德國REXROTH柱塞泵配油盤結(jié)構(gòu)設(shè)計分析
德國REXROTH柱塞泵在配油盤結(jié)構(gòu)設(shè)計中缸體的平衡與配流困油瞬變沖擊是主要矛盾，是設(shè)計中的主要考慮因素。液壓柱塞泵的配流噪聲與其配流結(jié)構(gòu)直接有關(guān)，對配流結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是降低配流噪聲的主要途徑之一，設(shè)計上使轉(zhuǎn)換過程中柱塞腔壓力變化平緩所采取的措施是：一方面把配油盤相對斜盤偏轉(zhuǎn)一個角度，即對缸體柱塞腔孔內(nèi)的液壓油進行預(yù)升壓或預(yù)降壓，減小配流時柱塞腔孔與排油槽或吸油槽之間的壓差；另一方面是在預(yù)壓縮角內(nèi)加阻尼槽、阻尼孔，通過阻尼槽、阻尼孔向缸孔中慢慢導(dǎo)入或排出高壓油，盡量延長配流所需的時間，達到減小壓力變化速度的目的[3]。
偏移了吸排油腔位置的預(yù)升壓或預(yù)釋壓結(jié)構(gòu)配油盤，是一種不對稱結(jié)構(gòu)，它限制了液壓泵的逆轉(zhuǎn)。除此之外，由于Δφ1和Δφ2與壓差(ps-po)和斜盤傾角β有關(guān)，因此，當(dāng)壓差和傾角偏離額定工況后，吸排油腔的位置便不適合了，以致不能再壓力的平緩變化。針對這個問題，可將斜盤軸線偏轉(zhuǎn)一個角度加以改進，將配油盤的配流角度做成可隨工作壓力變化自動進行調(diào)整，但這種形式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實現(xiàn)。此結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是確定Δφ2和Δφ1與配流噪聲的關(guān)系，以得到Δφ2和Δφ1的值。這種結(jié)構(gòu)適用于工作參數(shù)固定的軸向柱塞泵。
所示，在排油腔和吸油腔的前沿開設(shè)油孔，以使排油腔或吸油腔的壓力平緩作用于缸體柱塞腔內(nèi)，從而避免壓力的急劇變化，不過，通常都是采用將吸排油腔偏移并同時開設(shè)油孔的方法，如圖5所示。N—N為斜盤中心線，oy為配流盤中心線，c為阻尼孔，d2段為變節(jié)流孔，d1段為固定節(jié)流孔，該孔與壓排腔腰形槽相通。阻尼孔c中的d1段和d2段起組合作用，開始d2段起作用，隨后d1段起作用。當(dāng)缸體柱塞腔吸排油口從對稱于N—N斜盤中心線的位置轉(zhuǎn)到與排油腔接通的過程中，該缸體柱塞腔中的油液一方面由于預(yù)壓縮而使其壓力升高；另一方面由于排油腔的油亦通過阻尼孔c進入其中使壓力升高，從而能減少壓力沖擊，降低噪聲。
德國REXROTH柱塞泵所示的配油盤還是一個負重疊型配油盤，缸體窗口的包角α′大于兩腰形槽之間的過渡區(qū)間距角。這時不存在密封區(qū)，容積效率比正重疊型配油盤低些。在機床等要求低噪聲的工況下，可采用此種結(jié)構(gòu)形式。
德國REXROTH柱塞泵為了能夠協(xié)調(diào)配流噪聲的各影響量，達到比較的配流噪聲控制效果，配油盤的阻尼結(jié)構(gòu)采用在高、低壓腰形槽的始端設(shè)置三角阻尼槽的形式，槽的橫切面有逐漸變化的和固定不變的兩種。阻尼槽的形狀及尺寸都直接影響到泵的降噪效果。以柱塞腔壓瞬變過程的數(shù)學(xué)分析為理論依據(jù)，應(yīng)用現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù)中的化設(shè)計原理，對缸體旋轉(zhuǎn)式軸向柱塞泵配油盤具有兩種寬度夾角的雙級三角阻尼槽進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分析(圖5)。
德國REXROTH柱塞泵阻尼孔為節(jié)流孔形狀的配油盤
德國REXROTH柱塞泵三角形眉毛槽的配油盤
