恒压变量泵性能分析[研究材料]
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恒压变量泵的仿真分析
小组成员：闫桂山 宋旭通 孙永海 张 帅
指导老师：权凌霄
峰谷书屋
1
目录
• 课题研究背景 • 恒压变量泵概况 • 工作原理分析
• 数学建模及设计计算 • SolidWorks三维建模 • AMESim仿真分析 • Matlab仿真分析 • 课题结论 • 心得体会
峰谷书屋
2
课题研究背景
峰谷书屋
21
调压弹簧刚度的影响
峰谷书屋
• 从上图可以得到不同Ks 值下系统压力的静、动 态响应特性指标：
在给定条件下，调 压弹簧刚度越大，上升 时间越长，超调越小； 相反，调压弹簧刚度越 小，上升时间越短，超 调越大。
22
所做工作
• 了解了各种恒压变量泵的工作原理和控制策略，并对25ml/r 恒压变量泵主体结构及变量机构进行了设计和分析。进行了 AMEsim软件仿真分析，通过solidworks软件对恒压变量泵 进行了三维建模以及关键部件的二维图纸设计。
峰谷书屋
18
电磁比例溢流阀电流信号
泵的出口压力曲线
泵的变ຫໍສະໝຸດ Baidu机构位移曲线
峰谷书屋
泵的流量变化曲线
19
恒压变量泵的matlab仿真分析
峰谷书屋
20
转速对系统性能的影响
(1)泵转速对动态特性的影响 • 泵转速越大，使系统的动作灵
敏提高，速度加快，同时泵转 速越大，出现超调量，甚至系 统会趋于不稳定，若泵转速太 小，又会使系统的动作缓慢。 (2)泵转速对稳态特性的影响 • 在系统稳定的情况下，泵转速 增大，稳态误差就会减少，以 此来提高控制精度。
• 另外，小组成员积极拓展思路，对液压实验室PCY14-1B斜 盘式恒压变量柱塞泵进行了测绘以及三维动画仿真，对恒压 变量泵进行了数学建模和matlab仿真分析，研究了调定弹簧 刚度及泵转速等因素对其性能的影响。
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23
心得
• 闫桂山:充分的锻炼了自己 独立思考能力和团队协作 能力
• 张帅:对柱塞变量泵有了更 深入的认识， 为以后工 作奠定一个好的基础
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14
数学建模——动态数学模型
• 液压缸前腔连续方程 • 三通阀流量方程
• 三通控制阀芯的运动 微分方程
• 泵的理论流量方程 • 油泵输出压力特性
• 液压缸前腔连续方程 • 三通阀流量方程 • 三通控制阀芯的运动微分
方程
• 斜盘的力矩方程 • 变量活塞运动微分方程 • 柱塞腔压力 • 阻尼间隙流量方程
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7
峰谷书屋
8
恒压变量泵的测绘
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9
SolidWorks三维建模
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10
SolidWorks二维图纸
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11
SolidWorks装配体爆炸视频
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12
工作原理分析
• 恒压变量泵由恒压阀，变量机构和泵主体 三部分组成。
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13
数学建模——静态特征方程
➢ 三通阀的流量方程 ➢ 控制阀芯力平衡方程 ➢ 变量活塞力平衡方程 ➢ 变量活塞阻尼间隙流量方程
塞向上运动，泵的排量减小，实现恒压变量。
• 主要缺点如下:
• 1)恒压阀装在下法兰里面，通用性较差
• 2)恒压阀制造工艺较复杂，制造成本较高， 泵价格较贵。
• 3)由于有常泄口，故能量损失大，特别在保 压系统中，系统容易发热。
• 4)恒压阀阀芯直径大，当泵变量时，容易引 起恒压特性不稳定，引发系统振荡。
• 其变量控制方式是利用泵的出口压力作为反馈信 号，与调压弹簧调定值进行比较，然后再通过变 量机构的位置控制作用来调节泵的排量，使泵的 压力恒定。
• 系统压力由负载决定，而由恒压泵加于限定。
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4
恒压变量泵的改进和发展—第1代
第一代PCY14—1B
恒压变量泵
结构特点
• 1) 恒压阀不工作时，泵的排量最大 • 2)恒压阀为一独立部件 • 3)当恒压阀开启时，变量活塞上腔放油，变量活
恒压变量泵发展的背景
20世纪70年代初，世界上发生第一次石油危机。为了节省能源，恒压变量 泵应运而生。
恒压变量泵的国内研究现状
• 70年代中期，我国引进德国的1700轧机上已经大量应用力士乐公司的A1 系列恒压变量泵。
• 我国在1980年开始研制PCY恒压变量泵，到目前为止，我国PCY恒压变量 泵的发展已经经过了3代的历史。
• 我国的恒压变量泵噪声低、转速高、自吸能力好、可靠性高、重量轻等 优点。
恒压变量泵的国外研究现状
