基于虚拟样机的轴向柱塞泵柱塞副仿真分析

基于CFD的柱塞泵动态性能仿真分析作者：尹锦锋杨宏斌来源：《山东工业技术》2015年第06期摘要：该文以轴向柱塞泵的配流盘为研究对象，运用CFD技术对配流盘结构和尺寸参数对泵内部液体的动力学特性以及泵的输出性能的影响进行研究，得到配流盘阻尼槽结构与柱塞泵流量脉动及压力冲击的参数化关系，仿真模拟证明了计算流体力学进行轴向柱塞泵动态性能仿真的有效性。

关键词：柱塞泵，配流盘，CFD技术，三角槽0 前言轴向柱塞泵具有体积小、传递功率大（高压力和高转速）、变量控制方便、效率高、寿命长等优点，因此在现代工程机械液压系统中，几乎都采用轴向柱塞泵作为油源[1]。

该文运用CFD技术成功地搭建了基于计算流体力学的轴向柱塞泵动态性能仿真模型。

分析了配流盘卸荷槽尺寸对柱塞泵性能的影响，对其结构的优化设计有重要意义。

1 轴向柱塞泵的结构特点伴随着液压系统对齿轮泵高效率、高可靠性、高功率密度（高压、大排量）的发展要求，柱塞泵额定工作压力不断提高，高压或超高压柱塞泵配流过程中的油击和噪声问题已经严重限制了柱塞泵的发展[2]。

解决斜盘式轴向柱塞泵配流过程中的油击和噪声问题的主要解决方案为：在高、低压腔间隔的闭死密封区开卸荷槽，使得转子上吸满低压油的工作腔在进入高压排油区的过程中，油液压力均匀升高至排油压力，同等油液压力的液压油接触即不会产生油击现象；同理，转子上的工作腔完成排油历程后，使得工作腔内的油液压力均匀下降至吸油口油液压力。

因此，为解决斜盘式轴向柱塞泵配流过程中的油击和噪声问题，需研究配流盘的工作原理及其卸荷槽结构的设计方法。

2 建立轴向柱塞泵配流动态模型本模型的主要研究对象为轴向柱塞泵的配流盘结构和尺寸参数对泵内部液体的动力学特性以及泵的输出性能的影响，因此建模的重心放在配流盘的配流作用上[3]。

配流整体几何结构用UG建立，图1为轴向柱塞泵配流3D模型，模型设计为9柱塞式轴向柱塞泵。

3 基于Fluent的轴向柱塞泵配流性能分析运用网格划分软件对三角形卸荷槽区域的网格进行局部细化，以提高计算精度。

基于pro/e的柱塞泵的建模及运动仿真[摘要] 柱塞泵是液压系统的一个重要装置。

在设计柱塞泵时对其建模与运动仿真是不可或缺的环节。

Pro/E软件是现今最成功的CAD/CAM软件之一，通过Pro/E 软件的建模与仿真不仅能准确的确定各组件的参数修正，还能更好的设计出各配合组件的最佳运动状态[1]。

本文介绍了Pro/E软件的功能，利用Pro/E软件从零件建模、装配、机构运动仿真几个方面来完成柱塞泵三维设计，并把三维图形转换成二维工程图。

[关键词] Pro/E；柱塞泵；建模；运动仿真；工程图Based on Pro/E of Displacement Pump Modeling andmotion simulation[Abstract] Displacement pump is an important equipment of hydraulic circuit. modeling and motion simulation are indispensable in the process of designing. The Pro / E software is one of the most successful CAD / CAM software by now.Through the modeling and motion simulation by Pro/E, the parameters of each module can be more precise, and it’s easier to design the optimal movement state of each module. This paper makes an introduction of employing Pro/E in the three dimensional modeling design of displacement pump. The design of displacement is mainly carried out in the aspects of module modeling, assembly design, and organization movement simulation. Finally, make the 3D into 2D engineering drawing.[Key words]Pro/E; Displacement Pump;Modeling; Motion Simulation；Engineering Drawing目录0 引言-------------------------------------------------------------11 Pro/E 软件简介---------------------------------------------------12 设计概述---------------------------------------------------------23 设计过程---------------------------------------------------------3 3.1 柱塞泵零件建模----------------------------------------------3 3.2 柱塞泵的虚拟装配-------------------------------------------11 3.3 柱塞泵机构运动仿真-----------------------------------------17 3.4 零件的三维模型图转换成二维工程图---------------------------22 结论---------------------------------------------------------------24 致谢语-------------------------------------------------------------25 参考文献-----------------------------------------------------------260 引言Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品。

