虚拟样机技术在轴向柱塞泵运动仿真与分析中的应用研究

　　前言

　　装备制造业是国民经济的支柱。在各种重大装备中,液压元件的应用越来越广泛,如工程机械、冶金、矿山、船舶、军工等。液压元件作为关键基础件是制约我国机械工业发展的薄弱环节,而高压轴向柱塞泵/马达又是液压元件中最突出的关键元件之一。

　　对轴向柱塞泵/马达进行运动仿真和分析,为柱塞泵/马达的动力学分析等深入研究奠定必要的基础,并在此基础上研制出具有自主知识产权的新型高压柱塞泵/马达,打破对国外产品的依赖及价格垄断。促进装备制造业的发展。对工程机械的技术发展、国防工业的技术进步等能够起到带动作用。

　　1　轴向柱塞泵的结构和工作原理

　　以图1所示的A4VG56型柱塞泵的结构图为例,通轴式轴向柱塞泵由配流盘1、缸体2、垫圈3、球铰4、柱塞滑靴5、回程盘6、斜盘7、圆锥滚动轴承8、圆锥滚动轴承座9、传动轴10等主要零件组成。

　　其工作原理为:传动轴10与缸体2通过花键连接,驱动缸体旋转,使均布于缸体中的柱塞绕传动轴轴线转动,每个柱塞头部有一滑靴。中心弹簧和装在缸体上3个小孔内的小弹簧共同作用,形成预压紧力,将缸体压紧在配流盘上,并通过球铰、回程盘将滑履压紧在斜盘上。斜盘相对缸体有一偏角,当泵工作时,依靠斜盘的推力将柱塞连同柱塞腔里的油液压入缸体柱塞孔中,当柱塞的行程到达死点时,依靠中心弹簧的弹簧力进行回程,将柱塞顶回来。

　　当缸体转动时,柱塞相对缸体作往复运动,完成吸油和排油工作。回程盘将滑靴顶在斜盘上相对斜盘滑动,油液通过配流盘吸油窗口进入缸孔,然后通过配流盘排油窗口排出。

　　2　轴向柱塞泵的实体建模及仿真

　　这里采用PRO/E作为建模的工具,以ADAMS作为工具进行仿真分析,该软件作为虚拟样机技术平台的杰出代表,已经成为缩短产品开发周期、降低成本、提高质量的有效工具。轴向柱塞泵的主要零部件模型在PRO/E中建好后,把模型文件导入到ADAMS中,构成虚拟样机的三维实体,然后再给这些零部件施加约束、力等关系,建立相应的虚拟样机。利用计算机对A4VG56进行数字仿真和动态性能分析的具体步骤如图2所示。

　　2. 1　建模

　　建立好的A4VG56型柱塞泵如图3a所示。柱塞泵的核心结构部分如图3b所示。

　　2. 2　仿真与分析

　　利用ADAMS建立机械系统仿真模型时,系统中各构件之间存在运动副的连接,轴向柱塞泵各部件间运动约束关系如表1所示,各部分直接的连接关系分别为旋转副、固定副、圆柱副、平面副和球铰副。