随着液压系统向快速化、大功率、高精度的方向发展,这就迫使柱塞泵向高速、高压方向发展,但是高速高压会导致柱塞泵容易出现性能退化,从而造成振动加剧,噪声加大,泄漏量增大,进而影响泵的性能,缩短其使用寿命,限制其使用范围,因此开展柱塞泵减振降噪的机理研究既是领域热点问题,也是国际著名生产厂家斥巨资攻关内容。柱塞泵的各种运行状态均是通过振动和噪声表现出来的,而流量脉动作为柱塞泵减振降噪、容积效率和故障诊断等研究的关键内容,不仅与泵的结构参数、系统参数、运行参数有关,更受到油液的压缩性、温度、含气量、流动状态和配流副的工作状态的影响。随着计算流体动力学(Computer Fluid Dynamics)理论的不断完善和发展,CFD技术已经广泛应用在液压元件及液压系统内部流场仿真分析中,因此本文结合工程实际采用理论分析、CFD数值模拟、试验测试相结合的方法,建立了轴向柱塞泵的CFD模型,在此基础上研究液压油在不同属性、不同故障状态对柱塞泵的内部流场、流量脉动、泄漏流量和容积效率等的影响规律,为开展柱塞泵的性能退化、故障诊断以及流体噪声形成机理等方面的研究提供理论依据。本文完成的具体工作内容如下:(1)根据轴向柱塞泵运行原理,结合Solidworks软件、C语言、Gambit软件、FLUENT等建立了HPV-55轴向柱塞泵内部流场模型并进行了仿真分析。由于模型充分考虑了油液的有效体积弹性模量、粘性等非线性参数对柱塞泵内部流动状态的影响,得到了直观的轴向柱塞泵内部流场及输出特性的变化规律。柱塞泵CFD仿真模型经试验验证准确有效,为研究油液特性对柱塞泵输出特性的影响机理及配流副的故障演化机理提供了模型仿真平台。(2)研究了油液的压缩性和粘度对柱塞泵容积效率的影响机理。在油液的有效体积弹性模量为定值的假设下,推导出了包含油液压缩性和粘度在内的柱塞泵容积效率的数学模型,得到了油液压缩性和油液粘度对柱塞泵容积效率的影响规律;在相同的结构参数下,分别完成了油液的压缩性及油液粘度对油泵出口的实际流量、压缩流量和泄漏流量影响程度的定量分析,并通过试验验证了机理分析的准确性。理论分析、仿真和试验结果一致,均表明:油液的压缩流量在容积效率损失中的比重随着转速和负载的增大而增大;油液的粘温特性对容积效率的影响程度最大,当负载压力超过一定值时,油液的粘压特性对容积效率的影响不容忽视。(3)研究了油液不同属性对柱塞泵流量脉动的作用机理。对比分析了油液有效体积弹性模量为变值和定值时对泵出口流量脉动和压缩流量等的影响规律,研究了油液含气量和温度对泵出口流量脉动、泄漏脉动以及压缩流量的影响机制,得到了柱塞泵在高转速下容积效率下降的原因;综合考虑油液的不同属性对柱塞泵出口流量脉动等的影响程度,仿真和试验结果表明:油液的压缩损失流量随着含气量和温度的升高而增大;油液压缩性、粘度、含气量、流动状态对流量脉动影响程度分别占油液特性比重的86.8%、9.45%、3.59%、0.16%。(4)研究了配流副故障状态对柱塞泵输出特性的影响机理。在充分考虑油液属性非线性变化对泵输出特性影响的基础上,建立不同配流盘磨损程度及不同油膜厚度变化的故障演化模型,研究了转速、负载对不同故障类型泵的出口流量脉动、泄漏脉动、噪声等的影响机制,仿真结果表明:柱塞泵的流体噪声随着配流盘磨损程度的增大而增大,随着油膜厚度的增大而减小,为识别配流副的故障特征和失效形式提供了理论分析和试验方法。