恒流轴向柱塞泵的设计与仿真外文翻译资料

恒流轴向柱塞泵的设计与仿真

摘要

在所有现有的活塞上都有流量脉动泵，但本文提出了一种新的恒定流的方法，通过AMESim和MATLAB软件的仿真，在理论上没有流量脉动的轴向柱塞泵设计。新泵的动态特性包括压力和流分析。

关键词

轴向柱塞泵，恒流量，流量脉动，活塞泵水力模型，导向板

一、介绍

现有的活塞泵通过活塞挤压，流体根据不同的正弦规律往复运动具有一定的相间距，所有的挤压流体会聚在泵的输出流量，这就是流量脉动原理。流量脉动会对性能产生影响，也会产生振动和噪声，特别是在高压系统[ 1 ]。降低和消除泵流量脉动是重要的。

参考[ 2 ]介绍了一种新型的径向柱塞泵与内曲线的定子，以减少振动和泵噪声。根据活塞的运动情况泵，李岚，陈勇一阐明的基本特征对无流量脉动实现运动速度曲线设计了自由基和恒流活塞泵。谢贤波，丽岚讨论了一种新型的双作用径向柱塞泵，对恒流泵进行系统仿真通过AMESim证明其可能性，提供一个参考设计和实际设计[ 4 ]。

首先，本文基于恒定流的活塞泵论述了轴的设计。建立了其详细的液压模型通过AMESim软件，对新方法的效果进行了分析与模拟。通过频谱分析，影响流量脉动的主要因素被发现，新的有效性也证实了泵。对这种新型活塞泵分析提供了理论的研究与实践。

二、流法

消除传统泵的流量脉动，恒定的流量的方法，其中活塞的运动速度之和即吸收油是恒定随时排出油的速度之和。这个活塞与气缸的相对位移曲线方程：

推导微积分到上述方程后，我们可以得到活塞运动速度函数：

其中 omega;-气缸的旋转运动的角速度

V —最大的活塞和气缸的相对运动速度

t —气缸旋转运动的时间

根据该规则（1），则每个活塞移动活塞运动的周期时间：T=2pi;/omega;

活塞运动幅度：I=pi;V/4omega;

我们可以得到的位移、速度和加速度在如图1恒流泵活塞曲线

图1表明，速度和加速度曲线连续，所以在活塞的运动中没有任何刚性冲击或弹性冲击。

下一步我们将解释为什么泵的输出流量活塞按恒定流运动位移曲线是常数。现在有一个单一的气缸内有四个活塞的轴向或径向柱塞泵均匀地运动，相邻活塞的相位差是2pi; / 4 =2pi;/2，每个活塞的运动规律是恒位移曲线如（1）。然后瞬时流量单活塞理论为

其中

A=pi;dsup2;/4 活塞面积，d为活塞直径

v---每个活塞速度

泵的输出流量是所有活塞瞬时流量的总和如下

四个活塞速度曲线说明图2。因为活塞的数量是偶数和活塞均匀地分布在缸，在吸油区两个活塞，并在同一时间在油中驱逐区有两个活塞。

结合（1）到（4），我们可以证明油吸收区各活塞运动速度之和是一个常数V，所用的时间和所有的速度总在排油区的活塞也是一个V。所以无脉动特性的运动曲线在理论上可以实现。

当活塞泵采用上述无脉动特性运动曲线，如果它是一个单一的动作泵，活塞数必须是4的倍数，如果它是一个双作用泵，活塞数必须是8的倍数，

三、设计和计算轴向活塞泵

设计一个具有恒定流轴向柱塞泵的关键是设计一个合理的导流板（作用类似于斜盘），且上述无脉动特性运动曲线施加到导向板。

板上的导向曲线由下式定

其中

R-----曲线投影的x-o-y平面半径；

t------非形式参数，取值范围从0到2。

我们设计了四个活塞，活塞均匀分布在缸，冲程1mm，分布圆的直径为32mm。把引导曲线沿32mm在直径圆和圆周方向扩散，我们可以得到引导表面轮廓显示如图3。

当我们设置半径r范围13.5毫米到18.5毫米，我们可以根据（5）通过MATLAB仿真图4中得到了曲线族。导板模型显示在图5中，提出的轮廓导轨面。

具有恒定的轴向活塞泵的其他参数流我们设计见表

四、轴向柱塞泵水力模型

在水力模型的轴向活塞泵，我们自行设计的是建立在AMESim软件。油的物理性质和非线性特性的液压元件，如作为油compressibility，hysteresis，饱和的特点，泄漏等，是taken在consideration的模型。

