起流体噪声 的 重 要 因 素,压 力 脉 动 引 起 液 压 振 动 ,再 经 过 系 统 介 质 和 组 件 结 构 的 传 递 ,导 致 管 道 、泵 壳 振 动 ,形 成 液 压 系 统 的 结 构 噪 声 和 空 气 噪 声[1]。这种振动 有 时 候 还 能 产 生 谐 振,谐 振 频 率 可 以 是 基 频 的 2~3 倍 或 者 更 大 。 同 时 ,液 压 回 路 的管道和阀类会 传 递 液 压 泵 的 压 力,在 回 路 中 产 生 波 动 ,使 泵 产 生 共 振 ,发 出 噪 声 。
根据对柱塞泵压力脉动的研究现状进行归纳 可以发现,油 液 特 性 是 重 要 的 影 响 因 素 之 一。而 油液最重要的性 质 是 其 可 压 缩 性 和 黏 性,这 两 个 性质对在动态工作下的液压系统影响极大。对于 轴向柱塞泵这种 高 度 液 固 耦 合 的 系 统,采 用 虚 拟
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徐暋兵暋李春光暋张暋斌暋许书生
浙 江 大 学 流 体 传 动 及 控 制 国 家 重 点 实 验 室 ,杭 州 ,310027
摘要:介绍了虚拟样机技术在轴向柱塞泵仿真研究中的应用。借 助 虚 拟 样 机 技 术 并 根 据 柱 塞 泵 的 物理模型参数,分别在 MSC.ADAMS和 AMESim 环境下构建了柱塞泵的动力学模型和液压模型。利 用二者模型的底层接口,搭建了液 固 耦 合 的 轴 向 柱 塞 泵 虚 拟 样 机 模 型。 基 于 虚 拟 样 机,研 究 了 油 液 黏 度 、体 积 弹 性 模 量 对 柱 塞 泵 出 口 压 力 脉 动 特 性 的 影 响 ,得 到 了 泵 出 口 压 力 脉 动 幅 值 及 脉 动 率 随 体 积 弹 性 模量增大而增大的线性关系,也总结出了泵出口压力脉动幅值及脉功率随 油 液 黏 度 增 大 而 增 大 但 变 化 幅度逐渐减小的结论。
面向海洋工程的虚拟仿真技术研究
面向海洋工程的虚拟仿真技术研究随着科技的不断发展和进步，虚拟仿真技术被越来越多的领域所广泛应用，其中之一便是面向海洋工程的虚拟仿真技术。
虚拟仿真技术是一种利用计算机技术和数字信息技术来模拟真实的环境和过程的技术，它多用于产品设计、工艺验证和效果展示等领域。
在海洋工程中，虚拟仿真技术则通过数学模型、计算机图形处理等技术手段，对海洋工程系统进行仿真模拟，以实现对海洋工程设计、施工和运维过程中的各种问题进行分析和解决。
海洋工程是一项涉及广泛、领域复杂的工程领域，包括海上钻井平台、深海石油开采设备、海底管道等多个子领域。
海洋环境的复杂性和不确定性给海洋工程的研究带来很大的困难。
而虚拟仿真技术能够通过数字模型对海洋环境的流体力学、物理特性等进行模拟分析，进而得出一系列效果预测，为海洋工程的研究和实践提供有力支持。
虚拟仿真技术在海洋工程中的应用主要体现在以下四个方面：第一，虚拟双模仿真。
虚拟双模仿真是利用数字仿真系统对物理系统进行动态数字化仿真的一种方法。
它将实际物理模型与数字模型进行匹配，以实现两种模型之间的同步转换，从而更准确地评估海洋工程系统的研究成果。
虚拟双模仿真可以将海洋工程系统的不确定性考虑在内，使得该系统更为精准和可信。
第二，流体动力学仿真。
流体动力学仿真是通过计算机对海洋中的流体动力学特性进行模拟和分析，包括海洋波、海流、海浪等，以解决一系列海洋工程中的技术问题。
流体动力学仿真可模拟不同区域的海洋环境，准确描述海底地形、海洋环境、海底生物、海洋工程物体等的物理特性。
第三，海洋工程可视化。
海洋工程可视化可以将数据和信息可视化，使得研究人员可以通过计算机、虚拟现实设备、低成本传感器等设备与开发环境实现交互式的仿真行为。
第四，多学科协同问题解决。
虚拟仿真技术提高了团队协作和联合研究的能力，支持全球各地的团队协同设计和联合开发。
多学科协同问题解决考虑了海洋工程的多个方面，如建立海洋环境数学模型，提高海洋环境数据处理及数据挖掘的方法和技术，推进多学科交叉融合，促进海洋工程领域的结构优化和技术创新。
基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵运动及动力特性仿真分析的开题报告
