【摘要】：噪聲污染成為世界范圍內(nèi)的環(huán)境問(wèn)題,在工業(yè)領(lǐng)域尤為嚴(yán)重。軸向柱塞泵是液壓系統(tǒng)主要噪聲源,其流體噪聲能夠激發(fā)相連管道、閥等相關(guān)元件振動(dòng),致使整個(gè)液壓系統(tǒng)氣動(dòng)噪聲加劇。泵源流量脈動(dòng)是軸向柱塞泵流體噪聲的主要激振源,具有高頻、大流量的特點(diǎn),由于現(xiàn)有高頻動(dòng)態(tài)流量計(jì)不能直接測(cè)試,只能采用間接方法測(cè)量。ISO標(biāo)準(zhǔn)“二次源”法是測(cè)試容積泵泵源流量脈動(dòng)的間接方法,該方法基于波的傳遞理論和管道壓力動(dòng)態(tài)特性,應(yīng)用頻率特性已知的輔助泵、閥等改變被測(cè)泵所在測(cè)試系統(tǒng)的終端阻抗,通過(guò)傳感器同步測(cè)試被測(cè)泵和輔助泵、閥之間相連管道不同位置處動(dòng)態(tài)壓力推導(dǎo)泵源流量脈動(dòng)。這一方法適用于多種類型容積泵,測(cè)試精度較高,但是系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜,當(dāng)傳感器距離是壓力波波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),不能準(zhǔn)確測(cè)試泵源流量脈動(dòng)。因此本文主要針對(duì)軸向柱塞泵泵源流量脈動(dòng)進(jìn)行研究,以獲得一種系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單與全工況精度較高的測(cè)試方法,為低敏感度柱塞泵設(shè)計(jì)提供支撐,選題具有重要的理論意義和工程價(jià)值。 本文首先建立了柱塞泵流動(dòng)特性的多場(chǎng)耦合數(shù)值模型,該模型首次引入油膜運(yùn)動(dòng)的柱塞副、滑靴副泄漏流量對(duì)流量脈動(dòng)的影響,提高了柱塞泵流量脈動(dòng)模型的精度。在出口壓力15MPa、缸體轉(zhuǎn)速1000rpm和斜盤傾角13°時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果證實(shí),與傳統(tǒng)數(shù)值模型相比,該模型對(duì)泵源流量脈動(dòng)率預(yù)測(cè)精度提高了22.7%。因此該模型計(jì)算結(jié)果可以作為分析泵源流量脈動(dòng)和優(yōu)化降噪結(jié)構(gòu)的參考。然后提出了新的泵源阻抗估值算法和非等徑管道特征參數(shù)計(jì)算方法,解決了應(yīng)用輔助泵測(cè)試被測(cè)泵泵源流量脈動(dòng)的ISO標(biāo)準(zhǔn)“二次源”法不能準(zhǔn)確測(cè)試壓力傳感器距離是壓力諧波頻整數(shù)倍工況下泵源流量脈動(dòng),將出口管道等效成長(zhǎng)直管道的“實(shí)用近似”法不能準(zhǔn)確測(cè)試帶有非等徑管道容積泵泵源流量脈動(dòng)的問(wèn)題。通過(guò)出口壓力為5MPa-22MPa,轉(zhuǎn)速為400rpm-1500rpm的試驗(yàn)證實(shí),與ISO提供阻抗估值算法相比,新的阻抗估值算法能估測(cè)任意工況下泵源流量脈動(dòng),且阻抗估值精度提高了20%；同時(shí)修正的“實(shí)用近似”法測(cè)試精度達(dá)到92%以上。因此這些方法提高了測(cè)試方法的精度,拓展了現(xiàn)有測(cè)試方法的使用范圍。最后提出了與配流盤緩沖槽結(jié)合的預(yù)壓縮容腔和斜盤交錯(cuò)角降噪結(jié)構(gòu)的優(yōu)選準(zhǔn)則。首次應(yīng)用泵源流量脈動(dòng)變化率差值對(duì)預(yù)壓縮容腔邊長(zhǎng)差值之比選擇了預(yù)壓縮容腔體積大小,應(yīng)用配流盤對(duì)泵源流量脈動(dòng)峰值和柱塞腔壓力峰值敏感區(qū)初選了預(yù)壓縮容腔引入孔角度和斜盤交錯(cuò)角。針對(duì)排量56的斜盤式軸向柱塞泵仿真研究表明,這兩個(gè)優(yōu)化準(zhǔn)則簡(jiǎn)化了大范圍工況、多部件結(jié)合降噪結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程。 