柱塞泵压力不足的原因

第２６卷第５期　２００７年１２月　ＶＯＩ．２６　ＮＯ　５　Ｄｅｃ　２００７　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　鑫耄韬　墨ｌ　Ｓ　ｉ霉　０窑　

轴向柱塞泵的流量脉动对压力脉动的影响及分析　

郭　锋，高永强，郑　韦　

（临沂师范学院工程学院，山东临沂２７６００５）　

摘要：研究轴向柱塞泵的流量脉动对压力脉动的影响，通过对流量方程进行傅里叶变换，求得流量方程的另一种　

表达式，得出对压力脉动的影响参数。通过调节或改变这些参数来降低压力脉动，即系统加与不加阻尼两种情况　

下各自的压力脉动，得出了在系统中加阻尼后，起到阻容滤波的作用，在一定程度上减小了压力脉动的幅值。　

关键词：轴向柱塞泵；液压控制；流量脉动；傅里叶变换　

中图分类号：ＴＫ４１４　１　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７２—３７６７（２００７）０５—００４９—０４　

Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｌｕｘ　Ｐｕｌｓａｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｐｕｌｓａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｘｉａｌ　Ｐｉｓｔｏｎ　Ｐｕｍｐ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　

ＧＵＯ　Ｆｅｎｇ，ＧＡＯ　Ｙｏｎｇ—ｑｉａｎｇ，ＺＨＥＮＧ　Ｗｅｉ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉｎｙｉ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉｎｙｉ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２７６００５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｆｌｕｘ　ｐｕｌｓａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｐｕｌｓａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｘｉａｌ　ｐｉｓｔｏｎ　ｐｕｍｐ　

ａｎｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｏｆ　ｆｌｕｘ　ｅｑｕａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ａｎｏｔｈｅｒ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｌｏｗ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　

2006年9月第32卷第9期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsSeptember　2006Vol.32　No19