挖掘机高压轴向柱塞泵的虚拟样机作者：许佳音王海玲来源：《计算机辅助工程》2013年第06期摘要：为利用虚拟样机技术预测挖掘机高压轴向柱塞泵的各项性能，基于AMESim和b开展液压系统建模、一维与三维刚柔耦合联合仿真建模、缸体的系统级疲劳分析以及柱塞泵的辐射噪声分析，得到流量和压力特性曲线、缸体疲劳损伤结果以及各场点的声压曲线，为开展优化设计提供参考.关键词：挖掘机；柱塞泵；液压系统；配流盘；联合仿真；刚柔耦合；疲劳；噪声中图分类号： TH322； TU621 文献标志码： BVirtual prototype of high-pressure axialpiston pump of excavatorXU Jiayin， WANG Hailing（Research Laboratory on CAE Technology， Tianjin Research Institute ofConstruction Machinery， Tianjin 300409， China）Abstract： To predict the performance of a high-pressure axial piston pump of excavator by virtual prototype technology， the hydraulic pressure system modeling， 1D+3D rigid-flexible coupling co-simulation modeling， cylinder body fatigue analysis on the system level， and radiated noise of axial piston pump are researched by AMESim and b， and the characteristic curves of flow rate and pressure， the fatigue damage results of cylinder body and the acoustic pressure curves of every field point are obtained， which can provide reference for the optimization design.Key words： excavator； piston pump； hydraulic pressure system； valve plate； co-simulation； rigid-flexible coupling； fatigue； noise收稿日期： 2013-03-20基金项目：国家重大科技成果转化项目：工程机械用高压轴向柱塞泵/马达关键技术作者简介：许佳音（1982—），女，黑龙江大庆人，高级工程师，博士研究生，研究方向为工程机械及CAE分析，（E-mail）fengbaobao5658@0 引言相比进口液压元件，国产液压元件尤其是液压柱塞泵和柱塞马达，技术严重落后，已经在某种程度上严重限制我国现阶段工程机械的发展.就近年来工程机械领域增幅很高的挖掘机而言，其在国外的技术发展很快，而国产挖掘机产品不断萎缩.重要因素之一就是国内关键的基础液压元件严重落后[1-2]，尤其是变量轴向柱塞泵马达技术水平有待提高.长寿命、高性能和低噪声的变量轴向柱塞泵，不仅广泛应用在工程机械上，而且在机床、矿山冶金设备和塑料机械等领域都占有重要地位.因此，加大轴向柱塞泵的产品研发力度已刻不容缓.轴向柱塞泵是液压领域中结构最复杂，对工艺、材料要求较高的元件之一.[3]复杂动态下的流固耦合给柱塞泵的设计、开发带来很大的困难，采用虚拟样机技术能更加接近轴向柱塞泵的本质属性，进行整体的多模型建模及对多方面属性进行分析.[4-5]本文以K3V系列的变量轴向柱塞泵为研究对象，基于LMS b AMESim和LMS b，对其开展完整的虚拟样机分析.分析内容包括：柱塞泵的液压建模、柱塞泵的多体动力学建模、柱塞泵的系统级疲劳分析以及柱塞泵的系统级振动噪声分析.1 轴向柱塞泵的结构轴向柱塞泵是通过机械运动驱动液压介质，从而将机械能转化为介质的液压能的一种动力元件.