張棟棟

摘要：當(dāng)前，隨著我國機電工程技術(shù)水平的不斷提高，為了更好地降低新機械產(chǎn)品的開發(fā)成本，應(yīng)進(jìn)一步解決雙聯(lián)軸向柱塞泵存在的流量突變問題?；诖耍疚木碗p聯(lián)軸向柱塞泵配流盤的優(yōu)化方案進(jìn)行分析，并探討其流量脈動特性，同時對仿真實驗和驗證試驗的結(jié)果進(jìn)行分析對比，以供參考。

關(guān)鍵詞：雙聯(lián)軸向柱塞泵;配流盤;流量脈動

引言：流量脈動在負(fù)載阻抗的作用下會轉(zhuǎn)化為壓力脈動并引起液壓元件的振動，產(chǎn)生噪聲，國內(nèi)外研究人員和學(xué)者對柱塞泵配流盤進(jìn)行了海量的研究，雖然顯著降低了流量脈動壓力，但降噪效果仍有待提升，應(yīng)進(jìn)一步以應(yīng)用型挖掘機械地串聯(lián)雙泵為研究對象，改進(jìn)配流盤結(jié)構(gòu)。

1雙聯(lián)軸向柱塞泵配流盤優(yōu)化方案

為了有效優(yōu)化配流盤，本方案以選擇配流盤過渡區(qū)增設(shè)配錯角，使其縱軸與死點軸處于不重合狀態(tài)，并在排油過渡區(qū)設(shè)置三角阻尼槽，以實現(xiàn)預(yù)升壓，并在吸油過濾去設(shè)置U型阻尼槽進(jìn)行預(yù)卸壓。在操作中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)柱塞腔脫離吸油槽時，柱塞腔的閉死壓縮階段會引起壓力正超調(diào);當(dāng)柱塞脫離排油槽時，在柱塞腔內(nèi)的閉死膨脹階段會引起壓力負(fù)超調(diào)，并產(chǎn)生氣穴?？紤]到這一因素，在配流盤優(yōu)化中需要針對性解決這一難題?；诖藨?yīng)從數(shù)學(xué)模型和物理仿真模型入手，進(jìn)一步優(yōu)化雙聯(lián)軸向柱塞泵配流盤[1]。

1.1柱塞泵流體脈動數(shù)學(xué)模型

考慮到軸向柱塞泵是通過主軸來帶動2個缸體的旋轉(zhuǎn)，并構(gòu)成串聯(lián)雙泵，且每個泵中都有9個柱塞。因此，柱塞在柱塞口孔內(nèi)會受到柱塞腔油液壓力、缸體等元件作用和影響，進(jìn)而改變流體狀態(tài)、流量及壓力。因而，需將柱塞外死點設(shè)置為初始位置，并進(jìn)一步獲得柱塞軸向位移及速度的方程、柱塞腔容積變化率表達(dá)式。通過方程和表達(dá)式可知，配流盤的過流面積時期因柱塞腔壓力變化的主要因素，因此需要在合理設(shè)計配流盤的基礎(chǔ)上降低流體脈動。

1.2配流盤特性仿真物理模型

考慮到新配流盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有三角槽、阻尼孔以及腰型流通槽組成過流面積會隨著柱塞腔以及配流盤接觸面積的變化而變化，需要以外死點為起點，對不同階段的柱塞腔和優(yōu)化后的配流盤基礎(chǔ)面積進(jìn)行重新計算。同時還要掌握不同階段的配流口流通面積變化特點。在第一階段，由于柱塞腔未與阻尼孔發(fā)生接觸，且柱塞腔未離開吸油槽;第二階段，柱塞腔脫離吸油槽，柱塞腔與三角減振操接觸;第三階段，柱塞腔進(jìn)入排油腰型槽，并變?yōu)榻孛鎱^(qū)域;第四階段，柱塞腔退出三角槽區(qū)域，配流口流通面積應(yīng)減去部分三角減振槽的流通面積。

2流量脈動特性分析

2.1配流盤改進(jìn)前后的綜合對比分析

在對比改進(jìn)前后流量壓力脈動過程中，通過觀察單個柱塞腔內(nèi)的壓力變化可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過改進(jìn)后的配流盤明顯在排油過渡區(qū)出現(xiàn)的壓力沖擊現(xiàn)象得到了緩解，且在吸油過渡區(qū)雖然仍存在壓力沖擊現(xiàn)象，但對比原版配流盤沖擊壓力得到了顯著檢定，由此可以證明性配流盤能夠有效降低過渡區(qū)的壓力沖擊。在分析改進(jìn)前泵出口流量時，截取2個周期，與改進(jìn)后的泵出口流量進(jìn)行對比，可以看出改進(jìn)后的泵出口流量在過渡區(qū)產(chǎn)生的流量倒灌現(xiàn)象被明顯減弱，且流量脈動也更低于原配流盤由此可以表明新配流盤具有顯著降低流量脈動的功能特性。