論文主要研究?jī)?nèi)容如下： 第一章給出了柱塞泵流量脈動(dòng)研究的目的和意義。針對(duì)現(xiàn)有柱塞泵流量脈動(dòng)仿真模型精度低、測(cè)試方法復(fù)雜等問(wèn)題,確定了課題的研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線,并總結(jié)了課題的技術(shù)難點(diǎn),給出了課題研究的目標(biāo)。 第二章根據(jù)柱塞泵運(yùn)行原理,搭建了柱塞泵油液流動(dòng)特性的多場(chǎng)耦合數(shù)值模型。該模型首次考慮引入油膜運(yùn)動(dòng)的柱塞副、滑靴副泄漏流量對(duì)流量脈動(dòng)的影響,提高了柱塞泵流量脈動(dòng)模型的精度；模型考慮了溫度和壓力對(duì)油液粘度的影響,通過(guò)質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒方程計(jì)算了柱塞泵關(guān)鍵油模的壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)；搭建了柱塞泵測(cè)試系統(tǒng)有限元模型。 第三章詳述了柱塞泵流量脈動(dòng)測(cè)試原理和測(cè)試平臺(tái)搭建需要注意的問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)有“實(shí)用近似”法不能準(zhǔn)確測(cè)試帶有非等徑出口管道柱塞泵流量脈動(dòng)的問(wèn)題,應(yīng)用第二章建立的有限元模型和動(dòng)邊界理論,計(jì)算非等徑管道特征參數(shù),修正了“實(shí)用近似”法,以拓展拓展其使用范圍。 第四章給出了ISO標(biāo)準(zhǔn)“二次源”法測(cè)試數(shù)據(jù)處理過(guò)程,獲得了較精確的測(cè)試結(jié)果,并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了第二章所建立的柱塞泵流量脈動(dòng)仿真模型的準(zhǔn)確性；提出應(yīng)用阻抗估值帶寬估算泵源阻抗,應(yīng)用線性衰減技術(shù)計(jì)算估值帶寬,試驗(yàn)證實(shí),該方法能夠獲得全工況范圍泵源阻抗。針對(duì)第三章提出的修正方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明：通過(guò)出口壓力為5MPa-22MPa,轉(zhuǎn)速為400rpm-1500rpm時(shí)試驗(yàn)證實(shí)：新的阻抗估值算法能估測(cè)任意工況下泵源流量脈動(dòng),且阻抗估值精度提高了20%。 第五章分析了運(yùn)行工況(包括穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)工況)和油液特性對(duì)柱塞泵流量脈動(dòng)的影響,給出了不同參數(shù)的影響程度,為降噪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供依據(jù)。針對(duì)柱塞泵流量脈動(dòng)有限元模型巨大,求解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題,應(yīng)用并行求解器快速獲得仿真結(jié)果；引入動(dòng)邊界理論模擬瞬態(tài)工況下柱塞泵流量脈動(dòng),分析了柱塞泵流量脈動(dòng)瞬態(tài)變化。 第六章研究了緩沖槽、預(yù)壓縮容腔和交錯(cuò)角對(duì)柱塞泵流量脈動(dòng)的影響,給出了配流盤結(jié)構(gòu)與流量脈動(dòng)峰值對(duì)應(yīng)關(guān)系,并提出了帶有配流盤緩沖槽的預(yù)壓縮容腔和交錯(cuò)角結(jié)構(gòu)優(yōu)化準(zhǔn)則。 第七章總結(jié)了論文研究?jī)?nèi)容,給出了柱塞泵流體噪聲研究結(jié)論,引出了本文創(chuàng)新點(diǎn),最后展望了進(jìn)一步研究?jī)?nèi)容。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH322;TP274

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2585208