軸向柱塞泵-馬達(dá)全耦合動(dòng)力學(xué)建模及性能退化機(jī)理分析.pdf

1、采礦、冶金、制造、工程建設(shè)等國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)重點(diǎn)領(lǐng)域中的大功率高耗能重型設(shè)備，如礦山機(jī)械、連軋機(jī)、注塑機(jī)、大型盾構(gòu)機(jī)等，無(wú)不是集機(jī)、電、液和控制于一體的多能量域耦合機(jī)電液系統(tǒng)。作為系統(tǒng)中的核心動(dòng)力與執(zhí)行元件，軸向柱塞泵/馬達(dá)極端工況下表現(xiàn)出的效率下降、性能退化、非線性動(dòng)力學(xué)特征明顯等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了設(shè)備向高壓、高速、高精度等方向發(fā)展。本文在建立柱塞泵/馬達(dá)全耦合動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上，從耦合界面動(dòng)力學(xué)行為上對(duì)壓力脈動(dòng)加劇、效率下降等性能退化現(xiàn)象的

2、機(jī)理進(jìn)行了分析。研究滿足學(xué)科基礎(chǔ)理論和工程實(shí)際的迫切需求，主要工作如下：
　　針對(duì)柱塞設(shè)備傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型普遍存在恒壓力、定轉(zhuǎn)速等假設(shè)條件，缺乏對(duì)全耦合特性的綜合分析能力，提出了一種數(shù)組鍵合圖建模方法，建立了柱塞設(shè)備鍵合圖模型，進(jìn)行了柱塞-滑靴子系統(tǒng)摩擦學(xué)與動(dòng)力學(xué)解耦分析，定義了能量損耗因子，最終導(dǎo)出柱塞設(shè)備全耦合動(dòng)力學(xué)模型。研究結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)下柱塞慣性力產(chǎn)生的庫(kù)倫摩擦力總體上不損耗能量，所定義的能量損耗因子表征了柱塞-滑靴子系統(tǒng)能

3、量轉(zhuǎn)換過(guò)程中的損耗程度。
　　為降低模型剛性比，提高解算效率，提出了無(wú)量綱化的模型處理方法，建立了柱塞泵參數(shù)化仿真模型，揭示了全耦合動(dòng)力學(xué)特性。研究結(jié)果表明，柱塞腔流量倒灌與射流是導(dǎo)致流量脈動(dòng)加劇的主要原因；高壓高速下流量脈動(dòng)加劇，柱塞腔壓力沖擊明顯，柱塞副庫(kù)倫摩擦力變化劇烈。全耦合動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果與已有研究結(jié)果吻合，模型有效性和正確性得到了驗(yàn)證。
　　根據(jù)內(nèi)泄和流量沖擊隨運(yùn)行參數(shù)的變化規(guī)律，揭示了柱塞馬達(dá)流量與壓力脈動(dòng)機(jī)理。

4、研究結(jié)果表明，流量脈動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的升高而加大，壓力脈動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的升高而減小，流量與壓力脈動(dòng)隨壓力的升高而加大。壓力脈動(dòng)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，機(jī)理分析的合理性和模型的準(zhǔn)確性得到了驗(yàn)證。
　　為實(shí)現(xiàn)模型降維簡(jiǎn)化，提煉用于參數(shù)識(shí)別的能量損耗估計(jì)模型，提出了基于功率構(gòu)成分析的模型降維簡(jiǎn)化方法，將作為中間能量傳遞環(huán)節(jié)的柱塞腔子系統(tǒng)歸納為單純的能量損耗單元。研究結(jié)果表明，簡(jiǎn)化模型與全耦合模型階躍響應(yīng)變化趨勢(shì)基本吻合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：基于能量損耗

5、估計(jì)模型識(shí)別出的系統(tǒng)參數(shù)取值合理；油液壓縮和庫(kù)倫摩擦是極端工況下柱塞設(shè)備能量損耗加劇的主要影響因素。
　　提出基于正反問(wèn)題相結(jié)合的柱塞設(shè)備效率特性建模方法，建立柱塞泵流量與轉(zhuǎn)矩?fù)p失機(jī)理模型，分析系統(tǒng)參數(shù)非線性變化規(guī)律，確立復(fù)合參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式，最終導(dǎo)出柱塞泵效率特性半經(jīng)驗(yàn)參數(shù)化模型。研究結(jié)果表明：復(fù)合參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式有效體現(xiàn)了油液有效體積彈性模量、庫(kù)倫摩擦因數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)非線性變化規(guī)律；柱塞泵效率下降以及容積效率和機(jī)械效率無(wú)法再次提升的根本