A. 活塞腔流模型

在活塞泵，有一个单一的活塞和汽缸，并连接到高及低压室上的端口板周期性腔室之间的可变腔室中。考虑在腔室和泄漏的死体积，可以得到活塞室的流动模型图6。

B.活塞运动模型

活塞接电马达，泵和导板与活塞的轴，就可以得到在图7中的活塞运动模型。凸轮成对变换主轴旋转到活塞的往复线性运动。凸轮的轮廓曲线函数是输入由导向板的曲线。

C.角板模型

在AMESim的软件，吸收油或驱逐的活塞室状态由油门的开关状态的决定，节流状态是基于主轴的旋转角度。所以端口板模型可以在图8中被表示出。

根据活塞泵的工作原理收集上述三种模式一起，并加入液压油性能，我们可以得到由图9给出一个单一的活塞的模式。

D.轴流与恒流量柱塞泵模型

有四个活塞在我们设计的泵，以四个活塞模型集成在一起，我们首先得到在图10中的单个活塞模型的封装，因而整个泵模型可以在图11来建立。在泵的装配中，四活塞的角度差必须设置正确。

E.活塞泵水力模型参数

活塞泵水力模型参数的研究在建立活塞泵模型后，我们必须设置各模块参数。所有参数都显示在表Ⅱ

五、仿真及结果分析

我们将分析新的活塞泵的流量变化在不同的工况下，采用了模拟活塞泵与传统的斜板也被建立比较，和传统的泵的参数是与恒定流的活塞泵相同。

A. 标称条件

额定条件当负载压力为10MPa，旋转速度2650r／min，两泵流量曲线图12中所示。

我们设计了活塞泵具有在理论上没有流量脉动，传统的活塞泵的流量变动系数是

如果有四个活塞，流量波动系数为29.29%根据式6。

通过对模拟数据的提取，我们设计泵的流量波动系数为3.8％，传统的泵系数为26.9％。很明显，我们提出了新的恒定流量的方法有效地抑制泵的流量脉动。

谱分析的结果表明，占主导地位的频带相当的记者，振幅被削弱随着频率增加。占主导地位的频段为150〜750Hz，峰值频率为173Hz，353Hz，527Hz和707Hz。两种泵的激发源是相同的。

用于活塞泵的流量脉动，活塞对的结构和驱动装置是一个主激励源。如果活塞数量是偶数时，流程脉冲时间等于所述活塞的数量时泵的主轴旋转用电动机的圆形段。在上面的模拟电动机转速是2650转/分，那么相应的流量脉冲频率是177Hz，它是在接近峰值

频率173Hz在我们的模拟。我们可以推断，活塞泵的流量脉动的主激励源是驱动用电动机。由于油的泄漏和可压缩的，该活塞泵的我们设计的流动具有小脉动甚至它在理论上是恒定的。

从图12图14中，我们可以看到新的泵流量的幅度几乎是一个数量级比传统的泵流量较小。显性频段的抑制效果显着。我们可以得出结论，我们设计了拒绝和消除脉动流不断流动的方法是有效的，可行的。

B.不同负荷

当负荷压力是5兆帕和10兆帕得到了与图15中流量恒定的活塞泵的流动曲线，泵转速为2650r/ min。

在图15中，当负荷压力是分别为5MPa和10MPa的，无论泵的出口流量脉动系数是约3.8％。不论负载压力的流量脉动系数不变。

C.压力脉动和泵出口体积的体积压缩之间的关系由下式定义

与（8）可以看出，压力变量的数量与流体初始体积成反比关系，即压力变量的数量随泵出口量的减小而增加。图16和17显示泵的出口压力曲线当泵的出口量，分别为5cm 3时10立方厘米。

可以看出，出口压力脉动是当泵出口体积增加时减少，结果还进一步验证了前面的理论分析。因此，在我们的设计中，我们可以适当增加降低泵出口压力和脉动系数泵出口体积

六、结论

在本文中，我们设计了轴向柱塞泵的新结构，我们研究了一个恒定的流量曲线中的应用。与活塞导向板面的一个适当的设计，从多个活塞融合流体流是恒定的。基于与恒定流量的活塞泵，我们确立了在AMESim的软件的泵的液压模型。泵的动态特性包括压力和流量与仿真分析。模拟的结果表明，该恒定流量法我们旨在拒绝和消除活塞泵的流量和压力脉动是有效的和可行的。为了提高活塞泵的整体性能，参数进一步调整和优化是必需的。本文所有的研究能够为进一步的研究和改进的参考。

参考

[1] Shinichi YOKOTA, Hisashi SOMADA and Hirotugu YAMAGUCHI,“Study on an Active Accumulator,” The Japan Society of Mechanical Engineers, vol. 60(570), pp. 484-490, February 1994.