2.2三角阻尼槽對流量脈動的影響分析

為了更好地對改進(jìn)前后的配流盤流量和壓力進(jìn)行真實的對比分析，同時進(jìn)一步驗證新配流盤具備降低流體噪聲的特性，考慮到過渡區(qū)主要是通過設(shè)置三角阻尼槽來降低壓力沖擊，還需要相關(guān)技術(shù)人員對三角阻尼槽的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化配比，以確保能夠獲得最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

開口角與截面頂角是三角阻尼槽的重要參數(shù)，結(jié)合配流盤改進(jìn)需要將三角阻尼槽開口角控制在14°-18°，將截面頂角控制在了80°-100°，選取不同指數(shù)的開口角與截面頂角進(jìn)行流量脈動的仿真處理，可以發(fā)現(xiàn)在不同取值范圍下，隨著角度指數(shù)的增加，柱塞泵的流量變化有趨同的態(tài)勢，且當(dāng)三角阻尼槽的開口角與截面頂角分別處于15°和85°時，柱塞泵流量的脈動幅值和脈動率最低?；谶@組數(shù)據(jù)下的流量脈動特性，在新配流盤的三角阻尼槽設(shè)置中，為了確保流量脈動處于最小值，開口角應(yīng)選擇15°，截面頂角為85°。

3仿真實驗及驗證結(jié)果對比

為了更精確地驗證新配流盤對流量動脈的影響，還需要借助液壓仿真軟件進(jìn)一步建立恒功率變量雙泵模型，通過將原配流盤和新配流盤帶入到仿真模型中，更深層次地對比和分析二者對泵出口流量、壓力及動態(tài)特征[2]。

3.1仿真實驗

在仿真實驗中繼續(xù)以相同類型挖掘機的雙聯(lián)柱塞泵為研究對象，考慮到該挖掘機有2個主泵和1個先導(dǎo)泵，且每個主泵都有獨立的變量調(diào)節(jié)機制，包括變量調(diào)節(jié)缸、變量調(diào)節(jié)閥、恒功率調(diào)節(jié)器及2個測量彈簧等主要構(gòu)成。其中，2個測量彈簧能夠?qū)崿F(xiàn)雙曲線恒功率特性曲線。結(jié)合雙聯(lián)柱塞泵的物理結(jié)構(gòu)和工作原理，以液壓元件設(shè)計庫中的元件分別構(gòu)建單柱塞模型、主泵模型以及恒功率調(diào)節(jié)器等構(gòu)件組成整泵模型，該模型共有9個柱塞，通過建第三部分的配流盤面積導(dǎo)入單個柱塞模型中，保證起始位置的設(shè)置合理性，并封裝成超級元件。將模擬負(fù)載壓力控制在0-30MPa的過程中，可以得到泵出口流量的壓力變化情況，由此證明雙聯(lián)柱塞泵能夠?qū)崿F(xiàn)變量泵恒功率調(diào)節(jié)功能，且符合泵控制原理。

3.2驗證結(jié)果對比

為了確保上述仿真實驗?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性，還要進(jìn)行試驗測試結(jié)果與仿真實驗結(jié)果的分析對比。其中，在主油路的基礎(chǔ)上還加設(shè)了輔助油路，通過主油路完成對泵性能的整體測試，再由輔助油路對先導(dǎo)油路、冷卻過濾油路和輔助回油油路進(jìn)行測試。該測試實驗的轉(zhuǎn)速控制在1500r/min，工作壓力20Mp，采樣頻率1000Hz，以此來分別測試泵出口流量和壓力情況。

在實驗數(shù)據(jù)結(jié)果與仿真實驗結(jié)果進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)泵出口壓力大于工作設(shè)置壓力，且形成這一情況的主要原因，與泵出口與壓力系統(tǒng)中的閥和彈簧有關(guān)。在數(shù)據(jù)整合分析中可以發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果和實驗測試結(jié)果的吻合性較好，可以說明柱塞泵模型具有較高的精度水平。此外，驗證結(jié)果和對比中發(fā)現(xiàn)，理論計算出的流量普遍比仿真及實驗測試的結(jié)果較大，產(chǎn)生這一情況的主要原因與泵地泄露有關(guān)，在這三者流量變化規(guī)律相同的前提下，可以確定仿真分析與實驗測試的結(jié)果吻合較好。

結(jié)語：綜上所述，應(yīng)通過柱塞泵流體脈動數(shù)學(xué)模型和仿真物理模型的建立，進(jìn)一步研究有效降低流體脈動壓力的配流盤優(yōu)化方案，以確保有效避免配流過程中存在的閉死壓縮和膨脹階段。

參考文獻(xiàn)：

[1]張斌，程國贊，洪昊岑，等.基于SVR的軸向柱塞泵配流盤三角槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].吉林大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2021，51（04）：1213-1221.

[2]宋宇寧，徐曉辰.雙卸荷槽式柱塞泵配流盤流場優(yōu)化研究[J].機床與液壓，2020，48（03）：159-163.