斜柱塞對斜盤式軸向柱塞泵性能的影響

1、收稿日期:2011-06-30基金項(xiàng)目:蘭州理工大學(xué)科研基金項(xiàng)目(69804作者簡介:楊逢瑜(1948-,男,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)橐簤核欧刂坪痛盼锢砼c磁技術(shù).E -m a i l :w p y20058772126.c o m 斜柱塞對斜盤式軸向柱塞泵性能的影響楊逢瑜,王鵬雁,楊軍,馬德江(蘭州理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,甘肅蘭州730050摘要:分析了直柱塞和斜柱塞的區(qū)別,并通過建立數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)仿真,研究了柱塞傾角、柱塞行程和速度的關(guān)系以及流量脈動(dòng)性能.結(jié)果表明,在柱塞結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下,增大柱塞傾角(=5°,則柱塞位移增大2.98%,速度提高2.88%,可使泵的額定排量

2、提高2.98%,但是斜柱塞泵的流量脈動(dòng)情況比直柱塞略差.關(guān)鍵詞:直柱塞;斜柱塞;流量脈動(dòng)中圖分類號:T H 322文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1004-0366(201201-0123-04E f f e c t s o f I n c l i n e P i s t o n o n t h e P r o p e r t i e s o f S w a s h P l a t e A x i a l P i s t o n P u m pY A N G F e n g -y u ,WA N G P e n g -y a n ,Y A N G J u n ,MA D e -j i a n g (

3、C o l l e g e o f E n e r g y a n d P o w e r E n g i n e e r i n g ,L a n z h o u U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,L a n z h o u 730050,C h i n a A b s t r a c t :T h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n s t r a i g h t p i s t o n a n d i n c l i n e p i s t o n a

4、r e d i s c u s s e d .T h r o u g h t h e e s t a b l i s h -m e n t o f m a t h e m a t i c a l m o d e l s a n d c o m p u t e r s i m u l a t i o n ,a n d d o t h e r e l a t i o n s b e t w e e n d i f f e r e n t i n c l i n a t i o n a n g l e s o f t h e p i s t o n a n d i t s t r a v e l t

5、 o u t e a n d s pe e d a r e s t u d i e d .T h e r e s u l t s s h o w t h a t if t h e d i m e n s i o n s o f t h e p i s t o n s t r u c t u r e i s f i x e d a n d u n c h a ng e d ,wh e n t h e o b li q u i t y o f t h e p i s t o n i s i n c r e a s e d (=5°,t h e n i t s d i s p l a c

6、e m e n t w i l l i n c r e a s e 2.98%,a n d t h e s p e e d w i l l i n c r e a s e 2.88%,a n d t h e r a t e d d e l i v e r y c a p a c i t y o f t h e p u m p w i l l a l s o i n c r e a s e 2.98%.B u t t h e f l o w p u l s a t i o n o f i n c l i n e p i s t o n i s s l i g h t l y w o r s e

7、t h a n t h a t o f t h e s t r a i gh t p i s t o n .K e y w o r d s :s t r a i g h t p i s t o n ;i n c l i n e p i s t o n ;f l o w p u l s a t i o n 直柱塞泵與斜柱塞泵的區(qū)別在于,直柱塞泵的柱塞軸線與缸體軸線成零度傾角,或者說通常的柱塞軸線與缸體軸線平行,且沿圓柱面分布,而斜柱塞泵的柱塞軸線則沿錐面分布,柱塞軸線與缸體軸線有一定的夾角.在同等情況下,斜柱塞泵有較大排量和較小的體積.柱塞泵在吸油過程中,柱塞的慣性力會引起柱塞和滑靴的脫離,從而

8、限制了主軸轉(zhuǎn)速的提高.斜柱塞泵的優(yōu)勢在于,柱塞與缸體軸線有一定的夾角,柱塞離心力沿柱塞軸線的分量與柱塞慣性力方向相反,從而減小柱塞和滑靴的脫離力,有利于提高主軸轉(zhuǎn)速和柱塞泵的功率.1運(yùn)動(dòng)特性分析1.1直柱塞泵柱形缸體的運(yùn)動(dòng)模型柱形缸體結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示1 .圖1柱形缸體柱塞運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)關(guān)系第24卷第1期2012年3月甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)J o u r n a l o f G a n s u S c i e n c e s V o l .24N o .1M a r .2012柱塞軸向行程S p =lA B -l C D ,根據(jù)圖1中幾何結(jié)構(gòu)關(guān)系和柱塞泵運(yùn)動(dòng)規(guī)律,得到塞軸向位移方程為S p =(1-c o s