　收稿日期:2005211224　作者简介:卢　宁(1976-),男,河北定州人,博士生,lqning16@.基于AMEsim的双压力柱塞泵的数字建模与热分析卢　宁 付永领 孙新学(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京100083) 摘 要:利用AMESim仿真软件对双压力液压系统进行了建模与仿真.建立了轴向柱塞泵运动方程、流量方程和配油盘的仿真模型,进行了相应的仿真计算.建立了双压力泵控制阀的仿真模型,着重分析了双压泵在高、低2种压力下的流量特性和压力切换时的动态特性.建立了一套完整的液压系统,分析比较了恒压变量泵液压系统和双压力液压系统在相同负载、散热环境和运行时间下的温升情况.结果表明双压力泵的动态特性与理论分析基本相符,在需要2种压力的系统中,双压力泵源在工作效率上明显优于恒压泵源.关　键　词:数字建模;仿真;AMESim;双压力泵;热分析中图分类号:TH322文献标识码:A 文章编号:100125965(2006)0921055204DigitalmodelingofdoublepressaxialpistonpumpanditsthermalanalysisbasingonAMEsimLuNing　FuYongling　SunXinxue(SchoolofAutomationScienceandElectricalEngineering,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083,China)Abstract:HydraulicsystemsimulationmodelofdoublepressaxialpistonpumpwasestablishedinAMESim.Movementfunction,fluxfunctionandswashplatemodelofaxialpistonpumpwerecreated,andcarriedonthecorrespondingsimulationcomputation.Controlvalvesimulationmodelofdoublepressaxialpis2tonpumpwasestablishedinAMESim,andtheanalysisemphasiswerethefluxcharacteristicandthepressurecutdynamiccharacteristicundertwopressures.Tocomparetheresultoftemperaturerise,acompletehydrau2licsystemswasestablishedfordoublepressaxialpistonpumpandfixpressaxialpistonpumpundertwokindsofhydraulicpumpsourcesinthesameload,thesameradiationenvironmentandthesamerunningtime.Simu2lationresultsshowthatdynamiccharacteristicofdoublepressaxialpistonpumpmatchthetheory,theefficien2cyexceedsfixpressaxialpistonpump.Keywords:digitalmodeling;simulation;AMEsim;doublepresspump;thermalanalysis 目前,飞机上采用的液压能源系统基本上是液压变量泵源,液压泵的输出额定压力是按照最高压力工况设计的,实际上对于一架典型的战斗机来说,要求最高工作压力的时间还不到整个飞行时间的十分之一,其余的时间主要在低压工作状态.因此,现今的机载液压系统的恒压变量泵源系统造成了很大的浪费,不能满足未来飞机的需要[1].鉴于此,西方发达国家特别是美国和英国等从20世纪80年代开始了变压力机载液压系统的研制,提出了双压力变流量机载泵源形式.为了深入了解机载变压液压能源系统的静、动态特性,设计理想的机载变压泵源,需要对双压能源系统作深入的理论分析和仿真研究.AMESim(AdvancedModelingEnvironmentforperformingSimulationsofengineeringsystems)是一种新型的工程仿真软件,主要用于模拟控制对象的真实建模环境.AMESim软件是基于图形化的仿真软件,带有多种工程设计软件包;其中液压仿真软件包包含了大量常用的液压元件,液压源和液压管路等,该软件在建立液压系统数字模型的过程中充分考虑到液压油的物理特性和液压元件的非线性特性,例如:液压油的压缩性、滞环、饱和特性、库仑力、元件的泄漏等,其功能强大的后处理功能更是为工程分析提供了良好的支持.它是一个图形化的开发环境,用于工程系统的建模、仿真和动态性能分析.本文以AMESim作为设计平台就双压力液压系统进行参数建模、仿真、动态特性分析和热分析.1　双压柱塞泵的基本原理与建模1.1　双压柱塞泵的原理如图1所示为某型号的双压式变量泵的原理图[1].由图可知,当电磁阀断电后,阀芯右端的小活塞与油箱相通,泵的出口压力为调压弹簧的设定压力;当电磁阀通电后,泵的出口压力作用在阀芯右端的活塞上,使弹簧压缩量增加,泵的出口压力增高.本文中,弹簧的设定压力为150bar,电磁阀通电后,输出压力设计为210bar.图1　双压变量泵调压原理图1.2　数字模型建模1.2.1　柱塞泵运动方程及模型这里主要分析柱塞相对于缸体往复直线运动的位移、速度.柱塞泵工作时,传动轴带动缸体转动,缸体旋转带动柱塞一方面与其一起转动,另一方面相对于缸体作直线运动.这2个运动的合成使柱塞上任何一点的运动轨迹都是椭圆.缸体由α=0转过α角度后柱塞相对缸体的轴向位移sp为α和γ的函数[2]sp=Rf・tanγ・(1-cosα)(1)式中,Rf为柱塞分布园半径,m;α为缸体的转角;γ为斜盘的倾斜角.对上式求导数就可以得到柱塞相对于缸体的运动速度vpvp=Rf[󰂻γ・sec2γ・(1-cosα)+ω・tanγ・sinα](2)式中,ω为缸体的旋转角速度,rad/s;󰂻γ为斜盘相对于其转轴的转动角速度.在AMEsim中建立的柱塞运动模型如图2所示.图中,输入为缸体转动角速度和斜盘角速度,输出为柱塞的线速度,k为柱塞泵的分度园半径.函数1为f1(x,y)=sec2x・[1-cosy](3) 函数2为f2(x,y)=tanx・siny(4)函数中x为斜盘倾角;y为缸体转动角度.速度转换器可以将输入信号根据函数转化成线速度的形式;机械连接器将输入的2个线速度求和,输出为柱塞的线速度.图2　柱塞运动方程模型1.2.2　柱塞泵流量方程及其模型实际应用中系统泄漏和液压油的可压缩性不可避免,柱塞泵第N个柱塞的实际流量公式为qn=Qn-Qleak-dVn(5)其中,Qn为第N个柱塞的理论流量;dVn为第N个柱塞内液压油的压缩量,dVn=dPn・β/Vn;Pn为第N个柱塞内的即时压力;β为体积弹性模量;Qleak为泄漏流量.所以,第N个柱塞的实际流量为qn=Ap・Rf・[󰂻γ・sec2γ・(1-cosαn)+ω・tanγ・sinαn]-Qleakn-dVn(6)式中Ap为柱塞面积.假设柱塞的数量为m,则总流量为q=∑mn=1qn=∑mn=1Ap・Rf・[󰂻γ・sec2γ・(1-cosαn)+ω・tanγ・sinαn]-dVn-Qleakn(7) 考虑泄漏和容积压缩的柱塞腔模型如图3所示,柱塞腔由一个柱塞与一个泄漏和粘性阻力件组合而成,柱塞是能量从机械域到液压域的转换6501北京航空航天大学学报 2006年　器,液压容器的体积取决于柱塞的位移和液体的弹性模量,系统中同时考虑了柱塞腔的内泄漏和粘性摩擦力.图3　吸油口/排油口模型1.2.3　配油盘吸油口及排油口模型

