浸油式电机泵一体化热力学建模与结构优化

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电机和轴向柱塞泵一体化设计是提高液压动力单元功率密度最有效的方法之一。以航空电静液作动系统为例,一体化浸油式电机泵取消了联轴器,采用通轴和轴承将轴向柱塞泵和电机轴向连接并封装在同一壳体中,整体结构紧凑,将动密封转变为静密封,减少了泄漏,提高了工作效率。但是,轴向柱塞泵工作过程中,摩擦副不可避免会发生摩擦生热,在高速工况下柱塞泵旋转组件工作在充满油液的壳体中还会发生搅拌生热等。而且,高速电机在工作过程中绕组线圈产生的铜损生热,轴与轴承等零件之间发生的机械摩擦生热,浸油后新增的电机内部油液搅拌生热等。浸油式电机泵一体化设计后这些热量得不到良好的控制将引起液压系统的异常温升,导致液压系统发生故障。因此,如何进行浸油式电机泵一体化的热平衡设计方法研究,获得浸油式电机一体化的散热结构设计方法至关重要。本文以浸油式电机泵为研究对象,推导其引起发热的功率损失的数学模型,建立浸油式电机泵的热力学模型,得到浸油式电机泵关键节点的温度变化规律;并通过试验测试验证热力学模型的准确性,基于搭建的浸油式电机泵热力学模型,提出降低电机泵内部温升的结构优化方法。本文主要研究内容如下:(1)分析浸油式电机泵生热机理,明确浸油式电机泵功率损失类型,建立浸油式电机泵油液摩擦损失、泄漏损失、电磁生热损失以及机械摩擦损失的数学模型。(2)采用控制体积法对浸油式电机泵进行热力学建模与分析,得到电机泵内油液瞬时温度变化规律,分析压力、转速等不同工况对电机泵内关键节点温度的影响。(3)设计验证热力学模型准确性的试验方案,测试在不同压力、转速工况下的电机与泵的接口温度,对比试验测试结果与热力学模型仿真结果,验证热力学模型的准确性。(4)对浸油式电机泵进行结构优化设计,有效提高浸油式电机泵的散热能力,为维持浸油式电机泵高效可靠运行奠定理论基础。
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