9、 R t a n ,(1柱塞運(yùn)行速度為v p =d S pd t=R w s i n t a n ,(2其中w 為缸體的角速度,R 為柱塞軸線在缸體中的分布圓半徑,為斜盤傾角,為缸體的轉(zhuǎn)角,即柱塞與初始位置上死點(diǎn)之間的夾角.1.2斜柱塞泵錐形缸體的運(yùn)動(dòng)模型錐形缸體柱塞運(yùn)動(dòng)的關(guān)系見圖2,圖2(a 是沿著缸體上下死點(diǎn)剖面的結(jié)構(gòu),圖2(b 給出了柱塞在任意位置時(shí),沿該位置柱塞軸線和主軸軸線剖面的結(jié)構(gòu)尺寸1 .圖2斜缸體柱塞運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)關(guān)系根據(jù)圖2中的結(jié)構(gòu)關(guān)系可知,柱塞沿其軸向的位移S p =H m a x -H .根據(jù)圖2(b 中的結(jié)構(gòu)關(guān)系可知,任意位置時(shí)柱塞的軸向剩余行程為H =(x +x 0/c o

10、 s .根據(jù)圖2(a 中的結(jié)構(gòu)關(guān)系可得x 0=R t a n ,x =R c o s t a n (1+t a n t a n 1-c o s t a n t a n ,(3整理可得任意位置時(shí)柱塞的軸向剩余行程為H =R t a n (1+c o s c o s (1-c o s t a n t a n ,(4柱塞的軸向最大行程為H m a x =2R t a n c o s (1-t a n t a n .(5綜上可得,錐形缸體柱塞泵柱塞沿其軸向的位移方程為S p =H ma x -H =R t a n (1-c o s (1+t a n t a n c o s (1-t a n t a n

11、 (1-c o s t a n t a n ,(6則柱塞的速度方程為v =d S d t =R s i n t a n (1+t a n t a n c o s (1-c o s t a n t a n 2,(7其中R 為下死點(diǎn)時(shí)滑靴球心到主軸的距離半徑,R 為滑靴球心運(yùn)行軌跡與標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡之間的偏差距,為錐形缸體柱塞與主軸之間的夾角,為斜盤傾角,為缸體的轉(zhuǎn)角,即柱塞與初始位置上死點(diǎn)之間的夾角.1.3兩種柱塞的數(shù)值仿真分析將式(1、式(2、式(6和式(7進(jìn)行M a t l a b 編程,柱塞位移曲線見圖3,柱塞速度曲線見圖4 .圖3柱塞位移曲線錐形柱塞(=5°柱形柱塞(=0 圖4柱塞速

12、度曲線錐形柱塞(=5°柱形柱塞(=0研究是基于力士樂的A 11V O 190型斜盤式軸向柱塞泵為研究對象,假定斜盤傾角不變(=16°,柱塞的分布圓半徑為(R =R =46.25mm ,柱塞數(shù)目z =9,主軸轉(zhuǎn)速n =2100r /m i n (可推導(dǎo)出缸體的角速度=2n 60=70r a d /s .由圖3和圖4可知,在柱塞結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下,增大柱塞傾角(=421甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)2012年第1期5°,則柱塞位移和速度也相應(yīng)變大.當(dāng)=時(shí):直柱塞最大位移S p m a x =26.52mm ,斜柱塞最大位移S p ma x =27.31mm ,斜柱塞的位移比直柱塞增加

13、了2.98%.當(dāng)=2時(shí):直柱塞最大速度v m a x =2.917m /s ,斜柱塞最大速度vm a x =3.001m /s ,斜柱塞的速度比直柱塞提高了2.88%.直柱塞泵的理論排量為2q =14d 2Z S p m a x =146.968m L ,斜柱塞泵的理論排量為q =14d 2Z S p ma x =151.346m L ,斜柱塞泵的理論排量提高了2.98%.2輸出流量脈動(dòng)分析在理想的條件下,油液為不可壓縮介質(zhì),故泵的泄漏可以忽略,不考慮配流盤結(jié)構(gòu)對輸出流體壓力和流量的影響3-5.2.1直柱塞軸向柱塞泵的理論瞬時(shí)流量計(jì)算式為Q (t =A R t a n mi =1si n i

