双缸体旋转斜盘式液压变压器特性分析

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学兔兔www.xuetutu.com第49卷第22期机械工程学报Vo1．49NO．222013年11月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGNOV．2013DoI：10．3901，JME．2013．22．144双缸体旋转斜盘式液压变压器特性分析水吴维荆崇波胡纪滨苑士华(北京理工大学车辆传动重点实验室北京100081)摘要：针对旋转配流盘式液压变压器在变压范围、流量脉动以及噪声控制上的不足，提出一种小流量脉动低噪音液压变压器方案。分析目前液压变压器的主要特点，基于一种旋转斜盘式双缸体液压变压器方案，通过增加柱塞数量并结合斜盘转角的初始位置控制，达到减小流量脉动和噪声的效果。分析斜盘转动的转角及其阻力矩变化规律，并进行变压比样机试验测试。结果表明，旋转斜盘式液压变压器宜将上止点与A口中点重合时作为斜盘初始位置，在斜盘转角小于100。时，新型液压变压器使得输出流量不均匀系数减小了约40％，随着转角的继续增大，输出流量不均匀系数趋于一致，试验结果表明新方案可实现较大范围的变压比。关键词：液压变压器变压比不均匀系数噪声控制角度中图分类号：TH137CharacteristicsofDual—cylinderHydraulicTransformerwithRotatable，刀shPlateWUWeiJINGChongboHUJibinYUANShihua(NationalKeyLaboratoryofVehicularTransmission，BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081)Abstract：Toovercometheshortagesoftherotatingvalveplatehydraulictransformerinpressureratio，flowpulsationandnoise，anovelhydraulictransformerwithsmallflowpulsationandnoiseispresented．Thecharacteristicsofthemodemhydraulictransformerareanalysed．Anovelhydraulictransformerwitharotatingswashplateanddoublecylindersareinvestigated．Smallflowpulsationandnoiseareachievedbyincre~ingthepistonnumberandtheinitialpositioncontroloftheswashplateangle．Thecharacteristicsoftheswashplateangleandthemomentofresistancewhenrotatingtheswashplatewereinvestigated．Thepressureratiowastestedbyaprototype．TheinitialpositionoftheswashplateshouldbesetinthepositionwherethemiddleoftheportAandthetopdeadcentrearesuperposed．Whentherotaryangleoftheswashplateisbelow100。，theuniformitycoeficientoftheoutputflowreducesabout40％inthenovelhydraulictransformer．However,whentherotaryangleoftheswashplatecontinuestobecomelarger,theuniformitycoeficientwillbecomesame．ThemeasuredresultsindicatedthatthenovelconfigurationCanrealiseawiderpressureratiorange．Keywords：HydraulictransformerPressureratioUniformitycoeficientNoiseControlangle能量损失大。1971年，HERBERT等L2设计了一种0前言双向液压变压器，该型液压变压器只是将液压泵和马达简单的同轴机械连接。液压变压器集液压泵和马达功能为～体，可根1997年，INNAS和NOXA联合提出了新型结据负载需要实现系统压力的恒功率调节。1965年，构的INNAS液压变压器j，该结构改变了传统液压文献[1]首先论述了液压变压器原理，该液压变压器变压器设计上直接将液压泵和马达同轴机械连接的结构复杂，制造困难，同时只能实现单向变压，且结构，而是采用三窗口的配流盘结构【4J。1NNAS液压变压器将液压泵和马达的功能集为一身，构成了’“十二五”国家部委基础科研资助项目(B2220110005)。20121226收一个独立的液压元件，简化了机械结构，惯量小，到初稿，20130720收到修改稿 学兔兔www.xuetutu.com 学兔兔www.xuetutu.com机械工程学报第49卷第22期液压变压器都能正常工作。