本文研究的是变量斜盘式轴向柱塞泵，三维模型见图1，为串联的双泵结构，每个泵有9个柱塞，每个柱塞随主轴旋转并做往复直线运动，每个柱塞旋转一周即实现一次吸油和压油周期.在以下的分析中，对其单泵进行分析即可.图 1 变量斜盘式轴向柱塞泵三维模型Fig.1 3D model of variable swash plate axial piston pump2 柱塞泵液压系统建模整个柱塞泵内部的重要载荷为液压部分的作用力.由于缸体的转动以及柱塞的往复直线运动驱动油液动作，产生液压力.为研究柱塞泵内部的液压载荷，首先建立轴向柱塞泵的液压系统仿真模型，该模型基于LMS b AMESim建立.2.1 专用模型库的开发建立完善的柱塞泵液压系统模型极为复杂，AMESim模型库中的元件不能满足全部建模的需要，必须基于AMESim中的AMESet工具对某些模型进行定制，通过C++语言编程开发专用模型.2.1.1 配流盘模型该柱塞泵的配流盘结构较为复杂，见图2.在吸油窗和排油窗两端带有改善柱塞泵性能的阻尼孔和三角槽[6-7]，并且在高压腔内部带有加强筋.因此，柱塞泵在运动过程中，每个柱塞的有效过流面积与其所处的位置（角度）之间的关系也较为复杂.为能够准确建立柱塞泵的液压模型，必须具备准确的配流盘模型，以精确表达柱塞过流面积与其所处位置之间的关系.图 2 配流盘Fig.2 Valve plate分别对排油窗和吸油窗建立分段函数，对模型编译后完成2个模型的定制，并添加到元件库中.对所得到的排油窗和吸油窗模型组合在一起测试，配流盘模型和过流面积曲线见图3，可知，排油窗和吸油窗有重叠部分，所计算的面积能精确模拟柱塞在排油象限和吸油象限转换时的通流面积.（a）配流盘模型（b）过流面积曲线图 3 配流盘模型和过流面积曲线Fig.3 Model of valve plate and orifice area curve2.1.2 柱塞-斜盘-缸体模型该模型描述柱塞泵旋转过程中，柱塞与斜盘、缸体之间的运动学和动力学关系.该模型具有2个自由度，即缸体的转动自由度和斜盘的转动自由度，柱塞-斜盘-缸体模型见图4.图 4 柱塞-斜盘-缸体模型Fig.4 Model of piston， swash plate and cylinder2.1.3 斜盘载荷模型该模型通过合计单个柱塞的作用力，从而计算柱塞作用在斜盘上的载荷（合力、合力矩）以及合力的等效作用点坐标与轨迹.斜盘载荷模型见图5.图 5 斜盘载荷模型Fig.5 Swash plate load model2.1.4 变量作动器-斜盘模型该模型具有1个自由度，即斜盘转动自由度，能够通过变量机构作动器的力计算作用在斜盘上的力矩，从而支持变量机构建模，变量作动器-斜盘模型见图6.图 6 变量作动器-斜盘模型Fig.6 Variable actuator and swash plate model2.2 柱塞泵液压系统仿真基于AMESim的元件库[8]及上述开发的专门元件，建立柱塞泵的液压系统模型，液压系统仿真结果见图7.（a）单个柱塞腔压力曲线（b）单泵出口压力（c）单泵出口流量图 7 液压系统仿真结果Fig.7 Simulation results of hydraulic pressure system3 柱塞泵一维和三维联合仿真建模为使仿真模型更准确地接近柱塞泵的真实运动情况，基于AMESim和b，对柱塞泵进行一维和三维的联合仿真分析.[9]3.1 多刚体动力学建模基于b，对柱塞泵建立单泵的多刚体动力学模型和拓扑结构关系，见图8.为真实反映柱塞泵内部各部件之间的运动情况，需要添加一系列接触力，包括滑靴与回程盘之间的9个接触力以及滑靴与斜盘之间的9个接触力；为改善计算速度，采用解析的接触力而非实体接触.柱塞与缸体之间采用“Point Curve Constraint+Bushing Force”模拟其受力关系.在主轴上施加运动驱动，不考虑斜盘倾角变化，建立柱塞泵的多刚体动力学模型.