基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵运动及动力特性仿真分析的开题报告一、研究背景和意义随着工业和农业的发展，机械的运动传动系统得到了广泛的应用，特别是涉及到高功率和高效率的液压系统，它们可以更容易地进行远距离传动以及控制。
在液压系统中，轴向柱塞泵起到了非常重要的作用，它可以将机械能转化为流体能，并将流体能传递到所需的位置。
因此，分析轴向柱塞泵的运动及动力特性，对于优化设计和提高系统性能具有非常重要的意义。
目前，国内外学者已经对轴向柱塞泵进行了一定的研究，并提出了许多不同的仿真方法。
但是，这些方法都存在一定的局限性，比如有些方法只考虑了单一的运动及动力参数，而没有将它们整合到系统中进行综合评估；有些方法的仿真精度不高，没有考虑到实际系统中的一些实际因素等。
因此，研究一种基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵运动及动力特性仿真分析方法，以优化液压系统的设计和性能，具有非常重要的研究意义和实际应用价值。
二、研究内容和方法本研究将采用虚拟样机技术来进行轴向柱塞泵运动及动力特性的仿真分析。
具体研究内容包括以下几个方面：1. 虚拟样机模型的建立：对轴向柱塞泵进行建模，包括机械结构和液压元件的参数选取等。
2. 运动及动力特性的综合仿真：将轴向柱塞泵的运动和动力特性综合考虑，并将它们整合到系统中进行仿真分析，从而得到系统的优化设计方案。
3. 仿真精度的提高：考虑实际系统中的一些实际因素，如摩擦、泄漏等，提高仿真精度，并对仿真结果进行验证。
本研究将采用ANSYS Fluent的模拟软件平台，通过建立轴向柱塞泵的虚拟样机模型和进行综合仿真分析，来实现液压系统的优化设计和性能提升。
同时，采用实验验证的方法，对仿真结果的准确性进行验证。
三、预期研究成果本研究采用ANSYS Fluent的模拟软件平台进行仿真分析，通过建立轴向柱塞泵的虚拟样机模型和进行综合仿真分析，预计可以得到以下研究成果：1. 建立了基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵运动及动力特性仿真分析方法，实现了液压系统的优化设计和性能提升。
基于DASP的海水马达振动分析和故障诊断研究
基于DASP的海水马达振动分析和故障诊断研究耿华;聂松林;王浩洁;时鑫;张文杰【摘要】基于DASP虚拟仪器测试平台,依托机械振动理论和设备故障诊断技术,结合海水柱塞马达振动信号采集及分析处理手段,搭建了海水柱塞马达的故障诊断实验系统.通过对海水柱塞马达在正常和故障两种状态下振动信号的时域分析与频谱分析,得到了海水柱塞马达配流盘“气蚀”损坏典型故障的识别特征,从而对柱塞泵/马达的故障机理和故障诊断有了更深入的了解.将基于DASP的测试技术应用于海水柱塞马达的振动测试,不仅能够获得海水柱塞马达振动的实时测试信号和振动特性图谱,还可获得振动机理分析所需的更高的测试精度和效率,在工程实践中具有较好的推广价值.%The hydraulic testing system for a seawater piston motor is built based on the DASP virtual instrument test platform,the mechanical vibration theory and the fault diagnosis technology,the seawater piston motor vibration signal acquisition and analysis method.By the time-domain analysis and frequency spectrum analysis of vibration signals of seawater piston motor under normal and fault conditions,we obtain the identification features of typical faults of cavitation damage,and get a deeper understanding on fault mechanism and diagnosis of piston pump/motor.Applying this testing technology to vibration testing of seawater piston motors,we can not only obtain the seawater piston motor test signal and vibration signal in real time,but also get higher test accuracy and efficiency.