基于刚—柔—液耦合的轴向柱塞泵缸体振动特性分析

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液压系统在工程机械中的应用十分广泛,柱塞泵作为其核心动力源,由于其体积小、功重比大、变量方式多的优势而被广泛应用。但是柱塞泵在工作时存在振动大、噪音高等问题,而缸体作为柱塞泵中的关键零件,在工作时产生的振动会对其组成的液压系统产生诸多危害。基于此,本文使用Pump Linx对柱塞泵的内部流场进行数值计算,研究了不同转速和负载下出口流量和柱塞腔内部压力的变化规律;然后联合动力学软件ADAMS建立了柱塞泵刚-柔耦合动力学模型,将从流场中得到的柱塞腔内部压力数据导入其中,针对不同转速和负载下对缸体振动特性进行仿真计算,得出缸体的振动特性。最后通过缸体振动实验验证了该模型的准确性,为后续的缸体振动特性研究提供了指导。本文主要研究内容可分为以下三个部分:1)阐述FMP型柱塞泵的结构和原理并对缸体受力进行理论分析。通过介绍多体动力学理论并归纳出运动学和动力学方程及其求解算法,给出了缸体振动特性研究的具体方法。2)通过Pump Linx对柱塞泵进行流场计算,研究不同转速和负载下出口流量和柱塞腔内部压力的变化规律;,随着转速的增加柱塞腔内部在高压区的压力超调明显升高;随着负载的增加,柱塞腔内部在高压区的压力随负载增加且压力超调也有一定幅度的增加。同时对出口处的流量脉动进行了分析,随着负载的增加,出口处的流量脉动率升高,当转速加快时,流量脉动率也在增加。借助ADAMS平台建立了柱塞泵动力学模型,对缸体进行柔性化处理并将流场结果导入其中进行数据交互,实现柱塞泵的刚-柔-液耦合。3)通过ADAMS对柱塞泵刚-柔-液耦合模型进行仿真计算,在不同转速和负载下对缸体的力学、振动以及微变形三个方面进行研究,使用频域分析的方法探究这三种特性之间的内在联系并借助实验验证刚-柔-液耦合模型的准确性。得知随着负载压力的升高,缸体的振动位移也在逐渐增加,表明随着负载的增加,缸体的振动在逐渐加剧;当提高转速时,缸体的振动位移随之增加。在频域内对缸体的振动信号进行分析发现,缸体各测点振动位移在频域内的峰值均出现在当前转速下主轴激振频率的谐波频率下,说明缸体振动的能量主要由主轴的高速旋转产生。
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