【摘要】：較高的功率密度是液壓技術(shù)的一個(gè)顯著的特點(diǎn),這使得其在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用,特別是在作為執(zhí)行器和動(dòng)力源的場合。其中,軸向柱塞泵作為液壓系統(tǒng)的“心臟”,在需求大功率和高壓的工況中得到較為廣泛的應(yīng)用。然而,由于軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)原因,泵中存在著一些只能優(yōu)化,無法消除的限制。本課題以國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“二維(2D)活塞泵及電動(dòng)液壓技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究”和“二維活塞結(jié)構(gòu)的高壓海水泵設(shè)計(jì)方法與機(jī)理研究”為背景,針對(duì)傳統(tǒng)軸向柱塞泵中存在的一些無法避免的結(jié)構(gòu)性限制,提出了高度集成的插裝式二維活塞泵的概念以及相關(guān)的組合應(yīng)用。文中通過與傳統(tǒng)軸向柱塞泵的對(duì)比來說明其優(yōu)勢,并基于插裝式二維活塞泵的基本組件—二維活塞泵單元和泵單元組展開研究。在對(duì)二維活塞泵單元和泵單元組設(shè)計(jì)校核后,對(duì)二維活塞泵單元中的凸輪曲面基于二維活塞泵的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,該數(shù)學(xué)模型可以用于指導(dǎo)二維活塞泵的三維建模和理論分析。隨后基于凸輪曲面的數(shù)學(xué)模型展開了設(shè)計(jì)方法的程序化研究。同時(shí),基于AMEsim軟件建立了插裝式二維活塞泵及其組件和傳統(tǒng)軸向柱塞泵的仿真模型,通過仿真研究了插裝式二維活塞泵及其組件的特性,并就結(jié)構(gòu)性流量脈動(dòng)這一參數(shù)與傳統(tǒng)軸向柱塞泵進(jìn)行了對(duì)比。最后通過試驗(yàn)研究二維活塞泵單元組試驗(yàn)樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性、空載特性與負(fù)載特性,驗(yàn)證了凸輪曲面數(shù)學(xué)模型的正確性與插裝式二維活塞泵能消除結(jié)構(gòu)性流量脈動(dòng)的特性和具有較高容積效率的特性。論文的主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)針對(duì)傳統(tǒng)軸向柱塞泵中的限制,采用2D原理,設(shè)計(jì)了插裝式二維活塞泵及其相關(guān)的組件—泵單元組來避免上述限制,同時(shí)對(duì)泵單元組進(jìn)行了校核。(2)針對(duì)插裝式二維活塞泵單元中的關(guān)鍵部位即凸輪滾子運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu),分析了其組件間的空間接觸關(guān)系。以活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為源頭,通過空間接觸關(guān)系的逐步分解,求解建立接觸關(guān)系的各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)公式,以此建立接觸關(guān)系的數(shù)學(xué)模型�；诮佑|關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,利用軟件Matlab的編程功能,編制程序,求解凸輪與滾子之間的空間接觸坐標(biāo),從而對(duì)接觸曲面進(jìn)行數(shù)學(xué)模型化。同時(shí),基于接觸曲面的數(shù)學(xué)模型和二維活塞泵的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理,利用軟件Matlab的編程功能,編制設(shè)計(jì)優(yōu)化過程的相關(guān)程序。(3)利用AMESim軟件建立了插裝式二維活塞泵及其組件二維活塞泵單元組和傳統(tǒng)軸向柱塞泵的液壓系統(tǒng)模型和虛擬樣機(jī)。通過仿真分析了二維活塞泵單元組與傳統(tǒng)軸向柱塞泵的流量特性,并通過將兩者的流量特性仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,說明了插裝式二維活塞泵能消除結(jié)構(gòu)性流量脈動(dòng)的可能性。同時(shí)通過分析以二進(jìn)制理論設(shè)計(jì)的插裝式二維活塞泵的流量特性,分析其實(shí)現(xiàn)數(shù)字變量的可能性。(4)搭建插裝式二維活塞泵單元組的試驗(yàn)臺(tái),對(duì)于活塞泵單元組的運(yùn)動(dòng)特性、空載流量特性和壓力流量特性進(jìn)行試驗(yàn)研究。通過高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集泵芯位移信號(hào)與理論值進(jìn)行對(duì)比,分析泵單元中泵芯的運(yùn)動(dòng)特性,結(jié)合三維掃描曲面,說明曲面數(shù)學(xué)模型的正確性�？蛰d流量特性曲線中的雜波經(jīng)過信號(hào)頻譜分析后,在Matlab軟件中通過濾波器過濾了大部分干擾信號(hào),通過過濾后流量特性曲線可以驗(yàn)證二維泵單元組消除結(jié)構(gòu)性流量脈動(dòng)的特性。最后,通過分析空載流量特性和負(fù)載流量特性說明其具有較高的容積效率。綜上,本文首次提出并設(shè)計(jì)了插裝式二維活塞泵并對(duì)其基本組成部分-二維活塞泵單元組展開了相關(guān)的理論、仿真和試驗(yàn)研究。在對(duì)泵單元組進(jìn)行設(shè)計(jì)校核后,建立了其運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)中接觸曲面的數(shù)學(xué)模型。該數(shù)學(xué)模型不僅能指導(dǎo)各種型號(hào)、各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的二維活塞泵的設(shè)計(jì)和優(yōu)化,還能為二維活塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究提供理論基礎(chǔ)。此外,通過理論分析、仿真研究和試驗(yàn)結(jié)果的信號(hào)頻譜分析,驗(yàn)證了插裝式二維活塞泵無結(jié)構(gòu)性流量脈動(dòng)和容積效率高的特點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH137.51
【圖文】：