图 8 单泵的多体动力学模型和拓扑结构关系Fig.8 Multi-body dynamics model and its topology structure relations of single pump3.2 刚柔耦合多体动力学建模以缸体为分析对象开展疲劳寿命研究，在此建立以缸体为柔性体的刚柔耦合多体动力学模型.将缸体的网格模型导入到b中，采用b特有的Flex Point Curve Constraint 功能，模拟有弹性体参与的平移运动关系.采用RBE 3单元以及残余矢量模态方法进行定义，在每个缸孔内创建一条Flex Curve，由一系列节点连接而成，每个节点与腔体内面节点之间用RBE 3单元连接.3.3 联合仿真液压模型在所建立的液压系统仿真模型基础上进行修改，得到准备用于联合仿真的AMESim模型，在原液压模型中删除缸体、斜盘和柱塞等机构部分，基于b Motion的接口，创建输入输出变量，用于联合仿真.其中，AMESim模型产生的柱塞腔的液压力作用在b模型的柱塞和缸体上，b模型将9个柱塞相对于缸体的位移和速度、斜盘倾角以及主轴转角等这些变量反馈给AMESim模型.需要注意的是，由于AMESim模型与b模型的单位制经常不统一，为保证联合仿真的正确性，需对交互的变量进行单位制以及符号方面的调整.4 柱塞泵缸体的疲劳分析部件的疲劳寿命分析需要该部件在工作过程中的载荷历程，基于b Motion和b Durability可完成部件的系统级疲劳分析.将多体动力学分析和疲劳分析过程集成，在疲劳分析过程中直接使用刚柔耦合仿真的结果，自动传递部件的载荷和应力谱进行详细的疲劳分析，该流程完全无缝集成并可以自动完成.在b Motion中输出柔性体的模态参与因子，在b Durability中自动建立Load Function Set载荷集，并自动将载荷集与模态集匹配，通过b Durability完成应力恢复，计算得到应力谱.根据缸体的结构形式和载荷情况，采用高周疲劳分析方法对其进行疲劳损失预测，基于b Durability中现有的材料库，创建缸体材料属性的S-N曲线.采用临界平面法，考虑平均应力修正和表面处理，计算可知缸体的疲劳损失大多分布在缸孔至腰形槽的结构突变处，见图9.（a）整体效果图（b）局部放大图图 9 缸体的疲劳损伤结果Fig.9 Fatigue damage results of cylinder5 柱塞泵振动噪声分析首先在b Motion中计算得到柱塞泵壳体的振动响应，然后将载荷和振动响应以模态参与因子的形式导入到b Acoustics[10]中，结合壳体的MATV计算壳体的噪声辐射.5.1 多体动力学求解柱塞泵的主要激励源为柱塞腔内液压脉动力，壳体由阀体、泵体和端盖等组成，并由4个长螺栓穿连起来.由于预紧力很大，这3部分紧密贴合，接触刚度很大，在此，将三者考虑为一体，见图10.图 10 阀体、泵体和端盖Fig.10 Valve body， pump body and end cover载荷传递到壳体的路径主要有3条：（1）液压脉动力→柱塞→滑靴→斜盘→端盖；（2）液压脉动力→缸体→配流盘→阀体；（3）液压脉动力→驱动轴→轴承→端盖和阀体.将上述建好的多体动力学模型进行修改，并导入壳体的柔性体模型（见图11），除阀体与大地固连处采用RBE 2单元连接，其余均采用RBE 3连接.创建残余矢量模态计算工况，计算振动模态到5 000 Hz，并去掉应力信息进行动力学求解.图 11 六面体网格模型Fig.11 Hexahedral mesh model动力学求解计算结束后，提取缸体柔性体的MPF值（模态参与因子），进行时域向频域的转换，经过傅里叶变换后，查看第1阶到第10阶模态参与因子的频谱，能明显看到阶次，如225 Hz和450 Hz等，缸体模态参与因子频谱见图12.图 12 缸体模态参与因子频谱Fig.12 Frequency spectrogram of cylinder mode participation factor5.2 声学计算（1）通过b的Mesh Coarsening功能，从壳体的有限元模型建立声学边界元模型.用面网格将壳体表面的通孔封住，创建Skin Mesher及Wrapper Mesher，获得声学边界元分析所需要的网格模型.