[2] GAO Xiang, NING Jing-yu and WANG Huai, “Design of a new type of radial piston pump without delivery microseism”, Journal of Naval University of Engineering, 2004, 16(6): 60-63.

[3] LI Lan, CHEN Yong-yi, “Design of a new radial piston pump with constant flow”, Hydraulics Pneumatics amp; Seals, 2006(6), 39-40.

[4] XIE Xian-bo, LI Lan, “Basic on AMESimrsquo; Simulink, Which of a New type of Radial Piston Pump with Constant Flow”, Equipment Manufactring Technology, 2010(10), 3-4.

研究径向柱塞泵的转动惯量和泵参数的优化方法

摘要：

本文旨在提出从减小转动惯量的方面优化径向柱塞泵的结构的方法。基于基

本的尺寸和比例因子的建模方法的发展。通过使用该方法，三种不同类型的径

向活塞泵的进行了研究。和相对旋转惯性系数被采用，以评估它们之间的差异。

进一步的研究指出，相对于转动惯量系数改变随着偏心率和增稠因子。最后得

到一个标准，它可以用来优化结构和径向活塞泵的尺寸。

一.引言

为了满足速度调整的工程应用中的性能的要求，液压系统的流量必须是可 控的。泵控制伺服系统是一种速度控制系统，它一般是由固定或可变排量泵，调速电机，液压致动器和其他配件[1]组成。液压致动器的速度通过直接改变泵的流速调整。与阀控制系统相比，它具有简单的原则和高可靠性的优点。此外，由于没有节流损失被引入到电路中，该泵控制系统具有更高的能量效率和更低的加热效果[2，3]。各种泵控制系统的，最先进的形式是固定排量泵通过伺服电动机直接驱动。在这种系统中，流速是通过调节泵，其由电机[4]调节的旋转速度改变。而且由于改变转子的转速需要做的工作的系统的转动惯量，所以更快的响应性能，需要更小的转动惯量。

当构建大流量液压系统，径向柱塞泵通常选择作为压力源，由于他们的大排量和高压力的特点。所以，在选择或设计一个合适的径向柱塞泵将是第一个问题，这方面的工作条件下，要解决。

径向活塞泵的典型结构可分为三种类型：汽缸旋转型，曲轴连杆类型和多边形透射型。径向柱塞泵的筒形旋转类型是基本型，也有过这样的许多发达国家的产品[5,6]。曲轴连杆式和多边形传输类型是更好的动态性能改进的解决方案。因为三种类型的泵的结构不同，转动惯量将不等于，甚至相同的输出特性[7-9]的条件下。

有许多方法来测量的惯性转子力矩，其可分为两大类：计算方法和试验方法[10]。前者推导通过研究机械结构参数的惯性公式。然而，对于测试方法，三个通用量具分别使用，其中包括三线摆的扭摆和旋转实验平台[10]。和许多研究人员已经提出了一些改进。赵燕等人。提出了改造基于Hilbert惯性测试时间变化的时刻的方法[11];浴盐等。提出检测汽车悬架系统[12]的转动惯量的新方法。几乎所有的测试方法必须立足于结构的实体，花费更多的金钱和时间，以及实现比的计算方法更高的精度。综上所述，上述方法只能获得特定结构，这只能在工作阶段，而不是设计阶段使用的转动惯量。而且没有获得的转动惯量的方法可用于指导机构的设计。

本文发明的泵，它是基于几个基本尺寸和某些比例因子的结构的方法。使用这种方法，三种类型的泵的转动惯量的公式推导。并考虑到气缸旋转泵的类型为基准，通过引入的相对转动惯量系数，三种类型的结构之间的差异进行评估。进一步的研究指出，相对于转动惯量系数改变随着偏心率和增稠因子。而在同样的输出特性的情况下，获得至少转动惯量的标准开发，这为径向柱塞泵的设计提供了理论依据。lt;

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