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端面配流径向柱塞式液压泵特性的研究

作　者: 裘信国
导　师: 柴国钟；姜伟
学　校: 浙江工业大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 径向柱塞泵端面配流接触应力泄漏分度角瞬时压力和瞬时流量
分类号: TH137.51
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

径向柱塞式液压泵具有额定工作压力高、耐冲击力强及功率重量比高等优点,易满足车辆静压传动系统对液压泵的高压、高速化要求。但目前径向柱塞式液压泵所采用的阀配流和轴配流方式都存在着径向力不平衡,致使转速难以提高等缺陷,不能适应液压泵高速发展的趋势。论文将端面配流应用到径向柱塞式液压泵中,以解决传统径向柱塞式液压泵径向力不平衡的问题,使径向柱塞式液压泵在保持原有高压优势的情况下,能够兼具端面盘配流的优点。论文的研究工作为高压、高速、大流量径向柱塞式液压泵的设计提供了理论基础。论文对端面配流径向柱塞式液压泵进行了运动学和受力分析、建立了各柱塞腔及吸排油口的瞬时压力变化模型,通过数值求解得到了压力、流量的变化规律,分析了影响压力、流量变化的因素。论文的主要研究内容如下:①对端面配流径向柱塞式液压泵的主要零部件进行了运动学分析。推导了柱塞的运动轨迹、极径、速度加速度和滚子旋转速度的数学方程,分析了柱塞的几何结构对运动参数的影响。②在运动学分析的基础上,对径向柱塞式液压泵的各零部件进行了受力分析。在假定柱塞泵等角速度运动的情况下对液压泵缸体、转轴、弹簧进行分析,得到力平衡方程和动量矩方程。基于柱塞缸体副之间有无间隙两种情况,建立了两种柱塞副受力模型,对柱塞在缸体运行过程中的最大接触应力、应变、应变长度、留缸长度、摩擦力和滚子与滚道的最大接触应力进行了分析研究。在分析过程中采用柱塞腔内的瞬时压力替代原有的经验压力,真实反映柱塞的受力工况。③对径向柱塞式液压泵的理论流量进行了分析。基于传统流量理论对径向柱塞式液压泵的瞬时流量进行分析,推导出径向柱塞式液压泵的理论瞬时流量和流量脉动系数。根据柱塞在配流盘占据的位置来判断柱塞的吸排油工况,推导出柱塞泵的柱塞几何流量方程。通过仿真得到几何流量及其脉动系数。④建立了柱塞腔与带卸荷槽配流盘最小通流面积的数学模型。通过对三角卸荷槽结构的分析,确定了三角卸荷槽的最小过流面积,推导了各柱塞腔对配流盘的最小通流面积公式,分析了三角槽几何参数和分度角对配流窗口面积的影响规律。⑤建立了径向柱塞式液压泵柱塞腔、吸排油腔的瞬时压力模型。根据柱塞控制腔内的流体质量守恒定理,在考虑各摩擦副的泄漏、工作介质的可压缩性等因素的情况下,建立柱塞泵柱塞腔、吸排油腔的瞬时压力变化模型。通过数值方法求解,得出了各柱塞腔、吸排油腔的瞬时压力与瞬时流量。研究了三角槽的结构和负载压力、转速对柱塞泵各个柱塞腔、进出口压力流量变化的影响规律。⑥通过对双向径向柱塞泵马达试验测试系统的改造,进行了径向柱塞泵的性能试验,为径向柱塞泵设计提供借鉴经验。对径向柱塞式液压泵的压力进行了检测并作了频域分析,由频域图显示可知:除了几何脉动频率线外,还有其他明显的频率谱线存在,这表明柱塞泵的压力脉动并不仅是几何结构脉动引起的,而是几何结构与其他因素共同作用的结果。几何脉动的频率是一个关于柱塞的个数和转速的函数f=n·z/60。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第1章绪论  13-29
  1.1 概述  13
  1.2 研究的目的与意义  13-16
  1.3 径向柱塞泵的主要技术难点  16-17
    1.3.1 配流方式  16
    1.3.2 柱塞副  16
    1.3.3 结构尺寸  16-17
    1.3.4 设计目标与设计思想  17
  1.4 国内外径向柱塞泵的研究现状  17-20
    1.4.1 径向柱塞泵应用生产现状  17-19
    1.4.2 径向柱塞泵理论研究现状  19-20
  1.5 柱塞泵关键理论研究  20-26
    1.5.1 柱塞副的理论研究  20-21
    1.5.2 压力流量特性的理论研究  21-23
    1.5.3 配流副的理论研究  23-25
    1.5.4 改进现存径向柱塞泵的方法措施  25-26
  1.6 论文主要研究内容及论文的创新点  26-29
    1.6.1 论文的主要研究内容  26-27
    1.6.2 论文创新点  27-29
第2章端面配流径向柱塞式液压泵的运动学分析  29-49
  2.1 引言  29-30
  2.2 端面配流径向柱塞式液压泵工作原理  30-31
  2.3 运动学分析  31-38
    2.3.1 柱塞位置分析  31-33
    2.3.2 柱塞速度分析  33-35
    2.3.3 柱塞加速度分析  35-36
    2.3.4 柱塞相对速度分析  36-38
  2.4 柱塞泵各因素变化的影响  38-43
  2.5 柱塞滚子的运动分析  43-48
    2.5.1 纯滚动时滚子的运动学分析  43-46
    2.5.2 滑动工况下滚子的运动学分析  46-48
  2.6 本章小结  48-49
第3章端面配流径向柱塞式液压泵的受力分析  49-77
  3.1 引言  49-50