（來源編號(hào)：51775500），起止時(shí)間：2018.01.01~2021.12.31。1.1.2 研究背景和意義圖1-1 早期柱塞泵[2]Figure 1-1 Early piston pump高功率密度一直是液壓技術(shù)的一個(gè)顯著的特點(diǎn)，液壓技術(shù)正是基于此得到了不斷的發(fā)展，同時(shí)該特性使得液壓技術(shù)得到了廣泛的推廣，特別是在農(nóng)業(yè)應(yīng)用、礦業(yè)應(yīng)用、建筑業(yè)應(yīng)用和航空業(yè)應(yīng)用等行業(yè)應(yīng)用中得到了廣泛的使用。其中，柱塞泵作為液壓系統(tǒng)的“心臟”，在需求大功率和高壓的工況中、在多種工作介質(zhì)條件下得到較為廣泛的應(yīng)用[1]。如圖 1-1 所示，柱塞式液壓泵的歷史可以回溯到十六世紀(jì)后期，1588年 Ramelli 發(fā)明的礦井用汲水泵，可以看作是液壓柱塞泵的鼻祖[2]。直到 1905 年，Harvey William 與 Reynold Janny 發(fā)明了用于軍艦炮塔轉(zhuǎn)向的液壓裝置

柱塞泵 Janny 泵和 Thoma 泵都屬于端面配流泵，又因其工作結(jié)構(gòu)特征分別屬于斜盤式軸向柱塞泵與斜軸式軸向柱塞泵，兩者的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-4 所示。圖1-4 （a）斜盤式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)示意圖及（b）斜軸式軸向柱塞泵兩種泵的結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1-4 (a) Schematic diagram of swash-plate type axial piston pump and (b) schematic diagramof bent-axis type axial piston pump由于斜軸式軸向柱塞泵除了輸出力矩大之外，相較于斜盤式軸向柱塞泵并無較大優(yōu)勢，而其還有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝性差的缺點(diǎn)，故本文基于斜盤式軸向柱塞泵討論，以下簡稱軸向柱塞泵。軸向柱塞泵的應(yīng)用場合非常廣泛，包括用于海水淡化的水介質(zhì)海水淡化泵、用于礦業(yè)和建筑業(yè)中重型機(jī)械的液壓油介質(zhì)動(dòng)力泵和用于飛機(jī)起落裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴裝置的航空燃油介質(zhì)動(dòng)力泵等[4-11]。軸向柱塞泵中存在著一些無可替代的滑動(dòng)摩擦副，正是因?yàn)檫@些滑動(dòng)摩擦副間產(chǎn)生的液壓支撐力，使泵能通過由缸體旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)高速高壓的泵吸油功能。理想狀態(tài)下滑動(dòng)摩擦副之間的間隙由于靜壓支撐效應(yīng)是充滿液體的。然而由類型 排量 (ml/r) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 壓力 (MPa)min max min max 工作壓力 最大壓力斜盤式軸向柱塞泵 0.1 500 5-20 300-18000 10-45 60斜軸式軸向柱塞泵 1.5 1000 5-20 500-8000 12-45 50外支承徑向柱塞泵 10 2000-65000 1-5 50-800 18-40 45內(nèi)支承徑向柱塞泵 2-10 1000-8000 2-10 300-12000 12-40 25-70直列式柱塞泵 5-10 50-100 2-5 1500-3000 20-50 75-120

