负流量与总功率控制轴向柱塞泵特性研究

论文摘要

轴向柱塞泵是工程机械液压系统的核心零件,是液压系统的动力来源,直接影响着液压系统的控制性能。而国内的轴向柱塞泵研究起步较晚,所生产的柱塞泵性能无法与国外产品相媲美,国内工程机械企业需要大量进口国外柱塞泵来满足生产需求。为了削弱对国外产品的依赖,国内企业已开始着力研究与设计轴向柱塞泵。但由于技术积累不足,对柱塞泵的研究缺少理论方面的支持,所生产的柱塞泵性能难以满足要求。本课题来源于福建省重大专项专题项目——“挖掘机关键液压元件及系统研发与应用”,与上海某公司合作,以负流量与总功率控制轴向柱塞泵为研究对象,利用虚拟样机技术对轴向柱塞泵进行研究分析。首先,本文对负流量与总功率控制轴向柱塞泵进行了结构及原理分析,特别是针对负流量控制与总功率控制进行了深入的原理分析,并推导了两控制方式的控制方程及调节器中各零件的运动方程。其次,对所建立的负流量与总功率控制的控制方程及运动方程进行分析,对比各种液压系统建模方法的优劣后,选择虚拟样机技术作为柱塞泵的研究手段。利用ADAMS与AMESim建立了轴向柱塞泵的整机虚拟样机模型。然后,利用所建立的柱塞泵虚拟样机模型,对柱塞泵负流量与总功率控制系统进行了研究,并进行了实验验证。利用经实验验证的模型对柱塞泵中一些实验难以研究的关键参数进行了研究,并得到了这些参数对柱塞泵性能的影响规律。最后,基于前文研究,在控制性能相同的前提下,提出一种新的控制方案以简化柱塞泵调节器结构。本文创新之处在于,推导了较为完善的负流量及总功率控制的控制方程及调节器中各零件的运动方程；首次建立了包含主泵体与调节器在内的轴向柱塞泵的整机虚拟样机模型,并对模型进行了实验验证；在仿真与实验的基础上,提出一种新的用以简化调节器结构的控制方案。研究所得的柱塞泵关键参数对柱塞泵性能的影响规律能够为国内柱塞泵的研究设计提供理论依据,具有一定的工程应用价值：本论文能够为轴向柱塞泵的提供一种新研究思路,为高压大流量轴向柱塞泵的国产化建立理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 我国工程机械行业现状
• 1.1.2 核心液压件液压泵
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 轴向柱塞泵发展概况
• 1.2.2 轴向变量柱塞泵的研究现状
• 1.2.3 轴向柱塞泵虚拟样机技术的研究现状
• 1.3 课题研究意义、内容及创新
• 1.3.1 课题研究意义
• 1.3.2 课题主要研究内容
• 1.3.3 课题创新之处
• 第二章 轴向柱塞泵控制原理
• 2.1 K3V112DT轴向柱塞泵原理
• 2.2 主泵结构及原理
• 2.2.1 主泵结构
• 2.2.2 主泵工作原理
• 2.3 柱塞泵调节器
• 2.3.1 总功率控制原理
• 2.3.2 总功率控制数学模型
• 2.3.2.1 总功率控制曲线公式推导
• 2.3.2.2 总功率控制各零件运动方程
• 2.3.3 负流量控制原理
• 2.3.4 负流量控制数学模型
• 2.3.4.1 负流量控制曲线公式推导负流量
• 2.3.4.2 负流量控制各零件运动方程
• 2.4 本章小结
• 第三章 轴向柱塞泵虚拟样机研究
• 3.1 研究方法分析与选用
• 3.1.1 建模流程
• 3.2 柱塞泵虚拟样机模型
• 3.2.1 柱塞泵机械模型
• 3.2.2 柱塞泵液压模型
• 3.2.2.1 轴向柱塞泵功率键合图
• 3.2.2.2 轴向柱塞泵主泵体液压模型
• 3.2.2.3 轴向柱塞泵调节器液压模型
• 3.2.3 柱塞泵虚拟样机模型
• 3.3 本章小结
• 第四章 轴向柱塞泵仿真与实验分析
• 4.1 配流盘安装角对柱塞腔压力的影响
• 4.2 负流量控制仿真及实验
• 4.2.1 负流量控制静态特性
• 4.2.2 负流量控制动态特性
• 4.2.2.1 柱塞泵流量响应
• 4.2.2.2 调节器中各零件响应
• 4.2.3 调节器关键参数对负流量控制动静态特性的影响
• 4.2.3.1 负流量弹簧刚度的影响
• 4.2.3.2 换向阀阀口开度的影响
• 4.3 功率控制仿真及实验
• 4.3.1 功率控制静态特性
• 4.3.2 功率控制动态特性
• 4.3.2.1 功率控制载荷活塞位移响应
• 4.3.3 调节器关键参数对功率控制动静态特性的影响
• 4.3.3.1 功率外弹簧刚度的影响
• 4.3.3.2 功率内弹簧刚度的影响
• 4.4 柱塞泵调节器结构优化研究
• 4.4.1 功率载荷活塞实现负流量控制
• 4.4.2 负流量控制改进方案
• 4.5 本章小结
• 总结与展望
• 一、论文总结
• 二、工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 个人简历