（2）基于b声学模块中的Acoustic Harmonic BEM环境，插入Symmetry Plane和ISO场点网格，并定义好网格属性.（3）将刚柔耦合计算用到的残余矢量模态信息读入，并去掉刚体模态，设置模态阻尼为1%；插入映射关系计算工况，创建有限元结构网格与声学网格节点之间的映射关系；提交Data Transfer Analysis Case，将结构网格上的模态映射到声学网格上.（4）计算ATV（声传递矢量）；导入载荷，连接柱塞泵多体动力学模型；提交MATV 计算工况，可以得到壳体的噪声辐射.查看ISO场点1的声压级曲线，见图13，可以看出明显的阶次：225 Hz，450 Hz，675 Hz，…….在1 350 Hz处有一个峰值为78.27 dB；查看1 350 Hz处场点声压分布，ISO场点4处声压最大，ISO场点4的声压级曲线见图14.在1 350 Hz处为79.48 dB，在2 699 Hz处还有一个峰值为77.93 dB，此处幅值较大的原因是，2 699 Hz在阶次上同时位于壳体的第9阶模态附近.图 13 ISO 场点1的声压级曲线Fig.13 Sound pressure level curve of ISO point 1图 14 ISO 场点4的声压级曲线Fig.14 Sound pressure level curve of ISO point 46 结束语以K3V系列的高压轴向柱塞泵为研究对象，基于LMS b AMESim和b对其进行一维与三维的联合仿真，开发该柱塞泵液压系统分析的专用元件库，开展缸体的动态应力和疲劳损伤研究，预测其辐射噪声.通过详细的仿真分析，对柱塞泵产品机理以及动力学特性有更深入的认识，为进一步开展优化设计奠定基础.参考文献：[1] 张红伟. 基于现代设计方法的轴向柱塞变量泵柱塞的研究[D]. 重庆：重庆大学， 2003.[2] 黄人豪. 液压技术与中国装备制造业[J]. 流体传动与控制， 2008（2）： 1-3.HUANG Renhao. The relation between hydraulic technique and equipment manufacturing of China[J]. Fluid Power Transmission & Contro， 2008（2）：1-3.[3] 刘仙船. 基于虚拟样机的斜柱塞泵仿真研究[D]. 成都：西南交通大学， 2010.[4] 张斌. 轴向柱塞泵的虚拟样机及油膜压力特性研究[D]. 杭州：浙江大学， 2009.[5] 杨智炜. 轴向柱塞泵虚拟样机仿真技术研究[D]. 杭州：浙江大学， 2006.[6] 刘晓红，杨志军，吴文海. 轴向柱塞泵配流盘上阻尼孔对其空蚀特性的影响[J]. 机床与液压， 2010， 38（15）： 28-31.LIU Xiaohong， YANG Zhijun， WU Wenhai. Effect of damping hole on cavitation erosion of port plate of hydraulical axial plunger pump[J]. Machine Tool & Hydraulics， 2010， 38（15）：28-31.[7] 那成烈. 三角槽节流口面积的计算[J]. 甘肃工业大学学报， 1993， 19（2）： 45-48.NA Chenglie. Determination of the sectional area of triangle throttle channel[J]. J Gansu Univ Technol， 1993， 19（2）： 45-48.[8] 付永领，齐海涛. LMS b AMESim系统建模和仿真实例教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社， 2011： 5-6.[9] 万晓峰，刘岚. LMS b Motion入门与提高[M]. 西安：西北工业大学出版社，2010： 231-236.[10] 李增刚，詹福良. b Acoustics声学仿真计算高级应用实例[M]. 北京：国防工业出版社， 2010： 33-48.（编辑陈锋杰）。

