浮杯式轴向柱塞泵的性能分析与仿真研究

摘要

液压泵是当今液压系统中的重要元件之一，而轴向柱塞泵作为液压系统中重要的执行元件和动力元件，被广泛的应用在工业液压及行走液压领域中。传统轴向柱塞泵虽然有许多优点，但由于其存在三对摩擦副，且噪声、脉动水平、效率等问题仍有待提高，浮杯原理便应运而生。新型的浮杯泵以大数量柱塞双排背靠背的布局方式为特点，每个柱塞都有一个球形柱塞头直接密封在缸壁上。柱塞是固接在转子上的，每个柱塞都有独立的杯状缸筒-浮杯。浮杯由滚筒板支撑且漂浮在滚筒板上，浮杯与滚筒以同转速旋转。浮杯的投影面积取决于滚筒与转子之间的倾角。此外，滚筒与转子轴的之间接头的不均匀性会在浮杯与滚筒位置之间产生角度偏差。浮杯泵已经被证实了在大的压力和转速范围下是稳定的，浮杯泵在大范围的工作条件下，有很高的效率，最大效率可达97%。此外，在低速高负载条件下，液压机械损失非常小。稳态性能测试已经证实了浮杯泵的高效率、低摩擦损失以及高启动扭矩。大数量的柱塞大大减小了扭矩变化。但正由于大数量的柱塞，浮杯泵明显比斜轴泵有更多的泄漏间隙，然而计算证明浮杯泵的容积损失是不高于传统轴向柱塞泵的。泄漏主要来源于柱塞与浮杯之间的泄漏损失。关于浮杯泵的进一步研究的主要内容是：脉动、成本以及噪声问题的研究。希望浮杯泵不仅可以降低压力脉动，而且可以减小流体噪声和结构噪声。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了课题的选题背景及意义，阐述了新型浮杯泵的结构特点、工作原理、相对于传统轴向柱塞泵的优势以及浮杯泵在国内外发展现状；并介绍了浮杯泵的特点和设计研究进展。⑵根据对浮杯泵模型的理论分析，包括浮杯在滚筒板上的运动学分析、滚筒倾角大小分析、浮杯与柱塞的受力分析以及流量脉动分析。为之后浮杯泵的动态特性分析提供强有力的数值理论基础。⑶进行低速条件下测试结果的理论分析总结。主要对浮杯泵密封性能及柱塞头腔体密封进行了受力及泄漏分析。⑷对浮杯泵模型进行液压建模与仿真，利用AMESim作为平台，通过液压模型分析该泵的流量，从而验证模型的正确性，以及运动学分析的正确性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 本课题研究背景及意义

1.2轴向柱塞泵研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4本章小结

第二章 浮杯泵的结构及运动学分析

2.1浮杯泵的主要结构

2.2轴向柱塞泵与浮杯泵的工作原理对比

2.3浮杯泵结构的尺寸关系

2.4浮杯的运动学分析

2.5浮杯泵滚筒倾角最大值的理论分析

2.6研究浮杯在滚筒板上运动轨迹的实际意义

2.7本章小结

第三章 浮杯泵的受力分析及流量脉动分析

3.1 浮杯在滚筒板上的受力分析

3.2浮杯的受力分析

3.3柱塞的受力分析

3.4浮杯泵的流量及脉动分析

3.5配流盘的设计特性

3.6本章小结

第四章 浮杯泵的密封性能与容积效率分析

4.1浮杯-柱塞副泄漏量的计算

4.2浮杯泵的泄漏间隙分析

4.3有无柱塞环对密封性能的影响分析

4.4本章小结

第五章 浮杯泵的液压建模与仿真

5.1 AMEsim仿真软件简介

5.2浮杯泵的液压建模原理

5.3浮杯泵液压模型的数学分析

5.4浮杯泵的液压建模过程

5.5模型仿真及结果分析

5.6本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文