14、.(8若軸向柱塞泵的柱塞數(shù)為Z ,則任一相鄰柱塞的夾角=2Z,對式(8中的三角函數(shù)化簡,可得Q (t =A R t a n mi =1s i n 1+(i -1,(9其中A 為柱塞截面積,m 為柱塞處于排油區(qū)的個(gè)數(shù).2.2斜柱塞軸向柱塞泵的理論瞬時(shí)流量計(jì)算式為Q (t =A R mi =1k i ,(10其中m 為柱塞處于排油區(qū)的個(gè)數(shù).k i =s i n i1-t a n t a n c o s i -(1-c o s i t a n t a n s i n i (1-t a n t a n c o s i 2.(11泵的名義流量為Q (t =Z A R 20k i d =Z A R (1+

15、t a n t a n .(12用泵的理論瞬時(shí)流量式除以泵的名義流量式,可得泵的相對瞬時(shí)流量率為=K mi =1s i n i(1-t a n t a n c o s i 2,(13其中K =(1-t a n 2t a n 2Z ,i =0+2(i -1Z.設(shè)主軸轉(zhuǎn)速不變(n =2100r /m i n ,斜盤傾角為16°,其輸出流量脈動(dòng)隨柱塞傾角變化見圖5 .圖5相對瞬時(shí)流量率變化趨勢柱塞傾角(=5°-柱塞傾角(=0由圖5可知,理想條件下,當(dāng)斜盤傾角不變,而柱塞傾角分別為0和5°時(shí),在同一個(gè)周期轉(zhuǎn)角內(nèi),其流量脈動(dòng)波形相差不大,但是柱塞傾角的增加會加劇輸出流量脈動(dòng)

16、,不利于減緩柱塞泵的振動(dòng)6-8.3結(jié)語由于柱塞傾角的存在,使得斜柱塞泵具有更多的優(yōu)點(diǎn):在相同的條件下,斜柱塞的最大位移比直柱塞增加了2.98%,最大速度提高了2.88%,理論排521第24卷?xiàng)罘觇さ?斜柱塞對斜盤式軸向柱塞泵性能的影響量提高了2.98%,從而使得斜柱塞泵比直柱塞泵具有更大的排量和更小的體積.此外柱塞的離心力有助于柱塞的回程,也更有利于減小配流盤直徑,降低缸體配流面運(yùn)動(dòng)的線速度,在下一階段將研究斜柱塞的受力情況以及配流盤的配流特性.與直柱塞相比,斜柱塞的流量脈動(dòng)情況略差,其惡劣程度正比于傾角大小,但在柱塞傾角不是很大的情況下(如5°10°差別并不大,幾乎可以忽

17、略.參考文獻(xiàn):1馬吉恩,徐兵,楊華勇.軸向柱塞泵流動(dòng)特性理論建模與試驗(yàn)分析J .農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2010,41(1:188-190.2林建亞,何存興.液壓元件M .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.3許賢良,張軍,楊奇順.斜盤斜軸泵的柱塞運(yùn)動(dòng)曲線J .液壓與氣動(dòng),2003,27(6:42-44.4許賢良,劉立國.A 4V 柱塞泵運(yùn)動(dòng)方程研究J .煤礦機(jī)械,2001,22(7:19-21.5江勝陸,許賢良,陳清華.A 4V 柱塞泵運(yùn)動(dòng)方程及流量特性數(shù)字仿真研究J .煤炭科學(xué)技術(shù),2003,31(8:41-43.6楊華勇,張斌,徐兵.軸向柱塞泵/馬達(dá)技術(shù)的發(fā)展演變J .機(jī)械工程學(xué)報(bào),2008,44(1

18、0:1-8.7楊逢瑜,馬德江.殘留容積對于柱塞泵容積率的影響J .甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2011,23(1:38-40.8楊逢瑜,胡敏.斜柱塞斜盤式軸向柱塞泵的流量特性J .蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào),2011,37(6:60-64.·簡訊·我院參加關(guān)中天水經(jīng)濟(jì)區(qū)科技合作座談會S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y C o o p e r a t i o n F o r u m o n G u a n z h o n g -T i a n s h u i E c o n o m i c Z o n e 近日,由省科技廳和天水市共同舉辦的“推進(jìn)關(guān)中天水經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)科技合作座談會暨簽約儀式”在蘭州舉行。高世銘院長出席座談會并代表我院與天水市政府簽訂了科技合作協(xié)議。根據(jù)協(xié)議,省科技廳將進(jìn)一步加大支持天水發(fā)展力度,重點(diǎn)指導(dǎo)天水國家先進(jìn)制造高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地、天