斜盤式柱塞泵的脈動特性研究

王炳超，王玉林

（青島大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東青島266071）

斜盤式柱塞泵的脈動特性研究

王炳超，王玉林

（青島大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東青島266071）

基于AMESim軟件，對斜盤式柱塞泵進(jìn)行詳細(xì)地建模，通過模擬柱塞泵在不同負(fù)載壓力、不同柱塞數(shù)目、不同轉(zhuǎn)速等情況下，柱塞泵的流量脈動率與壓力脈動率的變化，通過研究分析，得出一系列影響柱塞泵脈動特性的影響因素，目的就是通過合理的模擬分析，為控制柱塞泵的流量脈動提供參考。

斜盤式柱塞泵；脈動特性；脈動率

由于柱塞泵所排出的液壓油是柱塞組依次擠出的，這種工作特點(diǎn)就決定了柱塞泵必然會存在流量脈動特性［1］。脈動率過大會引起液壓系統(tǒng)較大的震蕩，造成一系列的不穩(wěn)定，嚴(yán)重時會損壞液壓元件。為此，更加細(xì)致地了解影響柱塞泵脈動特性的各項因素就尤為重要了［2］。

1　斜盤式柱塞泵模型的建立

1）斜盤及其運(yùn)動模型的建立

將斜盤模型轉(zhuǎn)化為超級元件如圖1所示，此元件可以傳遞斜盤的傾角、轉(zhuǎn)速與變量機(jī)構(gòu)所需的扭矩，輸入相應(yīng)的轉(zhuǎn)速、扭矩，可以輸出此時斜盤的傾角，柱塞的往復(fù)運(yùn)動的速度與位移。若柱塞泵有n個柱塞，應(yīng)在n個該元件參數(shù)中設(shè)置柱塞初始位置：0，360/n，720/n，1080/n，1440/n，……

圖1　斜盤及其運(yùn)動模型

2）柱塞模型的建立

柱塞模型如圖2所示，利用AMESim的HCD庫對柱塞進(jìn)行建模，考慮到柱塞與柱塞腔之間的間隙，采用帶泄露的閥塊進(jìn)行搭建，通過對柱塞桿施加力、速度、位移參數(shù)來完成柱塞吸油排油動作。

圖2　柱塞模型

3）配流模型的建立

考慮到柱塞泵在配流過程中，排油口與吸油口的開口面積有個漸變的過程，加上三角槽的過渡作用［3］，直接模擬該配流過程比較困難。采用2個可變節(jié)流口來模擬配流，對節(jié)流口開口大小的控制信號如圖3所示。為了模擬缸體柱塞腔進(jìn)出排油口與吸油口時的過渡作用，將信號曲線設(shè)計成一定傾斜度的線段。當(dāng)輸入信號為0時，表明節(jié)流口全關(guān)，當(dāng)輸入信號為1時，表明節(jié)流口全開。

圖3　節(jié)流口的輸入信號曲線

配流盤的配流模型如圖4所示，當(dāng)柱塞需要吸油時，節(jié)流口3打開，節(jié)流口4關(guān)閉；當(dāng)柱塞需要排油時，節(jié)流口3關(guān)閉，節(jié)流口4關(guān)閉。

圖4　配流盤的配流模型

4）液壓系統(tǒng)中負(fù)載模型的建立

為了更簡潔地表示出液壓系統(tǒng)中的負(fù)載模型（圖5），選用了可變節(jié)流口代替液壓系統(tǒng)的負(fù)載。

圖5　負(fù)載模型

5）整體仿真模型的建立

仿真模型由7個柱塞，配流模型與斜盤及其運(yùn)動模型（圖6）組成，柱塞的運(yùn)動速度函數(shù)為

式中：x為斜盤傾角；y為缸體轉(zhuǎn)角［4］。

圖6　整體仿真模型

2　模型仿真與分析

在AMESim的“Parameter mode”模式下，對模型的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，具體參數(shù)如表1所示。

表1　柱塞泵模型的主要參數(shù)

柱塞泵的流量脈動率將會引起壓力脈動率，所以說柱塞泵的脈動特性是系統(tǒng)中流量的不穩(wěn)定引起的。液壓泵的實(shí)際流量q0，最大瞬時流量qmax，最小瞬時流量qmin，流量脈動率：

