轴向柱塞马达配流盘的优化设计

　　引言

　　本文研究轴向柱塞马达为轴向柱塞马达,轴向柱塞马达的结构噪声与流体噪声主要是在配流过程中产生的。轴向柱塞马达的柱塞液压缸,工作时不断进行高低压转换。充满低压油的柱塞液压缸突然和高压油腔接通时,高压油会瞬间向缸中倒流,产生液压冲击和噪声;同样,充满高压油的柱塞液压缸突然和低压油腔接通时,缸中的高压油瞬间流向低压腔,也会产生液压冲击和噪声。对于同一个马达,工作压力越高,柱塞腔与配流窗口接通初期减压槽(孔)两端的压差越大,液压冲击现象越剧烈,严重时还会在配流盘表面和柱塞窗孔表面出现明显的麻点和很深的蜂窝状蚀坑,同时伴有剧烈的噪声。

　　由于柱塞马达的配流噪声和配流盘结构直接有关,因此,为了消除这种有害现象,通过对配流盘的结构进行合理设计,可以达到降低配流噪声的目的。

　　1解析假定

　　由于液压元件内油液的实际流动是非常复杂的三维流动现象,为了满足数值解析的可行性,必须对实际的物理模型进行一定的简化。考虑到影响流体流动的因素有主次之分,可以在问题允许的计算误差范围内,考虑主要因素而忽略次要因素,对实际模型做一些基本假定:

　　1)在高压轴向柱塞马达配流过程中,由于液压油的可压缩性对柱塞腔内的压力超调量和回油冲击影响比较大,在数值计算过程中需要考虑液压油的可压缩性;

　　2)假定液压油为粘性牛顿流体。即液压油的动力粘度卜是恒定的,不随速度梯度的变化而变化;

　　3)计算中假定在系统内部流体无热传导现象;

　　4)假定为单相流,即当压力结果出现负值后,原连续性方程仍然适用。

　　考虑液压油的可压缩性,将其物理参数设定为表1中的参数。

　　2计算条件

　　在数值计算的过程中,对模型作如下设置:

　　1)对于所有的模型均采用k-Ε紊流方程进行数值计算,求解离散方程组时采用瞬态模型的PISO算法。

　　2)根据回转马达的实际工作情况和CFD解析、建模方便,确定对应计算空间的边界条件为:

　　①在配流盘吸油窗口与管路连接的表面上,将高压边界设为马达的工作压p₁=32.4MPa;

　　②在配流盘排油窗口与管路连接的表面上,将低压边界设为大气压力p₂=0;

　　③将紧邻流体的所有固体壁面设定为固体壁面边界,用壁面函数法处理;

　　④由于柱塞配流窗孔和配流盘配流窗口内流体网格比较复杂,滑移界面不能保持一一对应,故在实现轴向柱塞马达缸体旋转时采用任意滑移界面法。为此,需要在滑移界面设定关联边界,将配流盘配流窗口内流体上的界面设为静止关联边界,将柱塞窗孔内流体上的界面设为运动关联边界。为了计算精确性,靠近关联边界的区域网格应予以细化。