基于AMESim的軸向柱塞泵動力特性研究

徐學(xué)文 張洪信 趙清海

摘要：針對軸向柱塞泵存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自吸能力差、對油液污染敏感、精密偶件的加工成本高、軸向柱塞摩擦損失大等問題，本文闡述了軸向柱塞泵的工作原理與結(jié)構(gòu)特點，對軸向柱塞泵的工作原理和工作受力情況的特征和運動進行分析。同時，基于AMESim平臺，建立關(guān)鍵部件仿真模型，通過改變柱塞泵模型參數(shù)，對不同柱塞直徑以及不同斜盤傾角下，柱塞泵流量和運動速度的變化進行仿真，得出流量脈動和柱塞運動速度波動特性曲線，最后對軸向柱塞泵進行實驗驗證。該研究為軸向柱塞泵的進一步實驗設(shè)計提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：軸向柱塞泵; AMESim; 性能仿真; 實驗研究

中圖分類號： TH137.51文獻標(biāo)識碼： A

文章編號： 10069798（2019）01008704; DOI： 10.13306/j.10069798.2019.01.015

軸向柱塞泵是一類重要的液壓泵，它在造船、汽車和石油開采等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]。軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自吸能力差，且易泄漏，精密偶件的精度高，對油液的清潔度要求較高，需要很高的過濾精度[25]。近年來，國內(nèi)外很多學(xué)者對軸向柱塞泵進行研究。楊春江等人[6]用DSHplus和ADAMS對柱塞泵的聯(lián)合仿真，實現(xiàn)動力學(xué)模型和液壓模型聯(lián)合仿真;楊華勇等人[79]建立了基于壓力控制的仿真模型，研究變量柱塞泵的工作特性;中南大學(xué)基于ADAMS的液固耦合和AMESim仿真軟件，研究柱塞泵動態(tài)特性切換時的流量和壓力;齊海濤等人[1012]建立了柱塞泵的AMESim仿真模型，模擬了不同數(shù)量柱塞情況下的流量和壓力波動系數(shù)。但國內(nèi)對柱塞泵的優(yōu)化設(shè)計仿真研究＼[13＼]，與世界先進水平相比差距較大。因此，本文基于AMESim平臺，主要對軸向柱塞泵的動力特性進行研究。通過改變柱塞泵模型參數(shù)，對不同柱塞直徑下，柱塞流量的變化及不同斜盤傾角下，柱塞泵流量和運動速度的變化進行仿真，得出流量脈動和柱塞運動速度波動的特性曲線，最后對軸向柱塞泵進行實驗驗證。該研究對我國軸向柱塞泵技術(shù)的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

1軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點和工作原理

1.1結(jié)構(gòu)特點

軸向柱塞泵由主體部分和變量機構(gòu)組成[14]。主體部分主要由斜盤、柱塞、缸體、配流盤和傳動軸組成，柱塞泵在高速高壓下工作，所以滑履和斜盤、柱塞和缸體孔、缸體和配流盤所形成的摩擦副，既要保持密封性，又要減少磨損。變量機構(gòu)按照操縱方式分為手動、機動、電控、液控和電液控，按照調(diào)節(jié)方式分為壓力控制、流量控制和功率控制等[15]。

1.2工作原理

斜盤式軸向柱塞泵工作原理如圖1所示。斜盤式軸向柱塞泵的斜盤和配流盤固定不動，盤法線和缸體軸線之間有交角，傳動軸帶動缸體進行旋轉(zhuǎn)，有奇數(shù)個圓周均布的軸向柱塞孔分布在缸體上，柱塞安裝在孔內(nèi)，在彈簧作用下，卷套通過壓板而使柱塞頭部的滑履和斜盤靠牢，在外套筒的作用下，缸體和配流盤緊密接觸，起到密封作用[1617]。

缸體進行轉(zhuǎn)動時，在斜盤和壓板的作用下，柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運動，由于柱塞與缸體間的容積腔大發(fā)生變化，周賽和缸體軸向轉(zhuǎn)動，軸向柱塞泵的壓油和吸油是通過配流盤上的弧形壓油口和吸油口實現(xiàn)。

4實驗結(jié)果對比

為驗證仿真結(jié)果的正確性，將實驗和仿真結(jié)果進行對比分析，利用YST400W液壓實驗臺進行實驗。在工作轉(zhuǎn)速一定時，改變工作壓力，隨著工作壓力的增大，輸出流量不斷減少，實驗數(shù)據(jù)如表3所示。

5結(jié)束語

本文主要對軸向柱塞泵的動力特性進行研究。研究結(jié)果表明，影響柱塞泵流量波動的因素包括柱塞泵的斜盤角、活塞數(shù)、活塞直徑和泄漏參數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)。由于直徑變大，輸出流量脈動越明顯，推出泵的輸出壓力增大，泄漏量增大;斜盤傾角越大，相同時間內(nèi)運動速度大，輸出流量增大，并且在增加相同傾斜角度的情況下，隨著斜盤角度越大，柱塞泵增加的泄漏量越大。仿真結(jié)果表明，基于AMESim仿真七柱塞泵具有較高的仿真精度，可用于斜盤式軸向柱塞泵的仿真模擬研究。該研究具有一定的實際應(yīng)用價值。

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