以下止点为初始位置时，如图2所示，当斜盘3流量脉动转角在0。"-~60。范围内，柱塞腔从A口经过渡区，容积减小，压力P升高，而后突然与压力较低的单个柱塞运动所产生的瞬时流量¨】B口接通，产生压力冲击，同理，在B口到T口和g玎：=——，．tanysSiln(‘1l)，T口到A口，都将产生冲击振动和噪声；当斜盘转角在60。～120。范围内，柱塞腔从A口经过渡区，式中g——瞬时流量容积增大，压力P降低，而后与压力较高的B口d——柱塞直径接通，产生压力冲击，在B口到T口和T口到A，．——柱塞分布圆半径口都有同样的结果。——缸体旋转角速度——斜盘倾角——柱塞转角缸体1各个柱塞运动所产生的瞬时流量60等伽ncI式中——缸体1柱塞瞬时流量Z——柱塞总数i——柱塞的顺序编号，i=1，2，⋯，——缸体1的柱塞1的转角图2下止点为初始位置的变化规律——斜盘转角缸体2各个柱塞运动所产生的瞬时流量然而，以上止点为初始位置时，如图3所示，当斜盘转角在0。～60。范围内，柱塞腔从B口经=警to)tanl警c卜tl过过渡区，容积减小，压力P升高，而后与压力较高的A口接通，缓解了压力冲击，同理，在A口式中，g2为缸体2柱塞瞬时流量，仍为缸体2的到T口和T口到B口，都有同样缓冲效果；当斜盘柱塞1的转角。转角在60。～120。范围内，柱塞腔从B口经过渡流量脉动程度用流量不均匀系数衡量区，容积增大，压力P降低，而后与压力较低的qmax-qmi．(4)A口接通，同样缓解了压力冲击，在A口到T口和：——ma，【T口到B口有同样的缓冲效果。式中g一——液压变压器最大瞬时流量gII1iIl——液压变压器最小瞬时流量两个缸体之间的相位关系用式(5)表示l=仍l+(5)式中，％为两缸体之间的相位差，其取值为180。／Z，即保证所有的柱塞均匀分布。在计算时，假定每个缸体对应的柱塞数量为9，由此旋转斜盘式液压变压器输出流量不均匀系数变化规律如图4所示。从图4可知，在斜盘转角小于100。时，新型液压变压器使得输出流量不均匀系数减小了约图3上止点为初始位置的变化规律40％，随着转角的继续增大，输出流量不均匀系数综上所述，旋转斜盘式液压变压器宜将上止点趋于一致，其原因是B口排量趋向于零，最大瞬时与A口中点重合时作为斜盘初始位置，此有利于减输出流量和最小瞬时输出流量绝对值趋于相等，但小液压变压器工作过程中的压力冲击和振动噪声。方向相反。 学兔兔www.xuetutu.com 学兔兔www.xuetutu.com机械工程学报第49卷第22期表试验仪器表要优化的方面，未来实际使用效率有望进一步提高。出旋转斜盘式液压变压器的三个工作油口A、B、T分别与恒压油源的管路联接，其中A口接恒油源斜盘转角／(。)的高压供油管路，恒压油源通过恒压泵和蓄能器调图8缸体转速变化对变压比的影响曲线定试验所需的压力；B口输出油液经溢流阀加载，溢流油液回到恒压油源的油箱；为保证液压元件各个油口的流量守恒关系，T口连接低压油源，保证对液压变压器进行充分的补油。试验测试得到的变压比曲线如图7所示，其中A口压力为10．0MPa，缸体转速为800r／min。从图出7可知，旋转斜盘式液压变压器的变压比随斜盘转角的变化而连续变化，且调压范围较大，结果表明采用旋转斜盘式结构，显著扩大了变压器的调压范围。变压比试验值与理想值变化趋势基本一致，但试验值曲线比理想值曲线滞后。在斜盘转角为60。时，理想变压比为1．0，而在试验中，斜盘转角为72。时，变压比才达到1．0。图9A口压力变化对变压比的影响曲线4O哩想值／在启动阶段，受各接触位置静摩擦力的影响，35在斜盘缓慢转动到30。附近时，旋转体才开始启动3O并高速旋转，此后当斜盘转角减小到12。～15。25．试验值{／|／时，在空载状态下，旋转体仍能维持稳定运转，而蓄2oII／／／在小于12。时，旋转体停止转动。这表明在启动阶15，段，旋转体需要较大启动转矩才能开始旋转，而当：／，／／10旋转体转速升高后，摩擦力则迅速减小，较小的斜O5一_＼＼l＼I盘转角也能维持回转体旋转。O204O6O801001206结论斜盘转角／(。)图7变压比曲线本文提出了一种新型小流量脉动低噪音液压图8和图9分别为缸体转速和A口压力对变压变压器，其采用旋转斜盘式双缸体结构形式。新型比影响的试验结果。随着转速升高，变压比有减小液压变压器变压比的调整通过旋转斜盘，以改变斜的趋势。当A口压力增加时，液压变压器的变压比盘转角实现，通过合理匹配初始位置和增加柱塞数会有相应的增加，且其转角越大，A口压力对变压量，减小了流量脉动和噪声，同时采用蜗轮蜗杆传比的影响越明显。样机试验测试的最高效率达到了动控制斜盘转角，使变压控制操纵机构结构紧凑，75％，鉴于在配流盘设计、摩擦力控制方面还有需克服了旋转配流盘式液压变压器的缺点，基本试验 学兔兔www.xuetutu.com2013年11月吴维等：双缸体旋转斜盘式液压变压器特性分析149结果表明新结构在调压范围和噪声控制上拥有distributionpairs[J]．ScienceinChina，2008，38(1)：优势。95．102．【10]徐兵，马吉恩，杨华勇．液压变压器瞬时流量特性分析参考文献[J]．机械工程学报，2007，43(11)：4449．