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1、
斜盤式軸向柱塞泵缸體及配流盤抗空化研究
軸向柱塞泵及液壓節(jié)流槽是液壓系統(tǒng)的重要元件 , 廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)。隨
著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展 , 以液壓油為介質(zhì)的液壓傳動技術(shù)得到發(fā)展。
為適應(yīng)近代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展 , 現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的工作壓力越來越高。隨著液壓
系統(tǒng)向高速、高壓方向發(fā)展 , 液壓元件的空化現(xiàn)象成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。
本文針對軸向柱塞泵柱塞腔及液壓節(jié)流槽的空化現(xiàn)象開展研究。主要包括 :
軸向柱塞泵缸體腰形孔結(jié)構(gòu)與配流盤節(jié)流槽結(jié)構(gòu)對柱塞腔空化的影響 ; 缸體腰形
孔水力直徑與柱塞腔直徑匹配關(guān)系對柱塞
2、腔空化影響的理論研究 ; 軸向柱塞泵缸
體腰形孔結(jié)構(gòu)參數(shù)與柱塞腔氣體體積分數(shù)平均值的函數(shù)關(guān)系的建立 ; 軸向柱塞泵
缸體腰形孔及節(jié)流槽抗空化的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。
具體而言 :1) 軸向柱塞泵柱塞腔空化仿真分析利用 Fluent 軟件的動網(wǎng)格、滑
移網(wǎng)格、 Cavitation 模型、 Mixture 混合模型及 RNG k-ε湍流模型建立軸向柱
塞泵空化流有限元仿真計算模型。 通過柱塞腔氣體體積分數(shù)平均值的變化來定量
監(jiān)測柱塞泵工作時每一階段柱塞腔空化的變化。
研究柱塞泵在不同的入口壓力、 不同斜盤傾斜角及不同柱塞泵缸體
3、轉(zhuǎn)速對軸
向柱塞泵柱塞腔空化的影響。 2) 缸體腰形孔水力直徑與柱塞腔直徑配比關(guān)系對柱
塞腔空化影響研究在軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)方面 , 重點研究了缸體腰形孔結(jié)構(gòu)對柱塞腔
空化的影響 , 提出了缸體腰形孔水力直徑與柱塞腔直徑的配比關(guān)系對柱塞腔空化
具有較大影響。
根據(jù)假設(shè)通過缸體腰形孔的流體體積剛好填滿柱塞移動時柱塞腔多出的空
間的條件 , 建立了理想情況下柱塞腔不發(fā)生空化時缸體腰形孔水力直徑與柱塞腔
直徑臨界比值 mc的數(shù)學(xué)模型 , 分析了交錯角 α 、斜盤傾角 β、缸體角速度 ω對臨
界比值 mc
4、的影響 , 并進行了仿真驗證 , 提出合理的配比關(guān)系建議。 3) 傾斜式缸體
腰形孔結(jié)構(gòu)對柱塞腔空化影響理論分析軸向柱塞泵缸體腰形孔結(jié)構(gòu)主要有直型
及傾斜式兩種。
工程中將缸體腰形孔結(jié)構(gòu)設(shè)計為傾斜式 , 主要是考慮缸體高速轉(zhuǎn)動時缸體腰
形孔中流體的離心力有助于流體流入柱塞腔 , 從而提高柱塞腔的自吸能力 , 可在
一定程度降低柱塞腔的空化 , 提高其容積效率。但在實際應(yīng)用時沒有更深入分析
缸體腰形孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對柱塞腔自吸力的影響。
本文從腰形孔參數(shù) h、 δxy、 δxz 入手 , 從理論上分析了其對柱塞腔自吸性
5、
能的影響 , 并通過仿真柱塞腔空化進行了驗證。 4) 軸向柱塞泵預(yù)升 ( 卸 ) 壓階段配
流盤節(jié)流槽空化研究軸向柱塞泵配流盤設(shè)計有三角形節(jié)流槽 , 設(shè)計節(jié)流槽的目的
是讓柱塞腔通過上、下死點后 , 利用節(jié)流槽的調(diào)節(jié)功能使柱塞腔的壓力與柱塞泵
的進油、出油口的壓力接近 , 減小水擊。
但當(dāng)柱塞腔通過死點后 , 柱塞腔液壓油與柱塞泵進、出油口會出現(xiàn)很高的壓
差 , 液壓油會高速通過節(jié)流槽 , 從而產(chǎn)生較為嚴重的空化 , 柱塞泵伴隨產(chǎn)生振動、噪聲、減小容積效率。本文借助 Fluent 軟件仿真分析了三角形節(jié)流槽結(jié)構(gòu)參數(shù)對節(jié)流槽空化的影響 ,
6、 并提出在不改變節(jié)流槽通流面積前提下的節(jié)流槽抗空化結(jié)構(gòu)改進方案。
通過仿真對比結(jié)構(gòu)改進前及改進后的節(jié)流槽空化情況 , 發(fā)現(xiàn)改進后的節(jié)流槽結(jié)構(gòu)的抗空化性能優(yōu)于改進前的結(jié)構(gòu)。 5) 基于 Kriging 代理模型的軸向柱塞泵缸體腰形孔及節(jié)流槽抗空化結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。
由于空化理論的不成熟性及液壓元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的強耦合性, 因此 , 建立結(jié)構(gòu)
參數(shù)與流體氣體體積參數(shù)值之間精確的空化數(shù)學(xué)模型較為困難。本文選擇了
Kriging 代理模型的方法來近似替代空化數(shù)學(xué)模型 , 并詳細介紹了 Kriging 代理
模型的原理及模型建立的原則
7、, 對模型的代理精度進行了驗證 , 說明該模型能夠
滿足工程需要。
利用 Kriging 代理模型原理建立軸向柱塞泵缸體腰形孔結(jié)構(gòu)參數(shù)與柱塞腔
流體氣體體積分數(shù)平均值的函數(shù)關(guān)系 ;V 形節(jié)流槽結(jié)構(gòu)參數(shù)與節(jié)流槽流體氣體體
積分數(shù)最大值的函數(shù)關(guān)系 ;U 形節(jié)流槽結(jié)構(gòu)參數(shù)與節(jié)流槽流體氣體體積分數(shù)最大
值的函數(shù)關(guān)系。在已建立的 Kriging 代理模型的基礎(chǔ)上 , 采用遺傳算法優(yōu)化訓(xùn)練
該代理模型。
優(yōu)化的目標(biāo)值為氣體體積分數(shù)值的最小值。分別得到軸向柱塞泵、 V 形節(jié)流
槽、 U形節(jié)流槽抗空化的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。
本文的研究表明 , 采用 Fluent 的 mixture 模型、動網(wǎng)格、滑移網(wǎng)格 , 可更真
實地仿真液壓軸向柱塞泵柱塞腔及節(jié)流槽的空化流。采用 Kriging 代理模型 , 不
僅避免建立復(fù)雜的空化數(shù)學(xué)模型 , 而且可通過實驗設(shè)計提高代理模型精度 , 方便
采用改進遺傳算法進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算。
本課題的研究結(jié)果為液壓元件抗空化的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù) , 具有
良好的工程實用性。
斜盤式軸向柱塞泵缸體及配流盤抗空化研究
