轴向柱塞泵/马达动力学建模研究现状???    肇庆端州登高车出租,  肇庆登高车出租,  登高车租赁         轴向柱塞泵/马达（简称柱塞设备）是液压传动系统的核心部件，有结构设计紧凑、排量调节方便、传递功率大、效率高、寿命长等优点，其效率和可靠性很大程度上决定了变转速泵控液压系统整体效率及可靠性。建立满足研究需要的柱塞设备动力学模型是开展有关研究的必要基础。机械液压能量转换功能的实现归功于柱塞设备的机液耦合作用，以部件为系统结构单元划分的柱塞设备子系统由于包含大量强非线性因素，致使该子系统呈现较为明显的强非线性动力学特征，特别在重载作用下。柱塞设备动力学特性的认知程度取决于机械、液压物理子系统和耦合界面非线性环节的剖析深度，对于深入研究大型机电液系统功能生成原理和能量耗散与传递机理至为关键。液压物理子系统中的流量系数、油液有效体积弹性模量和过流面积，功能界面上的非线性摩擦力（转矩）是国内外有关柱塞泵的研究热点，也是柱塞设备全耦合动力学建模重点考虑的对象。

     （1）非线性环节流量系数和油液有效体积弹性模量是影响柱塞设备吸排油功能的主要系统参数，把握其随环境因素的变化规律是准确分析柱塞设备流量特性的关键，国内外学者为此开展了大量研究。建立了质量流表示的节流液阻模型，系统分析了结构参数、温度和雷诺数对流量系数的影响规律。指出油液气穴现象既是高速液压泵发展的障碍，也是噪声和损伤产生的主要根源，解决以上问题需要掌握配流过程中油液形性演变规律，考虑油液有效体积弹性模量理论模型缺乏实验验证，实验对比分析了Wylie、Nykänen和IFAS油液有效体积弹性模量模型，详细研究含气量、温度、压力和压缩速率对油液有效体积弹性模量的影响规律，并给出ISO-VG46号液压油的IFAS模型参数值。建立了有效体积弹性模量数学模型，分析油液有效体积弹性模量随压力、含气量和温度的变化规律，其影响机制是压力和温度改变了气泡体积。通过数值仿真计算了配流过程中阻尼槽的流量系数，得到了流量系数的变化规律，即流量系数在一定范围内波动，可以认为基本为一恒定值0.75。测试分析了油液有效体积弹性模量随工作压力和油液温度的变化规律，结果表明低压段（0-10MPa），油液的体积弹性模量受压力变化影响比较明显，高压段（大于10MPa），油液有效体积弹性模量基本稳定，此时可以视其为常数。配流盘与柱塞腔之间的复合作用形成柱塞设备吸油与排油功能，配流盘进出油口与柱塞腔之间位置关系确定的过流面积是影响柱塞设备流体流动特性的重要参数之一，具有明显的强非线性开关量特征。根据配流盘结构形式，建立了详细的过流面积数学模型。各摩擦副摩擦转矩是柱塞设备耦合过程中的主要能量耗散源，由粘性摩擦转矩和库伦摩擦转矩两部分组成。摩檫学与动力学耦合作用下，库伦摩擦转矩形成机理以及变化规律更为复杂。因此，大多采用仿真分析与试验研究相结合的办法，分析柱塞设备各摩擦副油膜以及润滑状态，研究库伦摩擦力（转矩）的非线性变化规律。基于Stribeck曲线建立了单柱塞非线性摩擦力动力学模型，并进行了实验验证。重点研究了柱塞副油膜形成与破坏的力学成因，试验分析了运动方向、压力和流量对于柱塞副库伦摩擦力的影响规律。在各自的研究中也建立了柱塞副库伦摩擦力数学模型。测量了配流副油膜厚度确定配流副摩擦状态。研究了配流副油膜厚度在温度和负载作用下的变化规律，较为详细地分析了配流副润滑油膜和倾覆力矩的形成机理，间接揭示了配流副库伦摩擦因数的变化规律，为配流副非线性摩擦力研究提供有力参考。指出高油温导致配流副油膜润滑不充分，在油液杂质和高压力作用下配流盘极易产生混合磨损和干摩擦。建立了配流副摩擦转矩数学模型，其中包含油膜厚度、油液粘度和结构尺寸，结果表明，油膜厚度对摩擦转矩的影响显著，5微米油膜厚度引起近10%的摩擦功率损失。在滑靴局部磨损故障机理研究中，基于弹流动力学理论建立实际柱塞腔压力作用下的滑靴受力平衡方程，仿真分析滑靴副油膜厚度情况。建立了液压马达低转速下的摩擦转矩模型，实验结果表明，液压马达低转速摩擦转矩非线性严重，且受油液温度和负载转矩的影响很大。分析背压对柱塞马达效率的影响，结果表明，背压使摩擦转矩增大，液压马达机械效率降低，特别在轻载作用下。

