軸向柱塞泵流量脈動及配流盤優(yōu)化設計研究

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1、摘要軸向柱塞泵是液壓系統(tǒng)中最重要的元件，它被廣泛應用于各類機械裝備特別是工程機械領域。噪聲是柱塞泵的三大性能指標之一，隨著柱塞泵工作性能指標和環(huán)保要求的提高，噪聲問題日益突顯。流體噪聲作為柱塞泵噪聲主要組成部分，其影響因素眾多，形成機理復雜，成為噪聲控制的研究難點，也是學科前沿研究的熱點。本學位論文選擇柱塞泵流體噪聲主要形成因素流量脈動及其控制方法開展研究，目的在于提高柱塞泵的綜合性能，改善其對應用環(huán)境的影響，既有工程應用背景，又有學術研究價值。本學位論文在分析軸向柱塞泵流體噪聲形成機理的基礎上，建立了

2、柱塞泵流動特性的分布參數式數學模型，該模型考慮了壓力波動態(tài)傳播特性的影響，可以將動態(tài)振蕩形成的附加流量脈動波轉化為壓力波，因此對泵出口附近壓力脈動的預測效果比經典的集中參數法更加準確，試驗證明該模型能夠準確的預測柱塞泵的流量和壓力脈動特性，可使分析誤差控制在5％以內，以滿足柱塞泵流動特性分析需要，為流體噪聲的機理分析提供了理論支持。針對柱塞泵復雜內部流動特性三維動態(tài)流場仿真的精度問題，考慮了油液彈性模量的影響，在大量試驗測試的基礎上，揭示了油液彈性系數隨壓力和溫度的變化規(guī)律，該結果為數學模型和流場仿真提

3、供了量化數據支持。根據油液彈性系數測試結果對流場仿真進行了優(yōu)化，結果顯示相同工況下柱塞泵流量脈動率的計算結果由5．8％提高到了17．8％，與18．6％的試驗結果更為接近，優(yōu)化結果大幅提高了流場仿真的計算精度，為柱塞泵流動特性分析提供了方法支持。在此基礎上，首次對流量脈動的主要影響因素進行了量化分析，研究結果表明彈性脈動是流量脈動的主要形式，占脈動總量的88％左右，幾何脈動影響次之(8％左右)，泄漏脈動影響最小(4％左右)，該分析結果為流體噪聲控制的后續(xù)研究明確了方向。針對柱塞泵流體噪聲的控制，對其關鍵元

4、件配流盤進行了優(yōu)化設計研究，在大量的試驗和理論分析基礎上，提出了配流盤低噪聲結構優(yōu)化參數的選擇參考范圍，為配流盤結構優(yōu)化設計提供了參考。論文主要結構如下：第一章，指出了論文研究的目的和意義，對國內外主要的柱塞泵科研機構相關研究情況進行了調研，綜述了該領域研究現(xiàn)狀，在此基礎上確定了博士學位論文研究課題研究的內容。第二章，分析了柱塞泵流體噪聲的相關理論。建立了柱塞泵流動特性數學模型，優(yōu)化了模型中的主要影響參數，為流體噪聲產生機理分析提供了理論基礎。針對流量脈動III浙江大學博上學位論文測試的基本原理，對比了

5、串、并聯(lián)兩種泵源阻抗模型的性能特點，利用一階平方根近似模型優(yōu)化了泵源阻抗模型。第三章，針對柱塞泵復雜的內部流動特性進行了三維動態(tài)流場仿真，分析了油液彈性模型和粘性模型的影響，結果顯示引入彈性模型后流量脈動特性的分析精度大幅度提高，彈性脈動是流量脈動的主要形式，占脈動總量的88％左右。對氣穴現(xiàn)象研究發(fā)現(xiàn)，柱塞泵氣穴發(fā)生位置通常在配流盤從低壓向高壓過渡阻尼槽的頂端周圍。第四章，搭建了流量脈動測試平臺，為數學模型和流場仿真結果提供了驗證依據。第五章，試驗研究了油液彈性模量，柱塞泵壓力、流量脈動規(guī)律等流體噪聲相

6、關參數，試驗證明了數學模型和流場仿真都具有很高的精度。分析了工作參數對流量脈動的影響。利用互相關函數法對油液的彈性系數進行了試驗研究，揭示了油液彈性系數隨壓力和溫度的變化規(guī)律。第六章，分析了配流盤結構包括配流盤進出口三角阻尼槽寬度角和深度角、阻尼槽頂端的小孔結構以及錯配角和預壓縮角對流體噪聲的影響，提出了配流盤降噪結構的優(yōu)化設計建議。第七章，總結了論文的主要研究工作，給出了主要的研究結論，指出博士學位論文研究課題的創(chuàng)新點，并對未來的研究工作進行展望。關鍵詞：軸向柱塞泵流量脈動流體噪聲計算流體力學cFD(

7、ComputationalFluidDynamics)壓力沖擊氣穴／氣蝕泵源阻抗配流盤IVSummary，．Axialpistonpumpthemostimportantcomponentinhydraulicsystems，iswidelyusedinindustrialandconstructionmachinery．Noiselevel，oneofthethreeimportantperformancesofpistonpump，becomesincreasinglyinfluentialwith

8、theever-increasingworkingperformanceandenvironmentalconcerns．Thevastmajorityofpistonpumpnoiseisknownasfluid—bornnoise．whichisinfluencedbymanyfactorswithcomplexprinciples．Thefluid—bornnoiseofpistonpump，whichhasbeenregardeda