基于虚拟样机的机械系统仿真技术研究在当今的机械工程领域，虚拟样机技术正发挥着日益重要的作用。

它为机械系统的设计、分析和优化提供了一种高效、准确且经济的手段。

虚拟样机技术通过在计算机中创建数字化的机械模型，并对其进行仿真分析，能够在物理样机制造之前，就对机械系统的性能、可靠性和耐久性等方面进行预测和评估，从而大大缩短产品的开发周期，降低成本，提高质量。

虚拟样机技术的核心是机械系统的仿真。

通过建立精确的数学模型和物理模型，结合先进的计算机算法和软件工具，可以模拟机械系统在各种工况下的运动、受力和能量传递等情况。

这种仿真不仅能够直观地展示机械系统的工作过程，还能够提供大量的定量数据，为设计决策提供有力的支持。

在机械系统的建模方面，需要考虑多个因素。

首先是几何模型的构建，要准确地反映机械部件的形状、尺寸和装配关系。

其次是物理模型的建立，包括材料属性、力学特性、摩擦和阻尼等。

此外，还需要考虑运动学和动力学模型，以描述机械系统的运动规律和受力情况。

在虚拟样机的仿真过程中，选择合适的仿真软件至关重要。

目前市场上有许多优秀的商业软件，如 ADAMS、RecurDyn 等，它们具有强大的功能和友好的用户界面，能够满足不同类型机械系统的仿真需求。

这些软件通常提供了丰富的建模工具和分析模块，可以方便地进行运动学分析、动力学分析、静力学分析、疲劳分析等。

以汽车悬架系统为例，通过虚拟样机技术可以对其进行详细的仿真研究。

在建模阶段，需要准确地构建悬架的各个部件，如弹簧、减震器、摆臂等，并设置它们的材料和几何参数。

然后，根据实际的行驶工况，施加相应的载荷和约束条件。

在仿真过程中，可以观察到悬架系统的运动轨迹、各部件的受力情况以及车身的振动特性。

通过对仿真结果的分析，可以优化悬架的结构参数，提高车辆的行驶舒适性和操纵稳定性。

再比如，对于复杂的机械传动系统，如齿轮箱，虚拟样机技术同样能够发挥重要作用。

可以模拟齿轮的啮合过程、传动轴的扭转振动以及箱体的受力分布等。

基于CFD的轴向柱塞泵流动特性的仿真研究魏秀业;逯子荣;王海燕【摘要】通过CFD仿真对柱塞泵柱塞腔和配流盘的流动特性进行了研究,建立了SCY-14型柱塞泵流体的几何模型和物理模型,在对配流过程非定常流场各个位置流态进行流态判断后,采用层流加局部湍流的数学模型模拟流场的实际状态.根据轴向柱塞泵工作时的两个主运动,采用滑移网格模型模拟柱塞与缸体相对配流盘的旋转运动及采用动网格模型模拟柱塞沿缸体轴线相对缸体的往复运动.通过设定边界条件和工作条件,对处于不同旋转角度柱塞泵的流态特性进行CFD仿真.仿真结果表明:柱塞泵在吸排油过程中,即低压向高压转换和高压向低压转换的过程中,柱塞腔内部有比较明显的压力冲击现象.柱塞腔的压力冲击主要是由柱塞泵配流过程中的流量倒灌和阻尼槽的节流作用共同影响形成,压力脉动周期由泵的转速和柱塞数决定.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2013(000)009【总页数】5页(P63-67)【关键词】轴向柱塞泵;压力脉动;流动特性;CFD【作者】魏秀业;逯子荣;王海燕【作者单位】中北大学机械工程与自动化学院,山西太原030051;中北大学机械工程与自动化学院,山西太原030051;中北大学机械工程与自动化学院,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TH137.5引言轴向柱塞泵具有压力高、容积效率高、流量大等优点，因而在机床、液压机、工程机械、矿山机械等大功率液压系统中得到广泛应用。

噪声是限制轴向柱塞泵应用范围的重要因素。

柱塞泵噪声可分为流体噪声和机械噪声，其中流体噪声主要是由柱塞泵出口流量脉动引起，通过管道、阀以及油箱等元件传递波动产生气动噪声［1］。

由压力脉动或偏载引起的斜盘、配流盘、主轴等轴向柱塞泵关键部件的力和力矩振动是主要的机械噪声声源，通过相关部件作用于壳体和端盖，进而引起振动，产生柱塞泵机械噪声。

研究轴向柱塞泵配流过程中柱塞腔内瞬时压力和配流过程中泵出口的流量脉动，寻求降低配流噪声、压力冲击的方法，以期提高柱塞泵性能，这一直是国内外学者致力于探索的课题［2］。

