柱塞泵流量脈動(dòng)測試方法和大范圍工況降噪結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究.pdf

1、噪聲污染成為世界范圍內(nèi)的環(huán)境問題，在工業(yè)領(lǐng)域尤為嚴(yán)重。軸向柱塞泵是液壓系統(tǒng)主要噪聲源，其流體噪聲能夠激發(fā)相連管道、閥等相關(guān)元件振動(dòng)，致使整個(gè)液壓系統(tǒng)氣動(dòng)噪聲加劇。泵源流量脈動(dòng)是軸向柱塞泵流體噪聲的主要激振源，具有高頻、大流量的特點(diǎn)，由于現(xiàn)有高頻動(dòng)態(tài)流量計(jì)不能直接測試，只能采用間接方法測量。ISO標(biāo)準(zhǔn)“二次源”法是測試容積泵泵源流量脈動(dòng)的間接方法，該方法基于波的傳遞理論和管道壓力動(dòng)態(tài)特性，應(yīng)用頻率特性已知的輔助泵、閥等改變被測泵所在測試系

2、統(tǒng)的終端阻抗，通過傳感器同步測試被測泵和輔助泵、閥之間相連管道不同位置處動(dòng)態(tài)壓力推導(dǎo)泵源流量脈動(dòng)。這一方法適用于多種類型容積泵，測試精度較高，但是系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，當(dāng)傳感器距離是壓力波波長的整數(shù)倍時(shí)，不能準(zhǔn)確測試泵源流量脈動(dòng)。因此本文主要針對(duì)軸向柱塞泵泵源流量脈動(dòng)進(jìn)行研究，以獲得一種系統(tǒng)構(gòu)成簡單與全工況精度較高的測試方法，為低敏感度柱塞泵設(shè)計(jì)提供支撐，選題具有重要的理論意義和工程價(jià)值。
　　本文首先建立了柱塞泵流動(dòng)特性的多場耦合數(shù)值模

3、型，該模型首次引入油膜運(yùn)動(dòng)的柱塞副、滑靴副泄漏流量對(duì)流量脈動(dòng)的影響，提高了柱塞泵流量脈動(dòng)模型的精度。在出口壓力15MPa、缸體轉(zhuǎn)速1000rpm和斜盤傾角13°時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，與傳統(tǒng)數(shù)值模型相比，該模型對(duì)泵源流量脈動(dòng)率預(yù)測精度提高了22.7％。因此該模型計(jì)算結(jié)果可以作為分析泵源流量脈動(dòng)和優(yōu)化降噪結(jié)構(gòu)的參考。然后提出了新的泵源阻抗估值算法和非等徑管道特征參數(shù)計(jì)算方法，解決了應(yīng)用輔助泵測試被測泵泵源流量脈動(dòng)的ISO標(biāo)準(zhǔn)“二次源”法不能準(zhǔn)確

4、測試壓力傳感器距離是壓力諧波頻整數(shù)倍工況下泵源流量脈動(dòng)，將出口管道等效成長直管道的“實(shí)用近似”法不能準(zhǔn)確測試帶有非等徑管道容積泵泵源流量脈動(dòng)的問題。通過出口壓力為5MPa-22MPa，轉(zhuǎn)速為400rpm-1500rpm的試驗(yàn)證實(shí)，與ISO提供阻抗估值算法相比，新的阻抗估值算法能估測任意工況下泵源流量脈動(dòng)，且阻抗估值精度提高了20％;同時(shí)修正的“實(shí)用近似”法測試精度達(dá)到92％以上。因此這些方法提高了測試方法的精度，拓展了現(xiàn)有測試方法的使用

5、范圍。最后提出了與配流盤緩沖槽結(jié)合的預(yù)壓縮容腔和斜盤交錯(cuò)角降噪結(jié)構(gòu)的優(yōu)選準(zhǔn)則。首次應(yīng)用泵源流量脈動(dòng)變化率差值對(duì)預(yù)壓縮容腔邊長差值之比選擇了預(yù)壓縮容腔體積大小，應(yīng)用配流盤對(duì)泵源流量脈動(dòng)峰值和柱塞腔壓力峰值敏感區(qū)初選了預(yù)壓縮容腔引入孔角度和斜盤交錯(cuò)角。針對(duì)排量56的斜盤式軸向柱塞泵仿真研究表明，這兩個(gè)優(yōu)化準(zhǔn)則簡化了大范圍工況、多部件結(jié)合降噪結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程。
　　論文主要研究內(nèi)容如下:
　　第一章給出了柱塞泵流量脈動(dòng)研究的目的和意義

6、。針對(duì)現(xiàn)有柱塞泵流量脈動(dòng)仿真模型精度低、測試方法復(fù)雜等問題，確定了課題的研究內(nèi)容、技術(shù)路線，并總結(jié)了課題的技術(shù)難點(diǎn)，給出了課題研究的目標(biāo)。
　　第二章根據(jù)柱塞泵運(yùn)行原理，搭建了柱塞泵油液流動(dòng)特性的多場耦合數(shù)值模型。該模型首次考慮引入油膜運(yùn)動(dòng)的柱塞副、滑靴副泄漏流量對(duì)流量脈動(dòng)的影響，提高了柱塞泵流量脈動(dòng)模型的精度;模型考慮了溫度和壓力對(duì)油液粘度的影響，通過質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒方程計(jì)算了柱塞泵關(guān)鍵油模的壓力場和溫度場;搭建了柱塞泵測試

7、系統(tǒng)有限元模型。
　　第三章詳述了柱塞泵流量脈動(dòng)測試原理和測試平臺(tái)搭建需要注意的問題。針對(duì)現(xiàn)有“實(shí)用近似”法不能準(zhǔn)確測試帶有非等徑出口管道柱塞泵流量脈動(dòng)的問題，應(yīng)用第二章建立的有限元模型和動(dòng)邊界理論，計(jì)算非等徑管道特征參數(shù)，修正了“實(shí)用近似”法，以拓展拓展其使用范圍。
　　第四章給出了ISO標(biāo)準(zhǔn)“二次源”法測試數(shù)據(jù)處理過程，獲得了較精確的測試結(jié)果，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了第二章所建立的柱塞泵流量脈動(dòng)仿真模型的準(zhǔn)確性;提出應(yīng)用阻抗估值帶寬

8、估算泵源阻抗，應(yīng)用線性衰減技術(shù)計(jì)算估值帶寬，試驗(yàn)證實(shí)，該方法能夠獲得全工況范圍泵源阻抗。針對(duì)第三章提出的修正方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明:通過出口壓力為5MPa-22MPa，轉(zhuǎn)速為400rpm-1500rpm時(shí)試驗(yàn)證實(shí):新的阻抗估值算法能估測任意工況下泵源流量脈動(dòng)，且阻抗估值精度提高了20％。
　　第五章分析了運(yùn)行工況（包括穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)工況）和油液特性對(duì)柱塞泵流量脈動(dòng)的影響，給出了不同參數(shù)的影響程度，為降噪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供依據(jù)。針對(duì)柱