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2017(000)009【总页数】7页(P48-54)【关键词】海水柱塞马达;DASP;振动分析;故障诊断【作者】耿华;聂松林;王浩洁;时鑫;张文杰【作者单位】一汽-大众汽车有限公司动力总成事业部,吉林长春130000;北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室,北京100124;一汽-大众汽车有限公司技术开发部,吉林长春130000;北京机械工业自动化研究所流体传动与汽车装备工程技术研究中心,北京100120;北京机械工业自动化研究所流体传动与汽车装备工程技术研究中心,北京100120【正文语种】中文【中图分类】TH137.7在液压马达运行过程中，因缸体的高速旋转、柱塞的往复运动及预升压/降压配流过渡区的存在，使得马达内部的流动会由于压力的瞬间增大或降低而产生压力冲击，易出现空化等复杂的流动现象。
基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵动态特性分析_童水光
1
1.1
轴向柱塞泵虚拟样机模型的建立
基于 Kane-Huston 方法的多体运动学模型
多体系统理论中的 Kane-Huston 方法采用低序 体阵列的方法来描述机构的拓扑结构化求导为矩阵 相乘，以变换矩阵描述各运动矢量从而便于计算机 [7] A4V 型轴向柱塞泵的运动关系如图 1 所示， 运算 。 主轴在匀速电动机的驱动下以角速度 ω 绕轴线相对 于两端轴承做恒速转动，缸体通过花键与主轴啮合 与主轴一起做旋转运动，柱塞与缸体、传动轴一起 做旋转运动，同时柱塞相对于缸体沿自身轴线方向 做往复运动，斜盘倾角 的大小和方向可调。
图1 轴向柱塞泵运动关系图
A4V 型柱塞泵的运动机构由主轴、 斜盘、 滑靴、
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第 49 卷第 2 期期
量)为
Scosφsinβ + Rcosφ R = Ssinφsinβ + Rsinφ - Scosβ
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前言
*
随着液压传动与控制技术的飞速发展，对柱塞 泵的性能要求提出了更高的要求，传统物理样机设 计方法存在大量的简化， 分析结果与实际相差甚远， 难以适应现代产品设计需求。虚拟样机技术作为一 项新的工程技术，通过构建计算机模型，利用多领
* 浙江省科技厅重大专项资助项目(2009C11060)。20120715 收到初稿， 20121120 收到修改稿
在缸体旋转任意位置过主轴轴线的平面中，在柱塞
1 2 初始位置处建立相对坐标 n3(O3, e3 , e3 )，柱塞沿
基于虚拟样机的斜柱塞泵仿真研究的开题报告
基于虚拟样机的斜柱塞泵仿真研究的开题报告一、研究背景和意义斜柱塞泵是一种常见的液压泵，广泛应用于机械传动与液压系统中。
然而实际生产过程中，由于斜柱塞泵的结构和工作原理复杂，很难通过传统试验和实验手段来深入研究其性能和工作机理，因此需要运用先进的仿真方法来进行研究分析。
基于虚拟样机的斜柱塞泵仿真是将实物斜柱塞泵数字化并建立相应的数学模型，利用计算机技术对其中的物理变化进行求解和模拟，以实现性能仿真和优化设计的目的。
该方法具有成本低、实验风险小、实验速度快、研究灵活等优点，适用于对斜柱塞泵的分析与设计研究。
二、研究内容和方法本研究将基于虚拟样机技术，开发斜柱塞泵的模拟平台，并采用数值模拟方法，对其动态性能进行分析和优化。
具体工作如下：1、建立斜柱塞泵的数学模型通过对其结构和动力学特性进行分析，建立斜柱塞泵的数学模型。
该模型需包含斜柱塞泵主体部件的几何结构、运动关系、质量特性等因素，并应能够反映出斜柱塞泵工作时的关键特性参数。
