配流盘结构对纯水液压泵配流特性影响的研究

　　纯水液压泵是纯水液压系统的核心元件,因为轴向柱塞泵具有结构紧凑、密封性好等特点,目前在国内外纯水液压技术研究中成为泵的首选结构型式。在柱塞泵的几种配流方式中,配流盘配流具有结构简单、轴向尺寸紧凑、配流过程受泵转速影响较小等特点,从而容易实现泵较高转速。正是由于这些特性,国际上具有代表性的纯水液压泵如Danfoss泵,均采用配流盘式结构[1]。由于水的密度较液压油大,而压缩性低,配流过程中柱塞腔高低压的交替变化引起的压力冲击将会增大,导致振动噪声问题更为严重。因此研究配流盘主要结构参数对配流副工作过程中的压力冲击特性的影响以及如何优化配流盘结构,对于盘配流式纯水液压泵的研制具有重要意义。

　　1　减振槽结构的影响

　　根据截面形状,针对三角槽、三角矩形槽和U形槽这3种减振阻尼结构进行分析。3种结构的通流面积计算方法根据图示几何关系可以得到。

　　对于三角槽,由图1可知当△abc与直线he垂直时,过流截面才取得最小值,则:

　　式中:R_p为配流盘配流窗口的中心线半径;

　　φ为缸体衬板转角;

　　θ₁为直线he与配流面夹角;

　　θ₂为-∠fhg。

　　对于三角矩形槽,其通流截面为矩形,当矩形hijk与矩形abef垂直时,矩形hijk为三角矩形槽的最小通流面积,则:

　　A₀=a×Rpφtanθcosθ

　　式中:a为减振槽的宽度,θ定义见图,其他符号意义同前。

　　对于U形槽,通流面积是分段函数,当缸体衬板在直线cf之前时, U形槽的通流面积为:

　　式中:a为减振槽的宽度;

　　b为减振槽的深度;

　　l为缸体衬板转过角度φ时对应的弧长, l=Rpφ。

　　当缸体衬板转过直线cf之后,U形槽的通流面积为:

　　A₀₂=ab

　　依次将以上得到的减振槽通流截面积表达式代入如下所示的配流盘预升压、预卸压过程中的压力微分方程[2]:

　　于是可以得到与各结构相应的配流过程压力与缸体转角的关系方程,用龙格-库塔五阶的数值解析法对微分方程进行求解和仿真分析,结果如图2、3所示。

　　由图2、3可得,在预升压过程中,三角槽在缸体衬板刚刚进入闭死区间时,压力的升高缓慢,升压梯度也较为平缓,但是随着衬板随缸体轴的继续转动,压力迅速升高,升压梯度也迅速加大,这对于减小轴向柱塞泵的噪声和冲击不利,因此三角槽并不适合用在配流盘的预升压区;三角矩形槽比三角槽在压力变化梯度方面有所改善,但是还是不够理想,仍没有起到充分降低泵的冲击和噪声的作用; U形槽虽然在衬板进入预升压区时,虽然压力升高较快,但随着缸体衬板的转动,压力升高速度减慢,压力的变化梯度接近线性化,这对降低泵的冲击和噪声非常有利。在预卸压过程中,由于所设计的配流盘是非对称偏转式配流盘,缸体衬板在进入预卸压区时,还没有通过下死点,所以柱塞还是处于机械压缩过程中,从图2可以看出,三角槽在预卸压初期并没有起到很好的卸压作用,但随着缸体衬板继续转动,柱塞腔中的压力又迅速降低,压力的变化梯度较大,因此三角槽也不适合用在配流盘的预卸压区;三角矩形槽比三角槽在压力变化梯度方面有所改善,有利于降低泵的压力冲击和噪声; U形槽起到了降低由于柱塞的机械压缩所产生的压力的作用,但是降压梯度峰值比三角矩形槽梯度峰值大,故在降低泵的压力冲击和振动方面较三角矩形槽差。