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国际科学、工程和技术创新研究杂志

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液压泵流量脉动产生的原因及影响的研究

b . J.Patil1， V. B.Sondur博士2
  1. 印度贝拉加维MM工程学院机械工程系助理教授
  2. Sondur 's academy, Belagavi，印度
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

本文对液压泵的流量脉动进行了研究。在理想情况下，对轴向柱塞泵、齿轮泵和斜盘式轴向柱塞泵进行无泄漏检查。对于轴向柱塞泵，通过改变柱塞泵的活塞数量，改变驱动齿轮和从动齿轮上的齿数来减小流量脉冲的强度。研究了流量脉冲对减压阀压力转换结果的影响

关键字
流量脉动，轴向柱塞泵，减压阀，压力转换

介绍
液压泵是液压系统中的动力供应部件。液压系统中使用的所有泵都是正排量型的。非正排量泵通常提供低压力和高流量。容积式泵提供高压低流量[1]。泵的详细分类如图1所示
图像
图1液压泵[1]的分类
由于油和转子之间的动量交换，旋转动力泵增加了油的动能。排量泵通过收缩充油腔来排出油。因此，油压增加，油被排出泵腔。特殊效果泵有喷射泵和气升泵。

相关工作
Boy-Ying Jaw和Honggchin Lin结合开关晶体管导通电阻的重要性，描述了PMOD电荷泵的输出。他开发了分析模型，并通过CMOS技术等仿真工具进行了验证。结果误差仅在7%[4]以内。Dong- Hee Lee, tae - hyounkim和Jin-Woo Alm在海军直接瞬时压力控制系统的液压泵工作。为了减小转矩脉动，他研制了转矩控制器，得到了平滑转矩[5]。
Noah D Manring的课题是轴向柱塞斜盘式液压泵。他解释了活塞运动是谐波运动的形式，并由此得出正弦定律。活塞面积与速度的乘积就得到了流量。总流量是活塞数量和每个活塞的流量的乘积。放电将由两个或三个活塞完成一次[6]。

流量脉动的原因
在液压系统中，引起泵流量脉动的原因有两种。即1)泵纹波2)环境噪声。

1)泵纹不仅出现在外齿轮泵中，而且出现在轴向柱塞中。
1.1轴向柱塞泵活塞运动为谐波运动，服从正弦规律。每个活塞的流量是活塞面积和速度的乘积。图2为不考虑内泄漏、流体惯性和油的可压缩性的五柱塞泵各活塞的流量。泵的输送是所有活塞在输送端口[1]上输送的流量的总和。同时有两个或三个活塞放电，泵的总流量如图2所示
图像
图2五径向柱塞泵流量及压力脉动
压力和流量以相对于平均值Pm和Qm的无维形式绘制
Q1 = Q / Qm, (1)
P1 = P /下午(2)
计算了轴向柱塞泵在不同活塞数量下的流量脉动，忽略了油的压缩性、内泄漏等因素。计算结果如图3所示。从图中可以看出，使用更大的奇数活塞(Z=9)可以减小流量脉动。实验结果表明，由于泵的脉动特性，结果中出现了振荡。
图像
图3活塞数量对流量和压力脉动[6]的影响
1.2外置齿轮泵:如采用外置齿轮泵如图4所示。齿轮泵是用来排液的。齿轮1上的齿数记为N1，齿轮2上的齿数记为N2。油从泵的进气面被输送到泵的出气面。由于齿轮齿在齿轮组内啮合。油被配合的齿从每个齿隙中挤出，这有助于将油置换到泵的排出管路中。这些牙齿将从进气口一侧的交配口中出来。在这种情况下，油会回填配对牙齿的体积，这些牙齿现在正在排出每个牙齿空间。回填液通过泵腔的进气口将油吸入泵内。这一过程在泵的每次旋转中重复，因此排油速率与泵的转速成正比[2,3]。
图像
图4齿轮泵
以小齿轮和齿轮组合齿轮泵为研究对象。图5为不同齿轮齿数组合的泵。
图像
图5主、从动齿轮齿数不同时相同排量的齿轮泵。
图像
图6泵[5]的理论流量脉冲
图6为不同齿形组合下的流量脉冲曲线图。从图中可以看出，通过增加驱动齿轮上的齿数，可以减小流量脉动。
2)液压系统的噪声:—液压系统的主要问题之一是系统产生的噪声。噪声产生了脉冲流。轴向柱塞泵产生的噪声可分为流体噪声、结构噪声和空气噪声两大类
图像
图7液压系统噪声的产生和传递
该图显示了液压系统中噪声的产生和传递。运动纹波是产生液载噪声的主要原因。构件的力和力矩的波动引起结构噪声的产生。FBN和SBN都会对系统部件造成较高的疲劳载荷并使其振动。振动以空气噪声的形式辐射出去。通过降低FBN和SBN，以及对部件进行适当的设计修改，使其辐射出最少的噪声，可以降低空气噪声。

脉冲流量对压力转换试验的影响
在Matlab/simulink中对减压阀DPRS06K315进行了建模。在不考虑泵脉冲流量的情况下，对模型进行仿真，确定在设定压力为130bar的冲击载荷下阀门的性能，如图所示为理论结果。阀带来稳定的时间响应为0.08秒。
图像
图8设定压力130bar时的模拟结果
对同一减压阀DPRS06K315进行了试验，确定了该减压阀在设定压力130bar下承受冲击载荷的性能。阀带来稳定的时间响应为0.08秒。振荡发生在结果中，如图9所示。振荡的原因是流量的脉动。
图像
图9 130 bar压力转换试验

结论
对于轴向柱塞泵，采用较大的奇数个活塞可以减小流量脉动。在外置齿轮泵的情况下，可以通过增加主动齿轮齿数来减小流量脉动。振动的产生是由于泵流量脉动和液压系统噪声的影响。

确认
我想借此机会感谢Belagavi PSPL董事总经理Anand Samant先生。以及已故shri Suresh Hundre, Polyhydron Pvt. Ltd.， Belagavi和Siddhartha Hundre, Polyhydron Pvt. Ltd.， Belagavi公司经理，他们允许我分析他们组织的研究阀门。

参考文献
  1. M. Galal Rabie，“流体动力工程”，麦格劳希尔出版社。
  2. Noah D. Manring, Suresh B. Kasaragadda，“外部齿轮泵的理论流量脉动”ASME动态系统，测量与控制杂志。第125卷，2003年9月。
  3. Paola CASOLI, Andrea VACCA, Germano FRANZONI，“外啮合齿轮泵的数值模拟模型”，第六届JFPS国际流体动力研讨会论文集，2005年11月，第六届JFPS国际论文集，7-10,2005
  4. Dong-Hee Lee, Tae-Hyoung Kim, Jin-woo Alm，“基于直接转矩控制方案的SR驱动液压油泵系统”，JPE 9-3-18，电气与机电一体化工程系。韩国庆成大学。
  5. 林宏钦，“PMOS电荷泵的输出波纹分析与设计方法”，电子工程学报，2004,27 (1):1- 7
  6. Noah D. Manring，“轴向柱塞斜盘式静压泵的流量脉动”，动态系统学报，测量，控制，Vol.122, 2000年6月。
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