径向柱塞泵静压支承圆柱副性能研究
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摘要
液压泵作为液压系统的关键元件，其性能的好坏往往会直接影响整个液压系统的工作可靠性。由于径向柱塞泵具有柱塞与缸体内孔均为圆柱面，易达到高精度的配合等结构特点，因此，比轴向柱塞泵耐冲击、寿命长、容积效率高、控制精度高。我国从80年代末90年代初很多科研机构与生产厂家开始研究开发这种产品，但都不能解决转子与配流轴、滑靴与定子两对摩擦副烧研的问题。
本文提出一种新的径向柱塞泵，该泵采用滚子—柱塞副代替了传统的柱塞—定子副，并对该泵重要摩擦副的静态特性和动态特性进行了研究。
本专题的研究内容主要包括：
1、柱塞泵的运动学分析，包括柱塞相对于缸体、滚子相对于柱塞运动分析；
2、柱塞组件的受力分析，对定子的支承反力、缸孔与柱塞间的正压力、缸孔与柱塞间的摩擦力进行仿真分析；
3、对静压支承圆柱副的静态特性进行研究；
4、对圆柱副油膜挤压承载能力的计算公式进行推导，建立了静压支承圆柱副油膜动态特性方程，利用MATLAB中的SIMULINK工具箱对所建立的圆柱副油膜动态特性进行动态仿真；
5、对柱塞与缸孔之间的特殊圆环缝隙的泄漏流量公式进行了推导，得到了该圆环缝隙泄漏流量计算公式的修正系数。
With the industry technology developing, hydraulic transmission becomes one of the technologies developed quickly in the mechanism equipments, especially in the latest year. As a key part of the hydraulic system, hydraulic pump plays such an important role that its performance exerts direct influence upon the reliability of the whole hydraulic system. Owing to the cylindrical surface of piston and jar hole, radial piston pump can be assembled accurately. Compared with the axial piston pump, the radial piston pump is better against impact, moreover, it has longer life, higher cubage efficiency and higher control precision. Since 1990, many research organizations and factories have been engaged in the research on radial piston pump in our country, but their efforts resulted badly. The main difficulty lies in solving the problem of the friction between rotor and oil axis, slipper and stator.
In this paper, a new radial piston pump is brought out. The traditional
stator-piston is replaced by rotor-piston in this pump. The both properties
of static state and the dynamic of the oil-film of this friction pair are
analyzed.
The main contents dealt with in this thesis are following:
1 .The kinematics of radial piston pump including the movement of
piston relative to jar and that of roller relative to piston.
2. The received forces of the piston and the roller were analyzed. The bearing force of the stator, the positive pressure and the friction between the jar hole and piston were simulated.
3. There are some researches on the static state property of the column pair based on the hydrostatic bearing, including support force, support property equation, stiffness property and static balance equation.
4. The calculation formula of the extrusion bearing force of the column pair was educed, so as to be ready for dynamic simulation of the oil film of the column pair based on hydrostatic support. The dynamic equation of the oil film on the column pair was established. By application of the SIMULINK toolbox of MATLAB, the simulation models were obtained.
5. The derivation of the leakage flow rate formula of the special annular clearance between the piston and cylinder under the condition of variable viscosity in the radial piston pumps was carried out, at same time, considering the questions of the eccentricity and the variable sealing length
of piston friction pair, and the modified coefficient of the calculation formula of the flow-rate of the leakage was given.
本文提出一种新的径向柱塞泵，该泵采用滚子—柱塞副代替了传统的柱塞—定子副，并对该泵重要摩擦副的静态特性和动态特性进行了研究。
本专题的研究内容主要包括：
1、柱塞泵的运动学分析，包括柱塞相对于缸体、滚子相对于柱塞运动分析；
2、柱塞组件的受力分析，对定子的支承反力、缸孔与柱塞间的正压力、缸孔与柱塞间的摩擦力进行仿真分析；
3、对静压支承圆柱副的静态特性进行研究；
4、对圆柱副油膜挤压承载能力的计算公式进行推导，建立了静压支承圆柱副油膜动态特性方程，利用MATLAB中的SIMULINK工具箱对所建立的圆柱副油膜动态特性进行动态仿真；
5、对柱塞与缸孔之间的特殊圆环缝隙的泄漏流量公式进行了推导，得到了该圆环缝隙泄漏流量计算公式的修正系数。
With the industry technology developing, hydraulic transmission becomes one of the technologies developed quickly in the mechanism equipments, especially in the latest year. As a key part of the hydraulic system, hydraulic pump plays such an important role that its performance exerts direct influence upon the reliability of the whole hydraulic system. Owing to the cylindrical surface of piston and jar hole, radial piston pump can be assembled accurately. Compared with the axial piston pump, the radial piston pump is better against impact, moreover, it has longer life, higher cubage efficiency and higher control precision. Since 1990, many research organizations and factories have been engaged in the research on radial piston pump in our country, but their efforts resulted badly. The main difficulty lies in solving the problem of the friction between rotor and oil axis, slipper and stator.
In this paper, a new radial piston pump is brought out. The traditional
stator-piston is replaced by rotor-piston in this pump. The both properties
of static state and the dynamic of the oil-film of this friction pair are
analyzed.
The main contents dealt with in this thesis are following:
1 .The kinematics of radial piston pump including the movement of
piston relative to jar and that of roller relative to piston.
2. The received forces of the piston and the roller were analyzed. The bearing force of the stator, the positive pressure and the friction between the jar hole and piston were simulated.
3. There are some researches on the static state property of the column pair based on the hydrostatic bearing, including support force, support property equation, stiffness property and static balance equation.