    （2）子系统模型柱塞设备子系统包括液压物理子系统和机械物理子系统。液压物理子系统模型多为单柱塞腔和高低压油腔压力特性方程构成的流量与压力脉动数学模型，机械物理子系统模型以斜盘倾角控制液压系统动力学模型居多，其次为单柱塞动力学模型，另外还有部分主轴转矩和倾覆力矩数学模型。早在1966年，建立了单柱塞腔压力特性方程。对模型进行了优化，并用于分析减压槽对柱塞腔压力的影响。在此基础上建立了单柱塞腔高阻尼止回阀非线性动力学模型，用于分析高阻尼止回阀降噪效果。建立恒压力和恒转速下的柱塞泵单柱塞腔压力特性方程以及流量脉动数学模型，结果表明，与理想流量脉动相比，实际流量脉动包含更多谐波成分。建立恒压力和恒转速下的柱塞泵单柱塞腔和高低压油腔压力特性方程以及流量脉动数学模型，仿真研究减压槽结构参数对压力脉动的影响。详细分析了各摩擦副泄漏流量，建立了恒压力和恒转速下的柱塞泵单柱塞腔和高压腔压力特性方程。分析了配流盘交错角和节流孔结构参数对柱塞泵压力脉动的影响规律，建立了类似的动力学模型。为研究柱塞副非线性摩擦力，建立了恒压力和恒转速下的单柱塞非线性动力学模型。基于弹流动力学理论建立实际柱塞腔压力作用下的滑靴受力平衡方程，用于分析滑靴副表面压力分布情况。建立了斜盘倾角控制液压系统动力学模型，简化恒压力作用下的斜盘平均倾覆力矩数学模型，并带入斜盘倾角控制液压系统动力学模型。对比功率平衡方程推导的传统柱塞泵输入转矩数学模型，建立瞬时输入转矩数学模型，另外考虑柱塞、滑靴和斜盘的惯性，建立了更为详细斜盘支反力和倾覆力矩数学模型，在此基础上建立了斜盘非线性动力学模型，考虑了配流盘阻尼槽对斜盘动力学系统的阻尼作用，但研究前提仍为恒压力和恒转速。基于以上研究，对斜盘倾覆力矩波动引起的柱塞泵噪声进行了更为细致的研究。针对现有斜盘倾角液压控制系统不大于25Hz的频响范围，建立了斜盘倾角液压控制系统动力学模型，得到限制系统频响范围的主要系统参数。建立了倾覆力矩激励下的斜盘倾角控制系统动力学模型，对柱塞泵斜盘倾角控制系统以及主轴轴承进行动力学分析，仿真分析得到能使斜盘倾角稳定的系统参数选取范围。

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   （3）全耦合动力学模型柱塞设备全耦合动力学模型目前尚不多见，大都基于商业软件平台搭建仿真模型，其中较为成熟的是柱塞设备联合仿真模型（虚拟样机模型）。采用人工神经网络建立了能够预测柱塞泵静动态特性的柱塞泵神经网络模型。应用AMEsim和ADAMS等多种仿真软件建立柱塞泵联合仿真模型。基于AMEsim和FEM分析软件建立柱塞泵虚拟样机模型，侧重分析柱塞泵压力脉动以及柱塞强度。高有山基于Simula-tionX仿真软件建立柱塞马达仿真模型，并进行了柱塞马达机液耦合动力学分析。为分析斜盘倾角液压控制系统与液压物理子系统之间机液耦合作用对于压力脉动与斜盘振动的影响，建立了对应的柱塞泵全耦合动力学模型，分析结果表明，全耦合模型的精确度高于普通模型，且更接近真实情况。在柱塞泵故障机理研究中，建立了微分方程组形式的柱塞泵非线性振动模型，侧重表达柱塞泵壳体动力学特性，以便于分析故障特征参数变化引起的壳体振动特征演变。

     综上所述，柱塞设备建模研究热点及前沿问题基本围绕在以下几个方面：流量与压力脉动模型，单柱塞动力学模型，斜盘倾覆力矩数学模型，斜盘倾角液压控制系统动力学模型，IFAS关于油液有效体积弹性模量模型的实验研究，各摩擦副油膜润滑状态及库伦摩擦力（转矩）的实验研究等。国内外研究人员建立了大量柱塞泵/马达内部子系统动力学模型，研究内容多为流量压力脉动、单柱塞非线性动力学特性、斜盘以及斜盘倾角液压控制系统动态特性，研究对象更侧重于液压物理子系统或机械物理子系统，且研究前提仍为恒转速和恒压力。柱塞设备全耦合动力学模型目前尚不多见，且多为仿真模型，缺乏动力学数学模型。如若建立适用于变转速泵控液压传动系统的轴向柱塞泵/马达全耦合动力学模型，则需摒弃恒转速和恒压力的研究假设，然后在柱塞泵/马达以上已有最新研究成果的基础上，充分考虑极端工况促使下油液有效体积弹性模量和库伦摩擦力（转矩）等导致机电液系统宏观行为微演变以及功效和精度降低与服役性能恶化的非线性因素，并以物理意义表达明确，模型表述形式简约为原则，建立柱塞设备全耦合动力学模型，总结液压子系统内部非线性环节和耦合界面参数与柱塞泵能量损耗以及性能退化的映射规律，指导机电液系统向大功率、高效率、高性能等方向发展。

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