【摘要】：為了使軸向柱塞液壓馬達(dá)仿真模型接近于物理樣機(jī),采用機(jī)械、液壓耦合模型并綜合考慮柱塞和缸體、柱塞和斜盤等摩擦副的摩擦力和液體的粘性阻尼以及減小壓力脈動(dòng)的三角阻尼槽等因素,建立了軸向柱塞液壓馬達(dá)仿真模型。液壓馬達(dá)高壓油推動(dòng)柱塞位移、機(jī)械能推動(dòng)柱塞排油,實(shí)現(xiàn)液壓能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換,主要包括壓力源(恒流源或恒壓源)、負(fù)載(外部阻力矩,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)、柱塞缸體組件、柱塞往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換組件、配流窗口等。仿真結(jié)果與有關(guān)文獻(xiàn)中液壓馬達(dá)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,馬達(dá)轉(zhuǎn)速、加速時(shí)間、最大輸出流量的仿真值與實(shí)驗(yàn)值誤差均小于5%,驗(yàn)證了仿真模型能夠保證較好的計(jì)算精度。仿真結(jié)果表明,由于卸荷槽和腰型槽過(guò)渡區(qū)域有通流面積突變現(xiàn)象,容易產(chǎn)生局部壓力脈沖現(xiàn)象,且轉(zhuǎn)速越高壓力波動(dòng)越大,通過(guò)優(yōu)化卸荷槽結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)可以減小脈動(dòng)沖擊;液壓馬達(dá)工作特性受負(fù)載的影響,負(fù)載的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大時(shí)加速時(shí)間長(zhǎng)而穩(wěn)定轉(zhuǎn)速波動(dòng)區(qū)間窄,相應(yīng)產(chǎn)生的脈動(dòng)也趨于減小。
【圖文】：

lationX仿真軟件建立軸向柱塞馬達(dá)仿真模型，主要包括壓力源(恒流源或恒壓源)、負(fù)載(外部阻力矩，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)、柱塞缸體組件、柱塞往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換組件、配流窗口等。當(dāng)柱塞腔進(jìn)入高壓油時(shí)，由于斜盤的作用，推動(dòng)柱塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)，柱塞產(chǎn)生平行于輸出軸的線性位移和繞輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)外做功輸出力矩;當(dāng)液壓油從柱塞腔通過(guò)管路流回到油箱時(shí)，柱塞消耗其他柱塞輸出的能量或慣性能，保證排油行程的完成。故液壓馬達(dá)的工作實(shí)質(zhì)是液壓能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換(高壓油推動(dòng)柱塞位移和機(jī)械能推動(dòng)柱塞排油)的過(guò)程，圖1是液壓馬達(dá)單個(gè)柱塞機(jī)械和液壓耦合仿真模型。在進(jìn)油區(qū)柱塞機(jī)械和液壓的耦合是作用在柱塞端面的壓力油Fdk驅(qū)動(dòng)柱塞軸向位移sk，在滑靴和斜盤的相互作用下驅(qū)動(dòng)柱塞和缸體旋轉(zhuǎn)從而經(jīng)傳動(dòng)軸輸出力矩MBZ，實(shí)現(xiàn)液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。在仿圖1液壓馬達(dá)單柱塞機(jī)械、液壓耦合仿真模型Fig．1Mechanicalhydrauliccouplingsimulationmodelonsingleplungerofhydraulicmotor真模型里通過(guò)柱塞直線運(yùn)動(dòng)力矩轉(zhuǎn)化元件實(shí)現(xiàn)。在排油區(qū)依靠系統(tǒng)的慣性能或其他柱塞腔輸出的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)消耗系統(tǒng)能量實(shí)現(xiàn)排油時(shí)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能。在仿真模型里通過(guò)柱塞直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件實(shí)現(xiàn)。馬達(dá)內(nèi)柱塞和缸體間產(chǎn)生的泄漏量Qg用柱塞在上下止點(diǎn)時(shí)的泄漏系數(shù)Cg計(jì)算，即Cg=QgΔpΔv=0(9)Qg=CgΔp+π(dk+δ0)2Δv(10)式中δ0———缸體和柱塞之間的間隙，mΔp———缸體和柱塞間隙之間的壓力差，，PaΔv———缸體和柱塞的相對(duì)速度差，m/s軸向柱塞馬達(dá)常見的柱塞個(gè)數(shù)z為5、7、9、11，相鄰柱塞轉(zhuǎn)動(dòng)相位差為2π/z。多柱塞運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)是通過(guò)設(shè)置各柱塞運(yùn)動(dòng)初始相位差實(shí)現(xiàn)，如柱塞數(shù)z=

a，油源最高壓力15MPa，油源最大輸出流量95L/min，對(duì)應(yīng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速為880r/min。根據(jù)上述要求設(shè)置液壓馬達(dá)主要仿真參數(shù)，如表1所示。表1液壓馬達(dá)仿真參數(shù)Tab．1Simulationparametersofhydraulicmotor參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值油源最高壓力/MPa15柱塞個(gè)數(shù)9馬達(dá)排量/(mL·r－1)107柱塞直徑/m0.02377粘性阻尼系數(shù)/(kg·m2·s－1)0.37柱塞質(zhì)量/kg0.2體積彈性模量/(mL·MPa－1)1.58柱塞行程/m0.02679馬達(dá)和飛輪總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/(kg·m2)5.1斜盤傾角/(°)15柱塞腔壁與柱塞摩擦因數(shù)0.085柱塞分布圓半徑/m0.05圖2是柱塞相對(duì)缸體的軸向位移隨柱塞轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系，柱塞最大行程26.79mm，各柱塞相位差360°/9，位移差3.13mm。各柱塞腔流量、壓力曲線變化規(guī)律相同，僅是相位不同，第1個(gè)柱塞流量和壓力曲線如圖3、4所示，由圖可知隨著液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速升高流量壓力曲線周期縮短，在卸荷槽和腰型槽過(guò)渡處有壓力脈沖現(xiàn)象，且圖2各個(gè)柱塞的位移曲線Fig．2Displacementofeveryplunger圖3第1柱塞流量曲線Fig．3Curveofflowofthefirstplunger圖4第1柱塞壓力曲線Fig．4Curveofpressureofthefirstplunger轉(zhuǎn)速越高壓力波動(dòng)越大，故在設(shè)計(jì)時(shí)必須優(yōu)化卸荷槽結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)，才能減小脈動(dòng)沖擊，本模型優(yōu)化的三角卸荷槽長(zhǎng)度為11mm，最大三角截面夾角為120°、30°、30°，長(zhǎng)邊高3mm。圖5柱塞腔連通的配流面積變化曲線Fig．5Changecurveofoil-distributionareaduringtheplungerholeconnected柱塞腔與配流盤連通的配流面積如圖5所示，相位差為π，由于液壓馬達(dá)可以正反轉(zhuǎn)，故配流盤進(jìn)出油口隨轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變而變化。由于有三角卸荷槽，柱塞腔和進(jìn)出油口逐漸連通，可以減小柱塞腔的壓力沖擊和吸空。缸體壁面和柱塞間的滑動(dòng)摩擦力FTK如

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