柱塞泵建模过程及仿真结果2019年11月12日目录1 建模过程 (2)1.1 柱塞腔建模 (2)1.2 配油盘建模 (2)1.3 超级模型 (3)1.4 主泵模型 (4)2 仿真结果 (5)2.1 单个柱塞仿真结果 (5)2.2 主泵仿真结果 (6)11 建模过程1.1 柱塞腔建模柱塞泵是在传动轴驱动缸体旋转后，由于斜盘的作用，使得柱塞产生往复运动，当柱塞底部的密闭容积不断增大时，将形成局部真空，低压油在大气压的作用下，经过配油盘腰形孔进入柱塞的底部，完成吸油；当柱塞底部的密闭容积不断减小时，油液受压形成高压油经配油盘的另一腰形孔排出，完成压油。

当斜盘倾角发生变化时，泵的输出流量也就随之改变。

在AMESIM建立的柱寨泵液压模型中，单个柱塞与缸体建立一个可变容腔，其进、出油口分别与配油盘的高、低压腔相连，柱塞与缸体之间的间隙有油泄漏并通往油箱，柱塞腔模如图1. 1所示。

图1. 1 柱塞腔1.2 配油盘建模在AMESIM中，进油口由进油节流口实现，排油口由排油节流口实现，进油节流口与排油节流口的即时开度分别决定了进油口和排油口的通流面积，油盘带着缸体旋转时，在00～1800范同内，柱塞在弹簧力的作厢下由下死点不断伸出，柱塞腔的容积不断增大，进油节流口打开，排油节流口关闭，油液被吸人柱塞腔，为吸油过程；随着缸体继续旋转，在1800～3600范围内柱塞在斜盘的约束下又由上死点向下死点运动，柱塞腔的容积不断减小，此时进油节流口关闭，排油节流口打开，油液被排出柱塞腔，为2排油过程。

柱寨随着缸体的转动而移动，柱塞腔的实际过流面积与缸体的转角位置有关，参数模型中过流面积用节流口的节流面积体现，当其中一个节流口打开时，另外一个节流口关闭，这样液压油就可以从一个节流口进入柱寨腔，而从另外一个节流口流出。

利用样条曲线和信号开关分别构成了柱塞泵配油盘的高压腔和低压腔，而样条曲线与配油盘低压腔、高压腔和三角槽的角度有关系。

2013年6月第41卷第11期机床与液压MACHINE TOOL ＆HYDRAULICS June 2013Vol.41No.11DOI ：10．3969/j.issn.1001－3881.2013.11.051收稿日期：2012－05－22作者简介：姚春江（1979—），男，硕士，讲师，研究方向为机械设备诊断与维修保障。

E －mail ：yaochunjiang0111@ 。

基于AMESim 的轴向柱塞泵建模与仿真研究姚春江，陈小虎，何庆飞，张宪宇(第二炮兵工程大学，陕西西安710025)摘要：以斜盘式轴向柱塞泵为研究对象，运用AMESim 软件构建了斜盘式轴向柱塞泵关键元件的模型，从而建立了斜盘式轴向柱塞泵的仿真模型。

运用仿真模型分析负载、系统压力对柱塞泵运行的影响，为柱塞泵的设计及故障诊断提供依据。

关键词：轴向柱塞泵；建模与仿真中图分类号：TH137文献标识码：A文章编号：1001－3881（2013）11－179－4Modeling and Simulation Research on Axial Piston Pump Based on AMESimYAO Chunjiang ，CHEN Xiaohu ，HE Qingfei ，ZHANG Xianyu（The Second Artillery Engineering University ，Xi'an Shaanxi 710025，China ）Abstract ：Swash plate axial piston pump was taken as a research object ，and AMESim was used to create the key component models for axial piston pump．Axial piston pump simulation model was established through combining simulation components．Then influences of load and system pressure on running of the piston pump were analyzed with this model．It provides basis for piston pump design and fault diagnosis．Keywords ：Axial piston pump ；Modeling and simulation柱塞泵是液压系统的重要元件，在液压系统中作为中高压及高压油源，被广泛应用于各个行业，尤其是斜盘式轴向柱塞泵，具有密封性好、工作压力高、在高压下仍能保持相当高的容积效率（一般在95%左右）及总效率（一般在90%以上）、容易实现变量及单位功率的质量轻等优点［1－4］。