氨泵柱塞漏氨　小氮肥第３６卷第１２ｌ９Ｊ　２００８年ｌ２月　

的原因及对策　

李振辉　（山西天脊中化高平化工有限公司　晋城０４８４００）　

天脊公司尿素装置的高压液氨泵是卧式三缸　

单体柱塞式往复泵，单系列３台（２开ｌ备）。正　常运转过程中柱塞漏氨的原因：①密封水中断或　

供给不足；②填料损坏；③填料压盖过松；④柱塞　

拉毛；⑤检修质量及备件质量问题。针对导致柱　塞泄漏的不同原因，采取不同的措施，消除泄漏。　

１　保证密封水的供给　

高压液氨泵的填料函内采用主、副两级填料　密封，除应调整好填料的松紧度，同时还要保证有　足够的密封水。密封水的作用是可以润滑柱塞表　

面，减小摩擦，液氨从主填料泄漏时可以由密封水　带走，同时密封水还能使柱塞和填料保持一定的　

温度。供给密封水所用的管线材质最好为不锈　钢。如果管路被脏物堵塞，填料得不到密封水，填　

料函就会因摩擦而发热，使填料温度上升，直接影　响填料的使用寿命。　

２　延长填料使用寿命　

（１）填料形式和材质。填料的形式和选用的　材质直接影响到填料的使用寿命，因此，填料应该　

选择耐磨、耐低温、高强度、自润滑性能好的材料。　

一般采用聚四氟乙烯薄膜纺织方形填料、碳素纤　维纺织方形填料和石棉编制四氟乙烯填料等，目　

前使用的是碳素纺织方形填料。　

（２）柱塞的形式、质量及连接。在满足使用　条件的前提下，因柱塞直径较大，一般选择空心柱　

塞，可有效地防止因柱塞质量过大引起的填料　

“偏磨”。柱塞表面应光滑耐磨，一般采用表面镀　

硬铬经精加工，以使其具有较高的硬度和光洁度　

镀铬层厚度不超过０．１５　ｍｍ，表面不准存在任何　

缺陷，要求每一根柱塞表面都要光滑平坦，无任何　磨损迹象，粗糙度不大于０．４　Ｉｘｍ：在每次更换填　

料时，都要对柱塞进行检查，往塞与卜字头采用　球垫连接，目的是可自动和柱塞对中，以减小柱塞　

表面的磨损。　（３）密封水。填料在缺少密封水的情况下，　

使用寿命一般低于１０　ｈ；而使用密封水时，填料的　寿命可达到２　１６０　ｈ以上，因此，要保证密封水的　

液压气动与密封／２０ｌ４年第０５期　

ｄｏｉ：ｌ０．３９６９４．ｉｓｓｎ．１００８－０８１３．２０１４．０５．０２０　

盾构机液压柱塞泵损坏原因解析　

马明东　

（厦门伍纵船舶液压技术有限公司，福建厦门　３６１　１０２）　

摘　要：该史分析斜轴』　液压杜塞泵损坏原　及桩塞滑靴与斜盘摩擦副静压油膜机理，论述不同转速、压力下滑靴油膜特悱　关键词：静门：油膜；滑靴油膜特性；盾构机；柱塞泵　中图分类号：ＴＨ　ｌ３７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—０８１３（２０１４）０５—００５８—０２　

Ｓｈｉｅｌｄ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｐｉｓｔｏｎ　Ｐｕｍｐ　１）ａｍａｇｅ　Ｃａｕｓｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　

ＭＡ　Ｍｉｎｇ－ｄｏｎｇ　

（ＸｉＬｔｆｉｌｅＦＩ　Ｗｕ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｓｈｉｐ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｆｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉａｍｅｎ　３６１　１０２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：．ｒｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｄａｍａｇｅ　ｃｌｉｎｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｐｉｓｔｏｎ　ａｎｄ　ｐｉｓｔｏｎ　ｓｌｉｐｐｅｒ　ａｎｄ　ｓｗａｓｈ　ｐｌａｔｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｓｔａｒｋ　ｆｉｌｍ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　Ｉｈｃ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｓｐｅｅｄ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｅｃｌｉｎｅ　ｂｏｏｔｓ　ｆｉｌｍ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏ　ｓｌａｔｉ（‘ｆｉｈｎ；ｓｌｉｐｐｅｒ　ｆｉｌｍ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｓｈｉｅｈｌ；ｐｉｓｔｏｎ　ｐｕｍｐ　

０　引言　

一台某进【－１品牌盾构机．新机投入使用掘进到ｌ１９　

环时．　动刀盘旋转的　台进ＬＩ的液压柱塞泵中的１＃　

泵发｝ｆＪ异响．初步判断可能是液压柱塞泵胆件损坏．用　

户在线旋下泵壳体上的冲洗ＩｓＩ堵头．从壳内流出的油　

液ｌｆｆ明　看到铜屑，判定泵已损坏．只好把泵从台车上　

拆下　解体泵后．看到柱塞滑靴已磨损严重，泵胆件都