• 国外一些液压公司也有十分成熟的恒压变量泵可供选用，例如力士乐、 威格士、丹尼逊等。
• 主要优点为响应速度快、结构紧凑、工作可靠、重复性好、寿命长。
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3
恒压变量泵简介
• 恒压变量泵是通过调定调压弹簧设定工作压力、 改变斜盘倾角实现变量的，变量系统的被控对象 是斜盘组件，变量调节机构属于阀控缸式液压动 力机构。
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5
恒压变量泵的改进和发展--第2代
第二代恒压变量泵克服了第一代
恒压变量泵的缺点
存在问题有：
1)泵变量机构和恒压阀内一些阻
尼设计存在缺陷，恒压特性容易
产生不稳定，特别是泵在小排量
保压时容易引发振荡。
2)缺少远程调压和其他变型的品
种。
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6
恒压变量泵的改进和发展--第3代
主要优点是噪声低，转速高、 自吸能力好、可靠性高、重 量轻。 第三代恒压变量泵的变量液 压原理其基本功能类似于溢 流阀。
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15
设计计算——主要零部件设计
• 轴向柱塞泵主要性能参数确定 • 主要零部件设计 ： ➢ 柱塞设计 ➢ 滑靴设计 ➢ 配油盘设计 ➢ 缸体设计 ➢ 柱塞回程机构设计
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16
设计计算——主要零部件受力分析
➢柱塞受力分析 ➢滑靴受力分析 ➢配油盘受力分析
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17
AMESim仿真分析
• 宋旭通:使我懂得了理论与 实际相结合是很重要的
• 孙永海:丰富了我们课外相 关知识的积累，更激发了 我们对所学知识具体应用 领域探索的欲望
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24
鸣谢
THANKS! 感谢
实验室全体老师 师兄师姐
热情指导和谆谆教诲！
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小组成员：闫桂山 宋旭通 孙永海 张 帅
指导老师：权凌霄
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目录
• 课题研究背景 • 恒压变量泵概况 • 工作原理分析
• 数学建模及设计计算 • SolidWorks三维建模 • AMESim仿真分析 • Matlab仿真分析 • 课题结论 • 心得体会
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课题研究背景
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21
调压弹簧刚度的影响
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• 从上图可以得到不同Ks 值下系统压力的静、动 态响应特性指标：
在给定条件下，调 压弹簧刚度越大，上升 时间越长，超调越小； 相反，调压弹簧刚度越 小，上升时间越短，超 调越大。
22
所做工作
• 了解了各种恒压变量泵的工作原理和控制策略，并对25ml/r 恒压变量泵主体结构及变量机构进行了设计和分析。进行了 AMEsim软件仿真分析，通过solidworks软件对恒压变量泵 进行了三维建模以及关键部件的二维图纸设计。
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电磁比例溢流阀电流信号
泵的出口压力曲线
泵的变ຫໍສະໝຸດ Baidu机构位移曲线
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泵的流量变化曲线
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恒压变量泵的matlab仿真分析
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转速对系统性能的影响
(1)泵转速对动态特性的影响 • 泵转速越大，使系统的动作灵
敏提高，速度加快，同时泵转 速越大，出现超调量，甚至系 统会趋于不稳定，若泵转速太 小，又会使系统的动作缓慢。 (2)泵转速对稳态特性的影响 • 在系统稳定的情况下，泵转速 增大，稳态误差就会减少，以 此来提高控制精度。
• 另外，小组成员积极拓展思路，对液压实验室PCY14-1B斜 盘式恒压变量柱塞泵进行了测绘以及三维动画仿真，对恒压 变量泵进行了数学建模和matlab仿真分析，研究了调定弹簧 刚度及泵转速等因素对其性能的影响。
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心得
• 闫桂山:充分的锻炼了自己 独立思考能力和团队协作 能力
• 张帅:对柱塞变量泵有了更 深入的认识， 为以后工 作奠定一个好的基础
