油液物性参数对柱塞泵配流特性的影响研究

　　0引言

　　轴向变量柱塞泵结构紧凑，具有单位功率密度小、重量轻、压力高、容积效率高、寿命长和变量机构布置方便等特点，被广泛应用在工程机械、建筑机械、注塑机械、压力机械及固定机械等领域。目前柱塞泵配流方面进行了一些研究[1-12]，但并不全面。本文利用CFD软件，考虑油液的可压缩性和配流盘结构，采用动网格技术和空化模型对轴向变量柱塞泵配流完整模型进行建模和计算，来分析液压油的弹性模量、含气量和黏度对配流特性的影响，为柱塞泵的设计和使用提供理论依据。

　　1 CFD计算过程

　　1.1计算模型

　　以普什驱动公司生产的BK55变量柱塞泵为研究对象，考虑进出流道的影响建立配流完整模型，液压缸体组件结构如图1所示，配流副结构参数如表1所示。

　　1.2计算方法

　　本文采用star-cd流体分析软件，该软件基于有限体积法，适用于不可压流和可压流的计算、热力学的计算及非牛顿流体的计算。它具有前处理器、求解器、后处理器三大模块，以良好的可视化用户界面把建模、求解及后处理与全部的物理模型和算法结合在一个软件包中。本文建立模型及划分网格如图2所示。

　　对上述计算模型建立求解边界：

　　(1)高压边界。

　　在配流盘高压区与管路接通侧的表面上，将高压边界设为轴向柱塞泵的工作压力p1=35MPa。

　　(2)低压边界。

　　在配流盘高压区与管路接通侧的表面上，将高压边界设为大气压力p2=0.1MPa。

　　(3)固体壁面。

　　将紧邻流体的所有固体壁面设定为墙边界，用墙函数法处理。

　　(4)关联边界。

　　在轴向柱塞泵的瞬态计算中，存在配流盘和缸体之间的相对运动，需要利用移动网格技术来模拟物体之间的相对运动。

　　根据表1中数据设置瞬态参数，缸体转动速度为2300rpm，若考虑其整个行程中的周期即40°时，在求解过程中设置计算时间间隔Δt为6.349×10-6s，由计算可得计算时间步为Tn=φ/[(2πn/60)Δt]=40°/[(360°×2 300/60)×6.349×10-6]=457步，则缸体转动一周需4 113步。对瞬态计算所得的数据结果按每10步的频率输出。

　　2计算结果与分析

　　2.1油液弹性模量的影响

　　在对轴向柱塞泵进行计算时，选用46号液压油作为流动介质进行数值计算。在高压泵的配流过程中，油液要从柱塞泵配盘上的减压槽(孔)高速流出(入)，导致气泡量增加，气泡增加使油液弹性模量发生变化，因此解析过程中应该考虑油液的可压缩性。考虑可压性时，液压油密度随压力变化的关系为: