新型泥浆泵液压系统设计与仿真分析

2009年第28卷10月第10期机械科学与技术

M echanical Science and Technol ogy for A erospace Engineer i ng O cto ber Vo.l 282009No .10

收稿日期:2009204217

基金项目:陕西省自然科学基础研究计划项目(SJ08E 206)

作者简介:惠记庄(1963-),

教授,博士研究生,研究方向为机械C AD /

C AE 技术,流体机械CF

D 技术,ji hongtao112@163.co m

惠记庄

新型泥浆泵液压系统设计与仿真分析

惠记庄1,罗联社2,纪 真1,邹亚科

1

(1长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室,西安 710064;

2

西北工业大学科技处,西安 710072)

摘 要:传统的泥浆泵动力端采用曲柄连杆机构,液力端活塞的运行速度变化近似于正弦曲线,排

出泥浆的瞬时流量和压力也按正弦曲线波动,脉动量大,排量不稳定。笔者通过对动力端进行全新设计,利用电液比例阀控制自动换向,并且增加一套压力平衡式液力端,开发出一种新型的液压驱动泥浆泵,可使泵缸运动平稳、流量稳定、寿命提高。应用系统协同仿真软件A MESi m 对液压系统的动态特性进行仿真分析,结果表明:动力端采用液压系统,功能大大优于机械驱动;合理的布置3个泵缸活塞初始位置以及缸速比,液压泥浆泵流量就会稳定,无脉动;仿真软件A MESi m 对液压系统的动态特性仿真与试验结果基本吻合。

关 键 词:泥浆泵;液压系统;A MESi m 软件;仿真

中图分类号:T H 321 文献标识码:A 文章编号:100328728(2009)1021271204

Desi gn and Ana lysis of the Hydrau lic Syste m of a M ud Pump

H ui Jiz huang 1,Luo Li anshe 2,Ji Zhen 1,Zou Yake

1

(Key Laboratory for H i gh way Constructi on Technol ogy and Equi pment ofM i nistry of Educatio n ,Chang c an University ,X i c an 710064;

2

Depart m ent of Sc i ence and Technolo gy ,North western P olytechn i ca lUn i versity ,Xi c an 710072)

Abstr act :Trad itional pu mp 2side drivi n g port uses crank connecti n g rod mechanis m,and t h e hydraulic piston 2side speed change is si m ilar to a sine cur ve ,and the mud fl o w and the i n stantaneous pressure fl u ctuati o ns are a lso i n a si n e curve ,resulti n g i n a l a rge a mount of pulse of d i s place ment and i n stability .In the po wer side ,we i m prove the use of electr o 2hydrau lic proporti o na l con trol valve to au to maticall y change and i n crease the pressure of the hydraulic ba lanced side ,then the ne w hydraulic 2dri v en pump shows s mooth cyli n dermove m en,t fl o w stability ,and i m proved lif e expectancy .W e analyse the dyna m ic characteristics of the hydrau lic syste m byA MESi m .The resu lts sho w that if hydrau lic po wer syste m s are adopted i n the po wersi d e ,the perf or m ance is much better than mechan ica l dri v e ,and reasonab l e layout of the three 2cyli n der piston pump i n itia l position and proper cyli n der speed rati o w ill resu lt i n t h e stab ility of hydraulic mud flo w w ith no pu lse .The si m u lation resu lts ofA MEsi m are i n good agree mentw ith test resu lts .

K ey w ord s :mud pump ;hydraulic syste m;A MESi m ;si m u lation 目前,泥浆泵的动力端大多采用的是传统的机械式曲柄连杆机构,导致泥浆泵排出泥浆的瞬时流量和压力按正弦曲线波动,脉动量大,因而无法满足

当今复杂环境下作业的要求[1,2]

。国内外学者对泥浆泵的研究发现,在设计过程中,如何保证泥浆泵的

流量稳定、无脉动是亟待解决的难题。液压泥浆泵

以其工作性能好、结构紧凑、体积小等一系列特点逐渐代替传统的机械式泥浆泵[3]

。文献表明,设计液

压泥浆泵的关键是设计液压系统[4]

。笔者根据泥浆泵工作性能的要求,提出了一套液压式泥浆泵的解决方案,并应用系统协同仿真软件A MESi m 建立液压系统的仿真模型,对其动态特性进行仿真分析。通过分析泥浆泵液压系统的工作状态,确定最佳匹配参数。仿真结果与实验分析结果基本吻合。