2、设计虚拟实验平台利用虚拟样机技术，建立斜柱塞泵仿真实验平台。
该平台需包含虚拟斜柱塞泵、数据输入输出、数字化仪器设备等，并应能够对斜柱塞泵进行实时监控和数据处理。
3、进行数值仿真利用MATLAB等数值计算软件，对建立的斜柱塞泵数学模型进行仿真，得到斜柱塞泵动态性能参数，并对其进行分析和优化。
三、预期研究成果通过本研究，将建立基于虚拟样机的斜柱塞泵仿真平台，并进行数值模拟分析，预期能够得到如下成果：1、建立斜柱塞泵的数学模型2、设计并建立斜柱塞泵虚拟样机及互动界面3、对斜柱塞泵的各项性能参数进行数值模拟4、对模拟结果进行数据分析，提供优化设计方案四、研究进度安排本研究的工作安排如下：1、第一阶段（202X年X月-202X年X月）：完成文献调研和斜柱塞泵的数学模型建立2、第二阶段（202X年X月-202X年X月）：开发斜柱塞泵的虚拟样机仿真平台3、第三阶段（202X年X月-202X年X月）：开展数值仿真分析及数据分析4、第四阶段（202X年X月-202X年X月）：完成论文撰写与答辩五、参考文献1. 王增强.液压系统设计与仿真[M].北京：机械工业出版社，2011.2. 赵晓燕. 仿真理论与方法[M].上海：上海交通大学出版社,2010.3. 杨文祥. 液压泵及系统[M].北京：化学工业出版社,2015.4. 范绪涛, 郭鹏飞, 王俊杰. 基于MATLAB的液压系统仿真及控制程序设计[C]. 中国液压气动密封件行业技术研讨会论文集, 2011.。
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水液 压马达 输 出特 性进 行仿 真分析 ， 研 究 了在 摩擦 副 间隙 、 出 口背 压等参 数发 生 变化 过程 中， 马达输 出转速 、
转矩 的 变化 及脉 动 。仿 真 结果表 明 ， 较 小 的间 隙和 较低 的 背压 ， 有 利 于降低柱 塞马 达的输 出脉 动 。 关键 词 ： 海 水柱塞 马达 ； 虚拟样 机 ； 输 出特 性 ； 仿 真分析 中图分类 号 ： Ｔ Ｈ１ ３ ７ 文 献标 志码 ： Ｂ 文章编 号 ： １ ０ ０ ０ － ４ ８ ５ ８ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ７ － ０ ０ ２ ８ － ０ ４
ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉ ｒ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｖ ｅ ａ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗ ｈ ｏ ｌ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ．Ｔ ｏ ｄ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ —
杨 立洁 。 聂 松 林 ，尹 帅 ，业 大 学 机 械 工 程 与应 用 电子 技 术 学 院 ，北京
摘
要： 海 水柱塞 马达是 水 液压 系统 中的重要执 行 元件 ， 其工作 性 能直接 影响 着整个 液压 系统 。柱塞 马
达 的 结构较 为复 杂 ， 为 了更 为准确 地 分析 其 输 出特 性 ， 利用 Ａ Ｄ Ａ ＭＳ软 件 建 立 了柱 塞马 达 的机 械 模 型 ， 应 用 Ａ ＭＥ Ｓ ｉ ｍ软 件构 建 了其液 压模型 ， 并 实现 了液压． 机械模 型 的耦 合 ， 构 建 了海水 柱 塞马 达 的虚 拟样 机 ， 并 对 海
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ｔ ｈｅ ｋ ｅ ｙ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕｌ ｉ ｃ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ，
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液压 与 气动
２ ０ １ ５年 第 ７期
基 于 虚 拟 样 机 技 术 的 海 水 柱 塞 马 达 输 出特 性 的 仿 真 分 析