斜盘式轴向柱塞泵流体振动溯源研究

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1、中图分类号：TH137.51学校代码：10216UDC：621密级：公开工学博士学位论文斜盘式轴向柱塞泵流体振动溯源研究博士研究生：张晋导师：孔祥东教授申请学位：工学博士学科专业：流体传动及控制所在单位：机械工程学院答辩日期：2015年06月授予学位单位：燕山大学ADissertationinFluidPowerTransmissionandControlTHESOURCEOFSWASHPLATEAXIALPISTONPUMPFLUIDVIBRATIONRESEARCHbyZhangJinSupervisor:ProfessorKongXia

2、ngdongYanshanUniversityJune,2015燕山大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文《斜盘式轴向柱塞泵流体振动溯源研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读博士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学博士学位论文使用授权书《斜盘式轴向柱塞泵流体振动溯源研究》系本人在燕山大学攻读博士学位期间在导师指导下

3、完成的博士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本人如需发表将署名燕山大学为第一完成单位及相关人员。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密√。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要液压系统振动是影响液压系统可靠性的关键因素之一，而液压泵又是液压系统振动的主要来源。液压泵的振动

4、主要有机械振动和流体振动，其中流体振动主要是流量脉动和由于配流结构导致的压力冲击引起的。分析流体振动产生的原因，对液压泵的结构进行优化以减小结构原因引起的流体振动，在液压系统减振方面具有积极的理论与现实意义。本文以轴向柱塞泵为研究对象，采用理论分析和实验研究相结合的方法，从流场特性、振动传递规律和柱塞腔油击理论入手，研究轴向柱塞泵流场分析用湍流模型，轴向柱塞泵流量脉动特性，轴向柱塞泵谐响应与瞬态响应特性及最佳配流方法。针对轴向柱塞泵流场分析用湍流模型，采用数值模拟与PIV测试相结合的方法，建立轴向柱塞泵单柱塞-配流盘机理模型与实验模型，分别采

5、用不同的计算模型进行数值模拟，通过对比涡系结构、流量、压力等参数，最终得到适合泵流场分析的湍流模型，并对模型的系数进行修正，使数值模拟的精度提高。针对轴向柱塞泵流量脉动特性，采用动网格与滑移网格技术，考虑油液可压缩性、柱塞阻尼孔和滑靴处油膜，建立轴向柱塞泵流场分析有限体积模型，用修正后湍流模型对泵进行瞬态流场分析，得到在不同压力和不同转速工况下柱塞泵流量脉动与压力波动和柱塞腔压力与流量的变化规律。为轴向柱塞泵瞬态响应分析提供理论基础。针对轴向柱塞泵谐响应与瞬态响应特性，建立整泵的有限元模型，通过谐响应分析得到轴向柱塞泵在实际安装约束条件下的固

6、有模态；通过瞬态响应分析，得到轴向柱塞泵在流量脉动激励下的振动特性。针对轴向柱塞泵最佳配流，建立柱塞腔预升压和预卸压特性微分方程，以三角阻尼槽结构为例，给出最佳配流特性的结构优化设计方法，对泵结构进行优化设计，分析结构优化前后流场特性，验证结构优化设计方法的有效性；分析柱塞阻尼孔直径与滑靴处油膜厚度对轴向柱塞泵流量与压力特性的影响规律。建立轴向柱塞泵振动测试实验台，采用锤击法验证轴向柱塞泵固有模态，并分别测试在不同压力和不同转速工况下泵壳的振动规律，验证瞬态响应分析结果。关键词：轴向柱塞泵；湍流模型；流量脉动；流体振动；配流结构优化Abstr

7、actAstheapplianceofthehydraulicsysteminthehigh-technicalfielddevelops,therequestofthereliabilityandenvironmentaladaptationforthehydraulicsystemincreases.Butthevibrationandnoisecausedbythehydraulicpumpinfluencesthereliabilityofthehydraulicsystem,includingthreeformsofvibratio

8、nfollowedbymechanicalvibration,fluidvibrationandvibrationcausedbycavitationamongwh