1）不同節(jié)流口開度下的脈動特性

將液壓系統(tǒng)中節(jié)流口開口直徑分別設(shè)置為0.25mm、0.5mm、0.75mm、1mm，其他參數(shù)不變，比較柱塞泵出口的流量特性，如圖7所示。

由仿真結(jié)果分析得出：隨著負(fù)載壓力的增加，流量脈動率會隨之較小，但是液壓系統(tǒng)的流量響應(yīng)速度會隨之降低。對應(yīng)于不同節(jié)流口開度，液壓系統(tǒng)的壓力特性如圖8所示。隨著負(fù)載壓力的增加，壓力曲線的震蕩幅值會增大，可能會影響液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，造成嚴(yán)重后果。

圖7　節(jié)流口開口直徑不同時的流量特性

圖8　不同節(jié)流口開口的壓力特性曲線

2）不同轉(zhuǎn)速下的脈動特性

分別將轉(zhuǎn)速設(shè)置為1000r·min-1、1500r·min-1、2000 r·min-1，其他參數(shù)不變，比較柱塞泵出口的流量脈動特性，如圖9所示。通過計算得出不同轉(zhuǎn)速下的流量脈動率，分別為9.94%、6.26%和4.74%。隨著轉(zhuǎn)速的增大，流量脈動率隨之降低。由此看出，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速會減小液壓系統(tǒng)的脈動特性。

圖9　不同轉(zhuǎn)速下的流量特性曲線

3）不同柱塞數(shù)目柱塞泵的脈動特性

分別將柱塞數(shù)目設(shè)置為5個、7個和9個，其他參數(shù)不變，比較柱塞泵出口的流量脈動特性，如圖10所示。通過計算得出不同柱塞個數(shù)柱塞泵的流量脈動率，分別為9.1%、6.22%和4.01%。隨著柱塞個數(shù)的增加，流量脈動率隨之降低。由此看出，適當(dāng)提高增加柱塞個數(shù)會減小液壓系統(tǒng)的脈動特性。

圖10　不同柱塞個數(shù)柱塞泵的流量特性曲線

3　結(jié)論

基于AMESim軟件，對斜盤式柱塞泵進(jìn)行詳細(xì)地建模，通過模擬分析得出：隨著液壓系統(tǒng)中負(fù)載壓力的增加，流量脈動率會隨之較小，但是液壓系統(tǒng)的流量響應(yīng)速度會隨之降低；隨著轉(zhuǎn)速的增大或者柱塞個數(shù)的增加，流量脈動率隨之降低，并且液壓系統(tǒng)中流量的響應(yīng)速度也會增大，有利于液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定，但轉(zhuǎn)速與柱塞個數(shù)不是越大越好，當(dāng)柱塞在工作時的線速度越大，越不利于充分地吸油。

［1］劉錦劍，羅紅霞.基于AMESim的軸向柱塞泵仿真［J］.上海海事大學(xué)學(xué)報，2010，31（1）：81-86.

［2］段飛蛟，曹克強(qiáng)，李永林，等.基于AMESim的恒壓力軸向柱塞泵動態(tài)特性仿真［J］.機(jī)床與液壓，2008，36（11）：160-166.

［3］劉仙洲，于蘭英，李磊.基于AMESim的斜盤斜柱塞泵特性仿真［J］.液壓氣動與密封，2009（6）：23-26.

［4］余佑官，等.AMESim仿真技術(shù)及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.液壓氣動與密封，2005（3）：28-31.

［5］楊智煒，等.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的軸向柱塞泵特向仿真［J］.液壓氣動與密封，2006（3）：33-36.

Pulsating Characteristics of Swash-plate Axial Piston Pump

Wang Bingchao，Wang Yulin
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Qingdao University，Qingdao 266071，China）

Based on AMESim software，the swash-plate axial piston pump was modeled in detail.The changes of flow pulsation characteristics and pressure pulsation characteristics were simulated，especially under the conditions of different pressure，different piston or different speed.By researching and analyzing，the influence factors of pulsating characteristics were obtained.Through the reasonable simulation analysis，the result provides a guide for controlling the flow pulsation.

swash-plate axial piston pump；pulsating characteristics；fluctuation rate

TH322

A

1008-5483（2016）03-0045-03

10.3969/j.issn.1008-5483.2016.03.011

2016-06-03

王炳超（1991-），男，山東泰安人，碩士生，從事液壓與電控方面的研究。E-mail：1650657751@qq.com