基于AMESim的轴向柱塞泵动力特性研究

徐学文 张洪信 赵清海

摘要：针对轴向柱塞泵存在的结构复杂、自吸能力差、对油液污染敏感、精密偶件的加工成本高、轴向柱塞摩擦损失大等问题，本文阐述了轴向柱塞泵的工作原理与结构特点，对轴向柱塞泵的工作原理和工作受力情况的特征和运动进行分析。同时，基于AMESim平台，建立关键部件仿真模型，通过改变柱塞泵模型参数，对不同柱塞直径以及不同斜盘倾角下，柱塞泵流量和运动速度的变化进行仿真，得出流量脉动和柱塞运动速度波动特性曲线，最后对轴向柱塞泵进行实验验证。该研究为轴向柱塞泵的进一步实验设计提供了理论依据。

关键词：轴向柱塞泵; AMESim; 性能仿真; 实验研究

中图分类号： TH137.51文献标识码： A

文章编号： 10069798（2019）01008704; DOI： 10.13306/j.10069798.2019.01.015

轴向柱塞泵是一类重要的液压泵，它在造船、汽车和石油开采等工业领域应用广泛[1]。轴向柱塞泵结构复杂，自吸能力差，且易泄漏，精密偶件的精度高，对油液的清洁度要求较高，需要很高的过滤精度[25]。近年来，国内外很多学者对轴向柱塞泵进行研究。杨春江等人[6]用DSHplus和ADAMS对柱塞泵的联合仿真，实现动力学模型和液压模型联合仿真;杨华勇等人[79]建立了基于压力控制的仿真模型，研究变量柱塞泵的工作特性;中南大学基于ADAMS的液固耦合和AMESim仿真软件，研究柱塞泵动态特性切换时的流量和压力;齐海涛等人[1012]建立了柱塞泵的AMESim仿真模型，模拟了不同数量柱塞情况下的流量和压力波动系数。但国内对柱塞泵的优化设计仿真研究＼[13＼]，与世界先进水平相比差距较大。因此，本文基于AMESim平台，主要对轴向柱塞泵的动力特性进行研究。通过改变柱塞泵模型参数，对不同柱塞直径下，柱塞流量的变化及不同斜盘倾角下，柱塞泵流量和运动速度的变化进行仿真，得出流量脉动和柱塞运动速度波动的特性曲线，最后对轴向柱塞泵进行实验验证。该研究对我国轴向柱塞泵技术的发展具有重要的指导意义。

1轴向柱塞泵的结构特点和工作原理

1.1结构特点

轴向柱塞泵由主体部分和变量机构组成[14]。主体部分主要由斜盘、柱塞、缸体、配流盘和传动轴组成，柱塞泵在高速高压下工作，所以滑履和斜盘、柱塞和缸体孔、缸体和配流盘所形成的摩擦副，既要保持密封性，又要减少磨损。变量机构按照操纵方式分为手动、机动、电控、液控和电液控，按照调节方式分为压力控制、流量控制和功率控制等[15]。

1.2工作原理

斜盘式轴向柱塞泵工作原理如图1所示。斜盘式轴向柱塞泵的斜盘和配流盘固定不动，盘法线和缸体轴线之间有交角，传动轴带动缸体进行旋转，有奇数个圆周均布的轴向柱塞孔分布在缸体上，柱塞安装在孔内，在弹簧作用下，卷套通过压板而使柱塞头部的滑履和斜盘靠牢，在外套筒的作用下，缸体和配流盘紧密接触，起到密封作用[1617]。

缸体进行转动时，在斜盘和压板的作用下，柱塞在缸体内作往复运动，由于柱塞与缸体间的容积腔大发生变化，周赛和缸体轴向转动，轴向柱塞泵的压油和吸油是通过配流盘上的弧形压油口和吸油口实现。

4实验结果对比

为验证仿真结果的正确性，将实验和仿真结果进行对比分析，利用YST400W液压实验台进行实验。在工作转速一定时，改变工作压力，随着工作压力的增大，输出流量不断减少，实验数据如表3所示。

5结束语

本文主要对轴向柱塞泵的动力特性进行研究。研究结果表明，影响柱塞泵流量波动的因素包括柱塞泵的斜盘角、活塞数、活塞直径和泄漏参数等结构参数。由于直径变大，输出流量脉动越明显，推出泵的输出压力增大，泄漏量增大;斜盘倾角越大，相同时间内运动速度大，输出流量增大，并且在增加相同倾斜角度的情况下，随着斜盘角度越大，柱塞泵增加的泄漏量越大。仿真结果表明，基于AMESim仿真七柱塞泵具有较高的仿真精度，可用于斜盤式轴向柱塞泵的仿真模拟研究。该研究具有一定的实际应用价值。

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