斜盘式轴向柱塞泵设计文献综述

 2022-10-28 14:53:16
    1. 文献综述(或调研报告):
  1. 国外研究现状

国外对轴向柱塞泵的研究起步很早,早在十六世纪就已经有人设计出了一款柱塞泵。二十世纪时,美国两位教授设计了一款端面配流的斜盘泵,开创了现代液压技术的先河。后来,又陆续设计出斜轴式柱塞泵、轴承支撑缸体结构的泵、通轴泵、电控泵等多种形式的柱塞泵。近年来,新技术发展飞快,比如荷兰的Innas公司开发了一种float cup 结构的柱塞泵。丹麦公司开发了工程机械用的多功能泵等等[12]

在柱塞泵减振降噪技术方面,南洋理工大学的H.X.Chen等人对斜盘式水液压马达做了动态振动分析[1]。他们将该斜盘机构建立为一个拥有三个质点和十四个自由度的系统。建立了运动的动态平衡方程,将由压力脉动造成的动态响应进行了数值模拟分析,并与实验结果相对比。由此发现,谐波的频率是液压马达转速和液压泵的质量高次谐波的频率是液压马达和泵转速的整数倍。研究包括水力马达外壳振动对扭矩的影响。仿真结果表明,随着水力马达输出扭矩的增加,振动幅度增大。

MANRING教授通过考虑油液的压缩性和泄露问题,对柱塞泵柱塞的数量对流量脉动的影响进行了研究[2]。结果发现,柱塞的数量无论是奇数还是偶数,泵的脉动差别都不大。因此,柱塞泵的设计中,柱塞数量的取值可以根据实际泵的排量来确定,不许考虑对脉动的影响。

在柱塞泵的传动轴研究方面,美国哥伦比亚大学的NoahD.Manring研究了以可接受的应力水平来设计轴径和结构的方法[3]。考虑了传动轴上收到的各种力和力矩,以及轴外表面上的弯曲和弯曲应力。根据泵的几何尺寸和液压系统的工作压力确定实际轴负载。控制轴直径产生的轴承载荷的各种区域。根据轴上各部位的应力应变大小来设计轴径,以此不但增加了周的强度,也合理的减小了轴径。

在关键零部件的设计方面,MANRING教授对滑靴和回程盘的细部结构进行了详细的数学描述和参数设计[4]。建立了描述轴向泵内的滑靴和保持环之间的相对运动的方程。使用球形和笛卡尔坐标之间的关系,然后保持环上的一点相对于滑靴上一点的轨迹来描述预期出​​现在滑靴上的磨损图案。这些磨损模式通过实验确认。结果显示了对于非零斜盘角度,保持环和滑靴间的相对速度总是存在的,并且滑靴和保持环之间的最小相对速度可以通过增加以下中的一个或全部而增加:如下:滑靴锥角的设计值,滑靴内圆的半径,泵​​的速度或泵斜盘的角度。

  1. 国内研究现状

我国的轴向柱塞泵主要有自主研发的CY系列泵,经过多年的改进升级之后,开发了Q**CY14-BK系列开式低噪声泵和通轴泵[14]。但是,我国的泵和马达技术依然相对比较薄弱,,这体现在:国内的液压泵、马达生产研发厂商少,产品种类少,性能差,技术更新慢,变量控制方式少等。因此,我国的柱塞泵产品还需要不断开拓[12]

闻德生对柱塞泵的自我冷却能力做了研究[13]。通过将柱塞泵进行按体积划分为不同的部分,用能量法对不同的分块进行分析,发现泵的进油口设置在不同的部位会造成泵不通的自冷却性。进一步的实验发现,将泵进油口设计在泵壳的中间部分,能够使泵的温度显著降低。因此设计泵时应根据泵的发热量来合理分配泵的自冷却流量途径,即选择合理的泵进油口位置。

胡军华等对柱塞泵的流量脉动控制做了研究[5]。为了降低泵的流量脉动,在泵上加装了降噪装置,采用了一款盒状蓄能器和波纹管进行实验,发现在蓄能器充气多于0.4L,波纹管弹簧的刚度小于200kN/m的时候,对泵的噪声有显著的降低效果。

在柱塞泵的振动特性研究上,国内外的相关专家都做了充分的研究[9]。发现振动的原因主要是机械振动和流体振动。流体振动主要是泵的流量脉动和配流盘困油和倒灌的压力冲击产生。机械振动主要由斜盘和变量机构振动,轴承振动,缸体振动产生。针对振动问题,专家们建立了相关的数学模型,并开发了测试脉动信号的方法,如伸缩管道测量法,二次源法等。提出了解决此问题的思路:降低震源强度和阻断激振源传播路径。由此开发的方法有:增设反振动装置,配流时间调整,柱塞运动调节,单柱塞腔流量倒灌调整,增设缓冲槽等。

那成烈对柱塞泵的液压回冲现象进行了分析,给出了设计计算公式,对柱塞泵的抗液压冲击新结构研发提供了指导[8]。因为柱塞油缸内不断进行高低压油转换,在油液被瞬间压缩时,会引起高压油倒流,造成排油量减少。因此,需要对油液预先升压,使油缸中的油压和进出油口的压力相等,就不会有冲击。方法是通过配流盘上的阻尼槽和减震槽向缸中慢慢引进高压油。

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