  3.2 端面配流径向柱塞式液压泵的受力分析  50-53
    3.2.1 柱塞缸受力分析  50-51
    3.2.2 弹簧受力分析  51
    3.2.3 转轴反力分析  51
    3.2.4 配流盘油膜支撑力  51-52
    3.2.5 液压作用力  52
    3.2.6 柱塞作用力  52-53
    3.2.7 缸体作用合力  53
  3.3 柱塞受力分析  53-55
    3.3.1 液压作用力  54
    3.3.2 惯性力的作用  54
    3.3.3 牵连惯性力  54-55
    3.3.4 科氏加速度  55
    3.3.5 缸孔正压力  55
  3.4 无间隙力模型  55-63
    3.4.1 柱塞接触长度  55-56
    3.4.2 柱塞与缸孔的正压力  56
    3.4.3 柱塞摩擦力F_f  56-57
    3.4.4 柱塞受力模型  57
    3.4.5 数值求解  57-63
  3.5 有间隙力模型  63-71
    3.5.1 柱塞接触长度  63-64
    3.5.2 柱塞与缸孔的正压力  64
    3.5.3 柱塞摩擦力F_f  64-65
    3.5.4 柱塞受力模型  65
    3.5.5 数值求解  65-71
  3.6 滚子与滚道的受力分析  71-75
    3.6.1 滚子作用力  71-72
    3.6.2 滚轮与外圈定子的赫兹接触  72
    3.6.3 滚子为球体的点接触  72-74
    3.6.4 滚子为滚柱的线接触  74-75
  3.7 本章小结  75-77
第4章端面配流径向柱塞式液压泵理论流量及脉动计算  77-87
  4.1 引言  77-78
  4.2 传统理论流量  78-80
    4.2.1 理论流量  78
    4.2.2 偶数柱塞泵的理论流量  78-79
    4.2.3 奇数柱塞泵的理论流量  79-80
  4.3 几何理论瞬时流量  80-85
    4.3.1 奇数柱塞泵的理论流量  80-82
    4.3.2 偶数柱塞时的理论流量  82-83
    4.3.3 柱塞几何脉动的比较  83-85
  4.4 本章小结  85-87
第5章端面配流径向柱塞式液压泵的压力、流量分析  87-117
  5.1 引言  87-88
  5.2 端面配流径向柱塞式液压泵压力、流量的数学模型  88-90
    5.2.1 柱塞腔压力  88
    5.2.2 柱塞腔的体积  88-89
    5.2.3 柱塞腔体积变化率  89
    5.2.4 柱塞泵实际工况  89-90
  5.3 泄漏的分析  90-94
    5.3.1 柱塞泵摩擦副泄漏  90
    5.3.2 柱塞和缸体孔间的泄漏  90-92
    5.3.3 缸体配流盘之间的泄漏量  92-93
    5.3.4 柱塞滚子副之间的泄漏  93-94
  5.4 柱塞腔与配流盘的进出流量  94-95
    5.4.1 进出排油口的流量  94
    5.4.2 进出吸油口的流量  94-95
  5.5 卸荷槽的选择  95
  5.6 柱塞腔通流面积  95-101
    5.6.1 最小截面积  95-96
    5.6.2 通流面积计算  96-99
    5.6.3 带分度角通流面积计算  99-101
  5.7 实际流量  101-102
  5.8 柱塞泵的冗余体积  102-104
    5.8.1 初始冗余体积  102-103
    5.8.2 变量冗余体积  103
    5.8.3 柱塞内孔体积  103
    5.8.4 柱塞腔与配油腔的体积  103
    5.8.5 总冗余体积  103-104
  5.9 实际压力  104-105
  5.10 数值求解结果  105-112
  5.11 结构参数对柱塞腔压力的影晌  112-116
    5.11.1 排油窗口对压力流量的影响  112-114
    5.11.2 柱塞个数对压力流量的影响  114-116
  5.12 本章小结  116-117
第6章端面配流径向柱塞式液压泵的试验与分析  117-139
  6.1 概述  117
  6.2 径向柱塞式液压泵试验回路设计  117-120
  6.3 硬件系统搭建  120-121
    6.3.1 测量原理  120
    6.3.2 测量要求  120-121
    6.3.3 传感器选型  121
    6.3.4 测试主体和辅助设备  121
  6.4 测试软件  121-123
    6.4.1 测试软件功能  121-123
    6.4.2 数据存储  123
  6.5 试验分析  123-137
    6.5.1 试验结果时域分析  123-127
    6.5.2 试验结果频域分析  127-137
  6.6 本章小结  137-139
第7章结论与展望  139-143
  7.1 论文总结  139-140
  7.2 论文主要创新点  140-141
  7.3 工作展望  141-143
参考文献  143-149
致谢  149-151
攻读学位期间参加的科研项目和成果  151

端面配流径向柱塞式液压泵特性的研究

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