柱塞泵流量脈動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，致使整個液壓系統(tǒng)氣動噪聲加劇。泵源流量脈動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，由于現(xiàn)有高頻動態(tài)流量計不能直接測試，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的間接方法，該方法基于波的傳遞理論和管道壓力動態(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態(tài)壓力推導(dǎo)泵源流量脈動。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，不能準(zhǔn)確測試泵源流量脈動。因此本文主要針對軸向柱塞泵泵源流量脈動進(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)計提供支撐，選題具有重要的理論意義和工程價值。
　　本文首先建立了柱塞泵流動特性的多場耦合數(shù)值模

3、型，該模型首次引入油膜運動的柱塞副、滑靴副泄漏流量對流量脈動的影響，提高了柱塞泵流量脈動模型的精度。在出口壓力15MPa、缸體轉(zhuǎn)速1000rpm和斜盤傾角13°時的試驗結(jié)果證實，與傳統(tǒng)數(shù)值模型相比，該模型對泵源流量脈動率預(yù)測精度提高了22.7％。因此該模型計算結(jié)果可以作為分析泵源流量脈動和優(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)計算方法，解決了應(yīng)用輔助泵測試被測泵泵源流量脈動的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，將出口管道等效成長直管道的“實用近似”法不能準(zhǔn)確測試帶有非等徑管道容積泵泵源流量脈動的問題。通過出口壓力為5MPa-22MPa，轉(zhuǎn)速為400rpm-1500rpm的試驗證實，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，且阻抗估值精度提高了20％;同時修正的“實用近似”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)用泵源流量脈動變化率差值對預(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)用配流盤對泵源流量脈動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角。針對排量56的斜盤式軸向柱塞泵仿真研究表明，這兩個優(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研究的目的和意義

6、。針對現(xiàn)有柱塞泵流量脈動仿真模型精度低、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，給出了課題研究的目標(biāo)。
　　第二章根據(jù)柱塞泵運行原理，搭建了柱塞泵油液流動特性的多場耦合數(shù)值模型。該模型首次考慮引入油膜運動的柱塞副、滑靴副泄漏流量對流量脈動的影響，提高了柱塞泵流量脈動模型的精度;模型考慮了溫度和壓力對油液粘度的影響，通過質(zhì)量、動量和能量守恒方程計算了柱塞泵關(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測試原理和測試平臺搭建需要注意的問題。針對現(xiàn)有“實用近似”法不能準(zhǔn)確測試帶有非等徑出口管道柱塞泵流量脈動的問題，應(yīng)用第二章建立的有限元模型和動邊界理論，計算非等徑管道特征參數(shù)，修正了“實用近似”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，并實驗驗證了第二章所建立的柱塞泵流量脈動仿真模型的準(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)計算估值帶寬，試驗證實，該方法能夠獲得全工況范圍泵源阻抗。針對第三章提出的修正方法進(jìn)行了實驗驗證，結(jié)果表明:通過出口壓力為5MPa-22MPa，轉(zhuǎn)速為400rpm-1500rpm時試驗證實:新的阻抗估值算法能估測任意工況下泵源流量脈動，且阻抗估值精度提高了20％。
　　第五章分析了運行工況（包括穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)工況）和油液特性對柱塞泵流量脈動的影響，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)。針對柱