[22-24]。圖1-5 二維閥控電液激振閥[29]Figure 1-5 Electro-hydraulic vibration exciter controlled by 2D valve我們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)對(duì)采用閥芯的復(fù)合運(yùn)動(dòng)來控制液壓系統(tǒng)的流量這一技術(shù)做了許多研究[25-28]。在那些研究中有一項(xiàng)為電液激振閥，其對(duì)于二維原理的應(yīng)用使其通過閥芯的復(fù)合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了高速配流[29-31]，這為二維原理在新型液壓泵中的進(jìn)一步應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。通過這一原理的應(yīng)用，這種新型泵不僅能吸收上述研究中閥口通過二維運(yùn)動(dòng)高速

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 阮健;李進(jìn)園;金丁燦;申屠勝男;童成偉;;二維(2D)活塞泵原理性驗(yàn)證研究[J];浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2017年03期

2 尤裕榮;王春民;朱建國;;液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)活塞泵性能特性仿真[J];導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù);2014年02期

3 高希彥;方武;王燕;白敏麗;;一種用于稠油輸送的徑向活塞泵的研制[J];排灌機(jī)械;2009年06期

4 王建;;模塊式液壓活塞泵自動(dòng)裝置[J];國外油田工程;1987年01期

5 嚴(yán)子炎;;CS型船用手動(dòng)活塞泵標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品簡介[J];科技信息;1987年09期

6 黃業(yè)英;利亞;;礦漿輸送泵[J];國外采礦技術(shù)快報(bào);1988年03期

7 翟伯寬;于長和;劉銘瑚;;新型高壓耐磨礦漿泵[J];金屬礦山;1988年01期

8 ;環(huán)形活塞泵[J];科技簡報(bào);1975年12期

9 許錦宗;軌道活塞泵[J];液壓與氣動(dòng);1980年02期

10 伍世民;周達(dá)人;謝友昭;;油隔離活塞泵[J];電力修造技術(shù);1981年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前3條

1 謝遠(yuǎn)富;李運(yùn)洲;;活塞泵淤泥輸送技術(shù)在圍墾施工中的應(yīng)用[A];中國水利學(xué)會(huì)灘涂濕地保護(hù)與利用專委會(huì)2005學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

2 HeinzM.N釨gel;;用于磨蝕性、腐蝕性和毒行介質(zhì)及煤氣化的FELUWA軟管隔膜活塞泵[A];第六屆化學(xué)工程與生物技術(shù)展覽暨會(huì)議參展商新產(chǎn)品和服務(wù)報(bào)告[C];2004年

3 付鵬;唐輝;;隔膜泵動(dòng)態(tài)仿真分析技術(shù)[A];科學(xué)發(fā)展與社會(huì)責(zé)任（A卷）——第五屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)文集[C];2008年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前3條

1 李新生;風(fēng)力揚(yáng)水機(jī)的類型及特點(diǎn)[N];云南科技報(bào);2004年

2 王浩;可機(jī)械畜力兩用的多功能打藥機(jī)[N];中國花卉報(bào);2004年

3 宋惟忠;清漂船：水面清道夫[N];中國水利報(bào);2003年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 金丁燦;二維活塞泵的設(shè)計(jì)方法研究與試驗(yàn)驗(yàn)證分析[D];浙江工業(yè)大學(xué);2019年

2 馬星民;大口徑活塞泵對(duì)典型黏稠物料吸入特性實(shí)驗(yàn)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 李文雷;節(jié)能型多作用內(nèi)曲線徑向活塞泵的研究[D];燕山大學(xué);2018年

2 宋濤;能量回收型軸向活塞泵的研究[D];燕山大學(xué);2017年

3 張華軍;外環(huán)流活塞泵優(yōu)化設(shè)計(jì)及其轉(zhuǎn)子AutoCAD二次開發(fā)[D];浙江工業(yè)大學(xué);2006年

4 方武;基于遼河油田需求的稠油輸送泵的研制及性能[D];大連理工大學(xué);2010年

5 楊明濤;活塞式液體灌裝試驗(yàn)系統(tǒng)的流場分析與研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

6 李明霞;基于聲音識(shí)別的新型輸油泵閥門泄露檢測原型系統(tǒng)[D];大連工業(yè)大學(xué);2008年

7 趙玉海;隔膜泵可視化建模與仿真[D];東北大學(xué);2008年

8 周佳;內(nèi)環(huán)流活塞泵轉(zhuǎn)子型線的研究及其間隙的分析[D];浙江工業(yè)大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2790516