4. The calculation formula of the extrusion bearing force of the column pair was educed, so as to be ready for dynamic simulation of the oil film of the column pair based on hydrostatic support. The dynamic equation of the oil film on the column pair was established. By application of the SIMULINK toolbox of MATLAB, the simulation models were obtained.
5. The derivation of the leakage flow rate formula of the special annular clearance between the piston and cylinder under the condition of variable viscosity in the radial piston pumps was carried out, at same time, considering the questions of the eccentricity and the variable sealing length
of piston friction pair, and the modified coefficient of the calculation formula of the flow-rate of the leakage was given.
引文
[1]徐绳武．柱塞式液压泵[M]．北京：机械工业出版社，1985．7．
[2]许耀铭．油膜理论与液压泵和马达的摩擦副设计[M]．北京：机械工业出版社，1987．
[3]盛敬超．液压流体力学[M]．北京：机械工业出版社，1980．
[4]宋俊，王淑莲．液压元件优化[M]．北京：机械工业出版社，1999．1．
[5]陈燕生．液体静压支承原理和设计[M]．国防工业出版社，1980．
[6]何存兴．液压元件[M]．机械工业出版社，1982．
[7]雷天觉，液压工程手册[M]．北京：机械工业出版社，1990．
[8]姚俊，马松辉．Simulink建模与仿真[M]．西安电子科技大学出版社，2002．
[9]胡新华．轴向柱塞泵静压支承球铰副的研究[D]．浙江工业大学硕士学位论文，2003．5．
[10]许耀铭．轴向柱塞泵配流盘的油膜挤压效应设计方法[J]．机床与液压，1975年第4期．
[11]薛定宇．控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言及应用[M]．清华大学出版社，1996．1．
[12]詹程嵩．液压与液力传动[M]．北京：中国铁道出版社，1982年．
[13]庞志成，陈世家．液体 静压 动静压 轴承[M]．哈尔滨工业大学出版社，1990年3月．
[14]严金坤．液压元件[M]．上海交通大学出版社，1989年月12月．
[15]Xu Yaoming and Song Jun, Hydrostatic Bearing with Intermittent Oil Supply for the Bistributor of Axial Pluger Pump, Proc. Of Int. Conf. On Fluid Power, 1985.
[16]G.Hibber, D.V.Linday, N.ASHute, The Balancing of Piston and Valve Plate Force in Axial Piston Pump and Motor, Second Fluid Power Symposium, 1971.
[17]赵亚凤．高压低噪声径向柱塞泵JBP系列产品结构特点及性能指标[J]，重型机械，2001年第1期．
[18]贾跃虎．径向柱塞泵转子径向受力平衡性分析[J]．液压气动与密封，2000年4月(第2期)．
[19]刘培忠．新型径向柱塞泵设计参数分析[J]．液压气动与密封，2000年6月(第3期)．
[20]程海林，姜伟．基于伺服螺旋机构变量控制的静压传动系统动态特性仿真研究[J]．润滑与密封，2004年2月．
[21]余祖耀，张铁华，李壮云．柱塞泵中柱塞与缸孔环形缝隙的泄漏流量计算[J]．机械工程师，2000．8．
[22]赵道生．ZBD-75轴向柱塞泵缸体——柱塞摩擦副的改进[J]．工程机械，1992．10．
[23]市川长雄．关于柱塞压力平衡理论[J]．油压化设计，1965，Vol3，No2．
[24]赵连春．轴向柱塞泵流量特性与配流副结构研究[J]．淮南矿业学院学报，1997．9，Vol17，No3．
[25]李月梅．一种新型径向柱塞变量泵[J]．煤，1994,第3卷，第三期．
[26]沈钰．新型柱塞泵设计研究[J]．排灌机械，1996．4．
[27]李月梅．新型径向柱塞变量泵[J]．山西机械，1994．3．
[28]李月梅．新型径向柱塞泵运动学分析[J]．矿山机械，1994．9．
[29]刘培忠，韩雪梅，王璐．新型径向柱塞泵设计参数分析[J]．液压气动与密封，2000．6．
[30]韩雪梅，王荣哲，王平．新型径向柱塞泵摩擦副泄漏原因分析与改进[J]．液压气动与密封，2000．6．
[31]王荣哲，陈刚．新式径向柱塞泵[J]．液压气动与密封，1999．6．
[32]郭卫东，王占林．斜盘式轴向柱塞泵实际流量的分析研究[J]．北京航空航天大学学报，1996．6．
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[39]章宏甲．液压与气压传动[M]．机械工业出版社，2000．
[40]钱俊，陈弘．泵和压缩机[M]．石油大学出版社，1989．
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[41]林建亚．液压元件[M]．机械工业出版社，1988．
[42]华绍曾，杨学宁．实用流体阻力手册[M]．国防工业出版社，1985．
[43]周连山，庄显义．液压系统的计算机仿真[M]．国防工业出版社，1986．
[44]杨国桢．飞机液压传动与控制[M]．空军工程学院出版社，1997．
[45]雷天觉．新编液压工程手册[M]．北京理工大学出版社，1998．
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[47]骆建彬，俞新陆．复杂的大功率液压系统仿真研究[J]．系统仿真学报，1996．
[48]黄文梅．系统分析与仿真．MATLAB语言及应用[M]．国防科技大学出版社，1999．
[49]蔡春源．机电液设计手册[M]．机械工业出版社，1997．
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[52]Hook, C.J., The effect of centrifugal load and ball friction on the lubrication of slippers in axial piston pumps, 6~(th) inter[M]. Fluid Power Symposium, April, 1989.
[53]胡新华．静压支承滑靴油膜的动态仿真分析[J]．机床与液压，2003．1．
[54]严桃平．新型滑靴式径向柱塞泵的降噪防漏措施[J]．机床与液压，2002．5．
[55]赵大庆．液压泵污染磨损与控制[M]．北京：煤炭工业出版社．
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