德國REXROTH柱塞泵由于影響配油盤結(jié)構(gòu)的主要尺寸為三角阻尼槽的負遮蓋角θ1、三角槽級寬度夾角β1、三角槽結(jié)束角度θ2、三角槽級所占分度角θ和三角槽二級寬度夾角β2，配油盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的設(shè)計變量X具有五維，即
\[X = {\{ {\theta _l}、{\beta _1}、{q_2},、\theta 、{\beta _2}\} ^T}\] (6)
根據(jù)配流盤各結(jié)構(gòu)尺寸間的幾何關(guān)系及優(yōu)化運算的可行性要求，設(shè)計變量X還要受到若干幾何約束條件和運算可行性約束條件的限制。配流過程的特征量主要為柱塞腔壓力調(diào)量Δp、流經(jīng)配油盤阻尼槽的流量qg、壓力變換時間Δt和壓力變化梯度等，其中，Δp如果太大，會導(dǎo)致過大的壓力沖擊，引起較大噪聲；qg如果太大會導(dǎo)致過大的流量脈動，引起較大流體噪聲。用Δp和qg直接表征配流噪聲。所以優(yōu)化設(shè)計的基本原則定為：同時控制流量qg峰值和壓力調(diào)量的大小，這時，優(yōu)化設(shè)計的目標函數(shù)為:
\[F\left( x \right) = \Delta {p^2} + q_g^2\] (7)
配油盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計問題是一個五維非線性約束優(yōu)化設(shè)計問題，由于目標函數(shù)F(x)具有非線性程度大、求導(dǎo)困難及數(shù)值計算量大等特點，可采用直接優(yōu)化方法中的復(fù)合形法來求解，并編制相應(yīng)的計算軟件。
德國REXROTH柱塞泵是采用節(jié)流孔形狀的阻尼孔，圖5是采用三角形眉毛槽作阻尼槽的。
兩種阻尼形式的配油盤其泵的噪聲在輸出壓力變化時,噪聲變化趨勢基本一致，但在泵的排量變化時，兩者相差較大。采用三角形眉毛槽作阻尼槽結(jié)構(gòu)形式的缺點是工藝性不夠穩(wěn)定，因而泵的噪聲水平也不夠穩(wěn)定。另外,在柱塞進入眉毛槽的前三分之一時，由于其緩沖過流面很小，泵的轉(zhuǎn)速高，這部分過渡角不但緩沖效果不，而且在高壓差下的小孔節(jié)流會產(chǎn)生氣穴，伴隨有氣穴噪聲產(chǎn)生德國REXROTH柱塞泵如在三角眉毛槽的尖部加了一個小圓孔。這樣柱塞腔進入小圓孔區(qū)域時，阻尼槽相當(dāng)于固定阻尼孔，此時的節(jié)流面積遠比單一三角槽結(jié)構(gòu)尖部的過流面積大。從而充分利用了過渡角前三分之一的緩沖作用，同時克服了小孔節(jié)流氣穴及其引起的節(jié)流氣穴噪聲。此結(jié)構(gòu)適用于工作參數(shù)固定的軸向柱塞泵,除了可以將上述三種結(jié)構(gòu)一起使用外，還可采用多阻尼槽復(fù)合結(jié)構(gòu)。例如四阻尼槽結(jié)構(gòu)(圖6)。
德國REXROTH柱塞泵構(gòu)壓力變化曲線
這個結(jié)構(gòu)在液壓泵工作參數(shù)變化范圍較大時，也仍然有效。正確使用該結(jié)構(gòu)，選擇的參數(shù)，可有效消除氣蝕，避免液壓沖擊。
德國REXROTH柱塞泵旋轉(zhuǎn)式軸向柱塞泵降低配流噪聲的結(jié)構(gòu)很多，但一般來說應(yīng)滿足下述要求。
1) 在缸孔從吸油槽轉(zhuǎn)向排油槽的配流過程中，缸孔內(nèi)的壓力應(yīng)是連續(xù)升高的，沒有階躍性的突變及正的調(diào)峰值壓力；
2) 缸孔內(nèi)的壓力變化速度應(yīng)盡可能小；
3) 在缸孔從排油槽轉(zhuǎn)向吸油槽的配流過程中，沒有負的調(diào)峰值壓力；
4) 避免低壓，過低的壓力會產(chǎn)生氣蝕，使缸孔內(nèi)油壓的升壓過程變短，增大壓力變化的速度。
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