轴向柱塞泵国内外研究现状与发展方向
来源:    发布时间:2017-08-30 16:55   231 次浏览   大小:  16px  14px  12px
       对轴向柱塞泵的研究可谓历史悠久,其中为了改善轴向柱塞泵流量脉动,减小振动和噪声,国内外液压界科技工作者作了大量的研究和实验工作,研究表明:轴向柱塞泵的实际流量受到各种因数的影响,其流量脉动远远大于理论流量脉动,且脉动系数与柱塞数的奇偶性无关。
 
        就轴向柱塞泵柱塞数的奇偶选择问题,中国学者王意在1982年提出了“偶数泵可以和奇数泵工作一样好”的观点,并在1984年,选择九柱塞泵与他设计的八柱塞泵进行流量脉动对比测试,实验表明:八柱塞泵略小于九柱塞泵。1985年,德国Achen大学流体动力研究所从理论上得出:八柱塞泵在受力、噪声方面优于九柱塞泵,模拟实验装置上测得结果是八桩塞泵的压力脉动约为九柱塞泵的122%。叶敏则考虑配油盘的偏转安装,并对传统公式进行了修正,已看不出奇数泵的流量脉动远远小于偶数泵。在“流体控制与机器人”96学术年会上,北京理工大学的张百海教授就通常工况下,带有预压缩角的轴向柱塞泵流量脉动作了分析,认为其流量脉动系数远远大于其固有流量脉动系数,且偶数泵和奇数泵具有相同的流量脉动频率,但他没有给出实验证明。邹骏则在九柱塞泵的基础上,设计并制造出一个八柱塞泵,对八、九柱塞泵作了仿真分析及实验对比,认为八柱塞泵的总体性能优于九柱塞泵。此外,北京航空航天大学的王占林教授与博士生从柱塞泵的计算机辅助设计入手,对斜盘式轴向柱塞泵作了运动学分析,给出了柱塞分别处于预升压过渡区和预减压过渡区柱塞腔中油液的压力分布及求解方法,对柱塞泵作了流量仿真分析,得出奇偶数柱塞泵的流量脉动相差无几的结论。
   
         目前,国内对轴向柱塞泵的实际流量及脉动系数研究较多的是甘肃工业大学的那成烈教授和安徽理工大学的许贤良教授,他们以各自不同的角度对轴向柱塞泵的实际流量及脉动系数进行了较深入的研究。
   
       那成烈教授在国家自然科学基金资助项目“轴向柱塞泵噪声控制”的研究中,指出轴向柱塞泵流量脉动不仅决定于供油质量,也是流体噪声控制的主要因素之一。他主要从配油盘的结构上对流量脉动进行了全面的分析研究。他的多位学生在他的指导下,对轴向柱塞泵的实际流量及脉动系数做了大量的研究。兰州理工大学的那焱青针对轴向柱塞泵的流量脉动是工程噪声控制的主要因素之一,找出了轴向柱塞泵瞬时流量的影响因素,并运用计算机仿真分析给出了减小流量不均匀系数的方法。

 
        西南交通大学的邓斌在配油过程流量仿真中,对瞬时理论流量和倒灌流量分别进行了仿真,提出了倒罐流量引起的流量脉动比柱塞泵的几何流量脉动大,因此对于柱塞水压泵的流量脉动应从减小倒灌流量入手,即减小柱塞腔内压力的脉动。在对实际流量进行分析仿真时,利用b— ε  紊流模型和SIMPLEST算法对水压轴向柱塞泵配油过程中的流场进行了三维模拟,揭示了流量变化及柱塞腔和配流窗口中的流速分布规律,并指出转速和负载压力对水压轴向柱塞泵的流量脉动有较大影响。
 
        甘肃工业大学的刘淑莲通过对对称偏转配油盘的轴向柱塞泵流量脉动形成机理进行理论分析,提出了计算流量脉动的修正公式。并用计算机仿真研究轴向柱塞裂流量脉动与柱塞奇偶数、阻尼形式及通油比例等影响因素的关系。同时对带有横向倾角减振机构的斜盘酌两种结构形式的泵流量进行了分析与仿真。
 
        兰州理工大学的尹文波主要从几何因数,即配油盘的结构对实际流量的影响进行分析和仿真,指出轴向柱塞泵瞬时流量脉动系数比工作介质不可压缩时大一个数量级,且与柱塞数的奇偶性无关。同时指出流量脉动系数最大的影响因素是油液的弹性模量和油泵静工作压力,其次是柱塞数。安徽理工大学的许贤良教授从几何角度分析了配流结构与流量脉动之间的关系,提出了偶数柱塞的流量特性及流量脉动是由 α  (两相邻柱塞间夹角)、fα  ,  (缸孔腰形角)、pφ  (配油盘腰形角)的组合确定的。他的学生,安徽理工大学刘小华对影响轴向柱塞泵的几何因素和非几何因素(包括泄漏)进行了理论分析,同时对实际流量脉动进行了计算仿真和动态测试,最后得出结论:流量脉动剧烈,且流量脉动频率只与柱塞数有关,与奇偶性无关。中国矿业大学的刘利国则考虑配油盘实际几何参数,根据柱塞实际排液状况,得出八柱塞泵流量脉动和七柱塞泵流量脉动相差不大的结论。
 
        就轴向柱塞泵的泄漏问题,国外的研究者更感兴趣于柱塞和缸体间因摩损而引起的泄漏。英国密苏里大学哥伦比亚分校的Noah D.Manring在讨论泵的实际流量时,着重考虑了柱塞和缸体间各种磨损所带来的泄漏及泵在预升压过渡区的油液倒灌,得到了七、
八、九柱塞泵的实际流量与理论流量的比较图,结果显示:泵的实际流量脉动远远大于理论脉动,且偶数泵在数据显示上好于奇数泵。
加拿大萨省大学的李泽良在研究轴向柱塞泵中柱塞与缸体间的泄漏时,用一个压力控制伺服阀以一个高频率响应用来模拟轴向柱塞泵的柱塞与缸体间的磨损,并采用控制
运算法模仿各种不同程度的柱塞磨损,测出其泄漏量。实验结果指出实验系统与有真正磨损的柱塞泵相比,其流壁脉动、压力脉动相当一致,这就为进一步的深入研究提供了一定的数据依据。
 
       德国汉堡技术大学的RolfLasaar分别从柱塞受力角度和泵的实际流量角度对斜盘式轴向柱塞泵柱塞与缸体的间隙进行了较为详尽的分析,从柱塞所受摩擦力角度:要求间隙取大者;从泄漏量对流壁的影响角度:要求间隙越小越好。作者通过计算和实验,得到了此间隙的最优化处理模式。
综上所述,轴向柱塞泵的实际流量脉动异常复杂,传统理论力所难及。由于柱塞泵的流量、压力脉动相当复杂,涉及若干几何因素和非几何因素,至今还没有人能够定性
地、更没有人定量地给出哪些几何因素和非几何因素在轴向柱塞泵的流量、压力中所起的作用和地位。业界更多地偏向于从配油盘结构的角度去分析轴向柱塞泵的实际流量及脉动系数,而且形成了较为完善的分析计算体系;至于泄漏对实际流量及脉动系数的影响,虽进行了一定的研究,但还没一个较为完整的分析计算,更无计算公式。
 
轴向柱塞泵在发展中,基本结构保持了稳定,高速高压以及良好的控制方法是其发展的方向。