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(jī)電裝備和國防裝備配套液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的核心動(dòng)力元件，是液壓系統(tǒng)主要噪聲源，隨著社會(huì)對(duì)環(huán)保的日益重視，主機(jī)對(duì)配套元件的噪聲指標(biāo)提出了日益嚴(yán)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(gè)涉及多學(xué)科的復(fù)雜液壓元件，其噪聲形成機(jī)理復(fù)雜，存在多種噪聲激振源間轉(zhuǎn)換和耦合傳遞，并影響泵的壽命、可靠性和效率，因此實(shí)現(xiàn)軸向柱塞泵噪聲控制是流體傳動(dòng)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。本學(xué)位論文針對(duì)柱塞泵噪聲形成機(jī)理及多目標(biāo)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(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)工具和方法，選題具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用背景和重要的學(xué)術(shù)研究價(jià)值。
　　本學(xué)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(dòng)軸向柱塞泵配流盤設(shè)計(jì)方法，具有轉(zhuǎn)位角的同軸驅(qū)動(dòng)雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)降噪方法，以及具有能量回收功能的壓力平均結(jié)構(gòu)降噪方法，仿真計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)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(jié)構(gòu)噪聲激振源強(qiáng)度，可為現(xiàn)有軸向柱塞泵噪聲等級(jí)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(dòng)軸向柱塞泵配流盤設(shè)計(jì)方法首次考慮了柱塞腔流量倒灌峰值分布位置對(duì)泵出口流量脈動(dòng)幅值的影響，以實(shí)現(xiàn)柱塞腔壓力平穩(wěn)過渡和流量倒灌遞減分布為約束函數(shù)，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(shè)計(jì)方法可消除傳統(tǒng)基于柱塞泵流體特性仿真模型設(shè)計(jì)方法中的反復(fù)仿真、數(shù)據(jù)處理、篩選的設(shè)計(jì)流程，而且由于求解模型中沒有限定阻尼槽結(jié)構(gòu)形式，因此可以用于不同類型配流盤過渡區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。配流盤優(yōu)化前后的試驗(yàn)

4、結(jié)果對(duì)比表明，此設(shè)計(jì)方法可以降低柱塞泵出口流量脈動(dòng)和柱塞腔壓力沖擊。第二種，具有轉(zhuǎn)位角的同軸驅(qū)動(dòng)雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)降噪方法創(chuàng)新性提出用同軸驅(qū)動(dòng)的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)單進(jìn)單出軸向柱塞泵的單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(shí)，波峰和波谷疊加的平均效應(yīng)可顯著降低軸向柱塞泵的出口流量脈動(dòng)。仿真計(jì)算表明此降噪方法可使泵出口流量脈動(dòng)降低60％以上，斜盤轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)降低約40％，主軸轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)降低80％以上。由于合流疊加時(shí)的平

5、均效果僅受轉(zhuǎn)位角確定，因此此降噪方法的降噪效果對(duì)泵工作參數(shù)的敏感度較低。第三種，具有能量回收功能的壓力平均結(jié)構(gòu)降噪方法則提出通過內(nèi)死點(diǎn)高壓柱塞腔和外死點(diǎn)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(dòng)的壓力容腔作為中轉(zhuǎn)站，實(shí)現(xiàn)高壓柱塞腔閉死容積內(nèi)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(jì)算結(jié)果表明，能量回收總量與高壓柱塞腔閉死容積內(nèi)存儲(chǔ)的液壓能成正比，在高壓和小斜盤傾角時(shí)，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(dòng)和斜盤轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)方法有利于改善柱塞泵在高壓小排量時(shí)效率低的固有缺陷。
　　論文主要結(jié)構(gòu)如下:
　　第一章，指出了論文研究的背景和意義，對(duì)國內(nèi)外主要的柱塞泵科研院所和企業(yè)相關(guān)研究情況進(jìn)行了調(diào)研，綜述了柱塞泵減振降噪技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，在此基礎(chǔ)上確定了本學(xué)位論文的研究內(nèi)容和技術(shù)難點(diǎn)。
　　第二章，建立完整的軸向柱塞泵噪聲激振源評(píng)估

7、模型。建立了柱塞泵宏觀流動(dòng)特性數(shù)學(xué)模型，并基于油膜動(dòng)態(tài)潤滑模型對(duì)摩擦副微觀特性參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化模型中的主要影響參數(shù)，為不同降噪方法的降噪效果分析提供理論依據(jù)，通過不同工況下流量脈動(dòng)和容積效率試驗(yàn)測試結(jié)果和仿真結(jié)果的對(duì)比，對(duì)模型的仿真精度進(jìn)行驗(yàn)證。
　　第三章，提出低流量脈動(dòng)軸向柱塞泵配流盤設(shè)計(jì)方法。首先分析流體噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲耦合形成機(jī)理，提出配流盤過渡區(qū)設(shè)計(jì)最佳約束函數(shù);然后建立配流盤過渡區(qū)阻尼槽、阻尼孔及腰型槽等參數(shù)的計(jì)算數(shù)學(xué)

8、模型，并討論最佳設(shè)計(jì)參數(shù)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(jié)構(gòu)存在對(duì)泵工作參數(shù)敏感性高的缺點(diǎn);最后采用此設(shè)計(jì)方法對(duì)某型號(hào)配流盤進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過流量脈動(dòng)試驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證此設(shè)計(jì)方法的可行性。。
　　第四章，分析具有轉(zhuǎn)位角的同軸驅(qū)動(dòng)雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)降噪方法。首先提出具有轉(zhuǎn)位角的雙聯(lián)式軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)方案，分析此降噪方案的工作原理;然后優(yōu)化轉(zhuǎn)位角數(shù)值，分析此降噪方法降低出口

9、流量脈動(dòng)、斜盤轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和主軸轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的顯著效果及機(jī)理，以及降噪效果對(duì)軸向柱塞泵工作參數(shù)的敏感性;最后對(duì)具有轉(zhuǎn)位角雙聯(lián)泵物理實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　第五章，分析具有能量回收功能的壓力平均結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)基于高速單向閥和壓力回收容腔的壓力平均配流結(jié)構(gòu);然后分析此降噪方法的工作原理及顯著降低流量脈動(dòng)和斜盤轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因;最后優(yōu)化單向閥響應(yīng)頻率和壓力回收容腔容積，分析降噪效果受軸向柱塞泵工