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轴向柱塞泵具有着压力大、功率密度大、容积效率高等优势,被广泛的应用于各类机械装备的液压系统中,是系统中的重要的动力元件。随着工业的迅速发展,柱塞泵的工作性能和环保指标要求越来越高,作为柱塞泵三大性能指标的噪声问题将日益突出,已成为制约轴向柱塞泵发展的重要的因素。
本论文根据给定的设计参数,建立了几何模型,分析了柱塞泵噪声形成机理及其控制方法,在全面考虑了多种因素影响的情况下,采用CFD方法对柱塞泵配流过程非定常流场进行了数值模拟,为今后柱塞泵综合性能的提高以及工程设计提供了研究手段与分析方法。
论文主要研究内容为:
根据给定设计参数建立了轴向柱塞泵的几何模型,概括说明了柱塞泵的工作特点,对其噪声形成机理以及控制方法进行了分析,确定流量脉动为引起流体噪声的主要组成分部。
建立了柱塞泵内部三维流动流场的物理模型,针对柱塞泵内部流体的高速高压下运转的特点,全面考虑了流体的可压缩性以及粘压效应和粘温效应和柱塞泵内部不同区域流场的流态情况,使柱塞泵内仿真计算的流体更接近真实流动情况。在上述物理模型和数学模型的基础上,运用商用PUMPLINX流体仿真软件对其柱塞泵三维瞬态模型进行数值模拟。
针对数值模拟获得结果,分析了柱塞泵内部产生压力瞬变、压力震荡和压力冲击等现象原因。通过流场可视化,观察流量倒灌现象以及油膜处压力分布特点,得到了泵出口流量脉动变化情况;同时从两个方面探求了柱塞泵配流过程出现空化的原因,同时得到了空化发生的位置以及气体体积组分分布情况;理论分析和数值模拟相吻合进一步说明了数值模拟计算的正确性和可靠性。最后,对缸体进行了受力分析,得到了柱塞泵在配流过程中缸体所受压紧力和压紧力矩的变化情况。
对以上模拟过程产生的现象分析得出,流量脉动和压力瞬变是产生流体噪声的根本原因。根据这一理论基础,进一步探求了不同配流过程中三角阻尼槽过流截面面积、预升压(卸压)区闭死角参数下的流量脉动情况和压力瞬变情况,获得了低噪声结构优化参数的选择范围。在此基础上对比说明了11柱塞泵比9柱塞泵有着更好的配流特性。最后,将带有小孔的阻尼槽和不带小孔的阻尼槽进行仿真对比,发现带有小孔的阻尼槽可以有效的缓解脉动产生的压力冲击,对降低柱塞泵的流体噪声有一定作用。
本论文的创新之处在于:在计算仿真过程中全面考虑了油液的可压缩性、粘压效应和粘温效应对仿真计算的影响;通过数值模拟的方法对缸体的所受到压紧力和压紧力矩进行了研究;提出了低噪声柱塞泵配流关键元结构的优化参数范围,为以后做二次参数优化奠定了基础。