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数学建模——动态数学模型
• 液压缸前腔连续方程 • 三通阀流量方程
• 三通控制阀芯的运动 微分方程
• 泵的理论流量方程 • 油泵输出压力特性
• 液压缸前腔连续方程 • 三通阀流量方程 • 三通控制阀芯的运动微分
方程
• 斜盘的力矩方程 • 变量活塞运动微分方程 • 柱塞腔压力 • 阻尼间隙流量方程
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恒压变量泵的测绘
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SolidWorks三维建模
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SolidWorks二维图纸
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SolidWorks装配体爆炸视频
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工作原理分析
• 恒压变量泵由恒压阀，变量机构和泵主体 三部分组成。
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数学建模——静态特征方程
➢ 三通阀的流量方程 ➢ 控制阀芯力平衡方程 ➢ 变量活塞力平衡方程 ➢ 变量活塞阻尼间隙流量方程
塞向上运动，泵的排量减小，实现恒压变量。
• 主要缺点如下:
• 1)恒压阀装在下法兰里面，通用性较差
• 2)恒压阀制造工艺较复杂，制造成本较高， 泵价格较贵。
• 3)由于有常泄口，故能量损失大，特别在保 压系统中，系统容易发热。
• 4)恒压阀阀芯直径大，当泵变量时，容易引 起恒压特性不稳定，引发系统振荡。
• 其变量控制方式是利用泵的出口压力作为反馈信 号，与调压弹簧调定值进行比较，然后再通过变 量机构的位置控制作用来调节泵的排量，使泵的 压力恒定。
• 系统压力由负载决定，而由恒压泵加于限定。
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恒压变量泵的改进和发展—第1代
第一代PCY14—1B
恒压变量泵
结构特点
• 1) 恒压阀不工作时，泵的排量最大 • 2)恒压阀为一独立部件 • 3)当恒压阀开启时，变量活塞上腔放油，变量活
恒压变量泵发展的背景
20世纪70年代初，世界上发生第一次石油危机。为了节省能源，恒压变量 泵应运而生。
恒压变量泵的国内研究现状
• 70年代中期，我国引进德国的1700轧机上已经大量应用力士乐公司的A1 系列恒压变量泵。
• 我国在1980年开始研制PCY恒压变量泵，到目前为止，我国PCY恒压变量 泵的发展已经经过了3代的历史。
• 我国的恒压变量泵噪声低、转速高、自吸能力好、可靠性高、重量轻等 优点。
恒压变量泵的国外研究现状
• 国外一些液压公司也有十分成熟的恒压变量泵可供选用，例如力士乐、 威格士、丹尼逊等。
• 主要优点为响应速度快、结构紧凑、工作可靠、重复性好、寿命长。
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恒压变量泵简介
• 恒压变量泵是通过调定调压弹簧设定工作压力、 改变斜盘倾角实现变量的，变量系统的被控对象 是斜盘组件，变量调节机构属于阀控缸式液压动 力机构。
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恒压变量泵的改进和发展--第2代
第二代恒压变量泵克服了第一代
恒压变量泵的缺点
存在问题有：
1)泵变量机构和恒压阀内一些阻
尼设计存在缺陷，恒压特性容易
产生不稳定，特别是泵在小排量
保压时容易引发振荡。
2)缺少远程调压和其他变型的品
种。
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恒压变量泵的改进和发展--第3代
主要优点是噪声低，转速高、 自吸能力好、可靠性高、重 量轻。 第三代恒压变量泵的变量液 压原理其基本功能类似于溢 流阀。
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设计计算——主要零部件设计
• 轴向柱塞泵主要性能参数确定 • 主要零部件设计 ： ➢ 柱塞设计 ➢ 滑靴设计 ➢ 配油盘设计 ➢ 缸体设计 ➢ 柱塞回程机构设计
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设计计算——主要零部件受力分析
➢柱塞受力分析 ➢滑靴受力分析 ➢配油盘受力分析
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AMESim仿真分析
• 宋旭通:使我懂得了理论与 实际相结合是很重要的
• 孙永海:丰富了我们课外相 关知识的积累，更激发了 我们对所学知识具体应用 领域探索的欲望
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THANKS! 感谢
实验室全体老师 师兄师姐
热情指导和谆谆教诲！
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