面向軸向柱塞泵降噪的配流盤及配流方法研究.pdf

1、軸向柱塞液壓泵是多種大型機電裝備和國防裝備配套液壓傳動系統(tǒng)的核心動力元件，是液壓系統(tǒng)主要噪聲源，隨著社會對環(huán)保的日益重視，主機對配套元件的噪聲指標提出了日益嚴格的要求，因此軸向柱塞泵的減振降噪問題十分迫切。軸向柱塞泵是一個涉及多學科的復雜液壓元件，其噪聲形成機理復雜，存在多種噪聲激振源間轉換和耦合傳遞，并影響泵的壽命、可靠性和效率，因此實現軸向柱塞泵噪聲控制是流體傳動領域的研究重點和難點。本學位論文針對柱塞泵噪聲形成機理及多目標優(yōu)化展開

2、研究，目的在于提高柱塞泵綜合性能，為低噪音高可靠性柱塞泵設計提供設計工具和方法，選題具有很強的工程應用背景和重要的學術研究價值。
　　本學位論文提出三種新型的軸向柱塞泵降噪方法，包括低流量脈動軸向柱塞泵配流盤設計方法，具有轉位角的同軸驅動雙轉子結構降噪方法，以及具有能量回收功能的壓力平均結構降噪方法，仿真計算和試驗結果表明，這三種降噪方法可以不同程度降低軸向柱塞泵的流體噪聲和結構噪聲激振源強度，可為現有軸向柱塞泵噪聲等級優(yōu)化和新型

3、低噪音軸向柱塞泵開發(fā)提供理論支撐。第一種，低流量脈動軸向柱塞泵配流盤設計方法首次考慮了柱塞腔流量倒灌峰值分布位置對泵出口流量脈動幅值的影響，以實現柱塞腔壓力平穩(wěn)過渡和流量倒灌遞減分布為約束函數，建立配流盤過渡區(qū)阻尼槽通流面積最優(yōu)值求解模型。該設計方法可消除傳統(tǒng)基于柱塞泵流體特性仿真模型設計方法中的反復仿真、數據處理、篩選的設計流程，而且由于求解模型中沒有限定阻尼槽結構形式，因此可以用于不同類型配流盤過渡區(qū)的優(yōu)化設計。配流盤優(yōu)化前后的試驗

4、結果對比表明，此設計方法可以降低柱塞泵出口流量脈動和柱塞腔壓力沖擊。第二種，具有轉位角的同軸驅動雙轉子結構降噪方法創(chuàng)新性提出用同軸驅動的雙轉子結構代替?zhèn)鹘y(tǒng)單進單出軸向柱塞泵的單轉子結構，兩個轉子結構的輸出流量波形具有最佳相位差，在柱塞泵出油口處合流時，波峰和波谷疊加的平均效應可顯著降低軸向柱塞泵的出口流量脈動。仿真計算表明此降噪方法可使泵出口流量脈動降低60％以上，斜盤轉矩脈動降低約40％，主軸轉矩脈動降低80％以上。由于合流疊加時的平

5、均效果僅受轉位角確定，因此此降噪方法的降噪效果對泵工作參數的敏感度較低。第三種，具有能量回收功能的壓力平均結構降噪方法則提出通過內死點高壓柱塞腔和外死點低壓柱塞腔間的壓力平均完成柱塞腔的壓力過渡，單向流動的壓力容腔作為中轉站，實現高壓柱塞腔閉死容積內部分液壓能的回收，并降低柱塞腔與腰型槽之間的流量倒灌總量及峰值。仿真計算結果表明，能量回收總量與高壓柱塞腔閉死容積內存儲的液壓能成正比，在高壓和小斜盤傾角時，壓力平均的效果最顯著，與傳統(tǒng)的柱

6、塞泵相比，泵出口流量脈動和斜盤轉矩可以分別降低40％和30％以上，泵容積效率可以提高3％以上，因此此設計方法有利于改善柱塞泵在高壓小排量時效率低的固有缺陷。
　　論文主要結構如下:
　　第一章，指出了論文研究的背景和意義，對國內外主要的柱塞泵科研院所和企業(yè)相關研究情況進行了調研，綜述了柱塞泵減振降噪技術的研究現狀和發(fā)展趨勢，在此基礎上確定了本學位論文的研究內容和技術難點。
　　第二章，建立完整的軸向柱塞泵噪聲激振源評估

7、模型。建立了柱塞泵宏觀流動特性數學模型，并基于油膜動態(tài)潤滑模型對摩擦副微觀特性參數進行優(yōu)化，優(yōu)化模型中的主要影響參數，為不同降噪方法的降噪效果分析提供理論依據，通過不同工況下流量脈動和容積效率試驗測試結果和仿真結果的對比，對模型的仿真精度進行驗證。
　　第三章，提出低流量脈動軸向柱塞泵配流盤設計方法。首先分析流體噪聲和結構噪聲耦合形成機理，提出配流盤過渡區(qū)設計最佳約束函數;然后建立配流盤過渡區(qū)阻尼槽、阻尼孔及腰型槽等參數的計算數學

8、模型，并討論最佳設計參數的選擇，并分析此降噪方法在降柱塞腔壓力沖擊和流量倒灌幅值、減少配流盤過渡區(qū)交叉流量的效果，指出傳統(tǒng)配流盤配流結構存在對泵工作參數敏感性高的缺點;最后采用此設計方法對某型號配流盤進行優(yōu)化設計，通過流量脈動試驗對比，驗證此設計方法的可行性。。
　　第四章，分析具有轉位角的同軸驅動雙轉子結構降噪方法。首先提出具有轉位角的雙聯式軸向柱塞泵結構方案，分析此降噪方案的工作原理;然后優(yōu)化轉位角數值，分析此降噪方法降低出口

9、流量脈動、斜盤轉矩脈動和主軸轉矩脈動的顯著效果及機理，以及降噪效果對軸向柱塞泵工作參數的敏感性;最后對具有轉位角雙聯泵物理實現方案進行設計。
　　第五章，分析具有能量回收功能的壓力平均結構降噪方法。首先分析柱塞腔油液和壓力在配流盤過渡區(qū)變化過程，設計基于高速單向閥和壓力回收容腔的壓力平均配流結構;然后分析此降噪方法的工作原理及顯著降低流量脈動和斜盤轉矩脈動的原因;最后優(yōu)化單向閥響應頻率和壓力回收容腔容積，分析降噪效果受軸向柱塞泵工