[1]TYLERHPTylerfluidintensifier：US，3188963[P]．XUBing，MAJien，YANGHuayong．Analysisof1965．06．15．instantaneousflowratecharacterofhydraulic[2]HERBERTHK，CAMARILLOC．Hydraulictransformer[J]．ChineseJournalofMechanicaltransformer：US，3627451[P]．1971-12—14．Engineering，2007，43(11)：44-49．【3】ACHTENPAJ，ZHAOF，VAELGEM，eta1．[11】杨华勇，欧阳小平，徐兵．液压变压器的发展现状[J]．Transformingfuturehydraulics：Anewdesignofa机械工程学报，2003，39(5)：1-5．hydraulictransformer[C／CD]／／TheFifthScandinavianYANGHuayong，OUYANGXiaoping，XUBing．InternationalConferenceonFluidPower,May28—30，Developmentofhydraulictransformer[J]．ChineseJournal1997，Link6pingUniversity,Sweden，1997．ofMechanicalEngineering，2003，39(5)：1-5．[4]ACHTENPAJ．Hydraulictransformer：Eurpean，【12]ACHTENPAJ，VAELGEM，VandenOEVERJ，eta1．0882181B1[P】．1997-02-24．’shuttle’technologyfornoisereductionandeficiency【5】ACHTENPAJ，ZHAOFValuinglandphenomenaoftheimprovementofhydrostaticmachines[C]／／The7thinnashydraulictransformer[J]．InternationalJournalofScandinavianInternationalConferenceonFluidPower,FluidPower,2000(1)：33-42．May30-June1，2001，LinkSpingUniversity,Sweden，[6】ACHTENPAJ，TITUSvaildenB，JOHANVandenO．2001．Dedicateddesignofthehydraulictransformer[C]／／The[13】姜继海，卢红影，周瑞艳，等．液压恒压网络系统中液3rdInternationalFluidPowerConference，March5-6，压变压器的发展历程[J]．东南大学学报，2006，36(5)：2002Aachen，Germany,2002：233-248．869．874．[7】欧阳小平，徐兵，杨华勇．拓宽液压变压器调压范围的JIANGJihai，LUHongying，ZHOURuiyan，eta1．新方法[J]．机械工程学报，2004，40(9)：28-32．DevelopmentofhydraulictransformerinconstantOUYANGXiaoping，XUBing，YANGHuayong．。Innovationmethodofwideningadjustablepressurerangepressurerailsystem[J]．JournalofSoutheastUniversity,ofhydraulictransformers[J]．ChineseJournalof2006，36(5)：869-874．MechanicalEngineering，2004，40(9)：28—32．[14】丛庄远，刘震北．液压技术基本原理[M】．哈尔滨：哈尔[8】刘成强，姜继海，于彩新，等．新型液压变压器的研究滨工业大学出版社，1989．现状及展望[J】．液压与气动，2010(3)：40-42．CONGZhuangyuan,LIUZhenbei．FundamentalsofLIUChengqiang，JIANGJihai，YUCaixin，eta1．hydraulictechnology[M]．Harbin：HarbinInstituteofResearchstatusandprospectofnewtypehydraulicTechnologyPress，1989．transformer[J]．ChineseHydraulics&Pneumatic。2010(3)-40-42．作者简介：吴维，男，1983年出生，博士，副教授。主要研究方向为车[9】欧阳小平，杨华勇，徐兵，等．新型配流副液压变压器辆流体传动与控制技术、液压自由活塞发动机技术、高速滚动轴承润滑研究[J】．中国科学，2008，38(1)：95-102．技术。OUYANGXiaoping，YANGHuayong，XUBing，eta1．E-mail：wuweijing@bit．edu．cnResearchonthehydraulictransforiflerwithnew