王炳超，王玉林

（青岛大学机电工程学院，山东青岛266071）

斜盘式柱塞泵的脉动特性研究

王炳超，王玉林

（青岛大学机电工程学院，山东青岛266071）

基于AMESim软件，对斜盘式柱塞泵进行详细地建模，通过模拟柱塞泵在不同负载压力、不同柱塞数目、不同转速等情况下，柱塞泵的流量脉动率与压力脉动率的变化，通过研究分析，得出一系列影响柱塞泵脉动特性的影响因素，目的就是通过合理的模拟分析，为控制柱塞泵的流量脉动提供参考。

斜盘式柱塞泵；脉动特性；脉动率

由于柱塞泵所排出的液压油是柱塞组依次挤出的，这种工作特点就决定了柱塞泵必然会存在流量脉动特性［1］。脉动率过大会引起液压系统较大的震荡，造成一系列的不稳定，严重时会损坏液压元件。为此，更加细致地了解影响柱塞泵脉动特性的各项因素就尤为重要了［2］。

1　斜盘式柱塞泵模型的建立

1）斜盘及其运动模型的建立

将斜盘模型转化为超级元件如图1所示，此元件可以传递斜盘的倾角、转速与变量机构所需的扭矩，输入相应的转速、扭矩，可以输出此时斜盘的倾角，柱塞的往复运动的速度与位移。若柱塞泵有n个柱塞，应在n个该元件参数中设置柱塞初始位置：0，360/n，720/n，1080/n，1440/n，……

图1　斜盘及其运动模型

2）柱塞模型的建立

柱塞模型如图2所示，利用AMESim的HCD库对柱塞进行建模，考虑到柱塞与柱塞腔之间的间隙，采用带泄露的阀块进行搭建，通过对柱塞杆施加力、速度、位移参数来完成柱塞吸油排油动作。

图2　柱塞模型

3）配流模型的建立

考虑到柱塞泵在配流过程中，排油口与吸油口的开口面积有个渐变的过程，加上三角槽的过渡作用［3］，直接模拟该配流过程比较困难。采用2个可变节流口来模拟配流，对节流口开口大小的控制信号如图3所示。为了模拟缸体柱塞腔进出排油口与吸油口时的过渡作用，将信号曲线设计成一定倾斜度的线段。当输入信号为0时，表明节流口全关，当输入信号为1时，表明节流口全开。

图3　节流口的输入信号曲线

配流盘的配流模型如图4所示，当柱塞需要吸油时，节流口3打开，节流口4关闭；当柱塞需要排油时，节流口3关闭，节流口4关闭。

图4　配流盘的配流模型

4）液压系统中负载模型的建立

为了更简洁地表示出液压系统中的负载模型（图5），选用了可变节流口代替液压系统的负载。

图5　负载模型

5）整体仿真模型的建立

仿真模型由7个柱塞，配流模型与斜盘及其运动模型（图6）组成，柱塞的运动速度函数为

式中：x为斜盘倾角；y为缸体转角［4］。

图6　整体仿真模型

2　模型仿真与分析

在AMESim的“Parameter mode”模式下，对模型的主要参数进行设置，具体参数如表1所示。

表1　柱塞泵模型的主要参数

柱塞泵的流量脉动率将会引起压力脉动率，所以说柱塞泵的脉动特性是系统中流量的不稳定引起的。液压泵的实际流量q0，最大瞬时流量qmax，最小瞬时流量qmin，流量脉动率：

1）不同节流口开度下的脉动特性

将液压系统中节流口开口直径分别设置为0.25mm、0.5mm、0.75mm、1mm，其他参数不变，比较柱塞泵出口的流量特性，如图7所示。

由仿真结果分析得出：随着负载压力的增加，流量脉动率会随之较小，但是液压系统的流量响应速度会随之降低。对应于不同节流口开度，液压系统的压力特性如图8所示。随着负载压力的增加，压力曲线的震荡幅值会增大，可能会影响液压系统的稳定性，造成严重后果。

图7　节流口开口直径不同时的流量特性

图8　不同节流口开口的压力特性曲线

2）不同转速下的脉动特性

分别将转速设置为1000r·min-1、1500r·min-1、2000 r·min-1，其他参数不变，比较柱塞泵出口的流量脉动特性，如图9所示。通过计算得出不同转速下的流量脉动率，分别为9.94%、6.26%和4.74%。随着转速的增大，流量脉动率随之降低。由此看出，适当提高转速会减小液压系统的脉动特性。

图9　不同转速下的流量特性曲线

3）不同柱塞数目柱塞泵的脉动特性

分别将柱塞数目设置为5个、7个和9个，其他参数不变，比较柱塞泵出口的流量脉动特性，如图10所示。通过计算得出不同柱塞个数柱塞泵的流量脉动率，分别为9.1%、6.22%和4.01%。随着柱塞个数的增加，流量脉动率随之降低。由此看出，适当提高增加柱塞个数会减小液压系统的脉动特性。

图10　不同柱塞个数柱塞泵的流量特性曲线

3　结论

基于AMESim软件，对斜盘式柱塞泵进行详细地建模，通过模拟分析得出：随着液压系统中负载压力的增加，流量脉动率会随之较小，但是液压系统的流量响应速度会随之降低；随着转速的增大或者柱塞个数的增加，流量脉动率随之降低，并且液压系统中流量的响应速度也会增大，有利于液压系统的稳定，但转速与柱塞个数不是越大越好，当柱塞在工作时的线速度越大，越不利于充分地吸油。

［1］刘锦剑，罗红霞.基于AMESim的轴向柱塞泵仿真［J］.上海海事大学学报，2010，31（1）：81-86.

［2］段飞蛟，曹克强，李永林，等.基于AMESim的恒压力轴向柱塞泵动态特性仿真［J］.机床与液压，2008，36（11）：160-166.

［3］刘仙洲，于兰英，李磊.基于AMESim的斜盘斜柱塞泵特性仿真［J］.液压气动与密封，2009（6）：23-26.

［4］余佑官，等.AMESim仿真技术及其在液压系统中的应用［J］.液压气动与密封，2005（3）：28-31.

［5］杨智炜，等.基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵特向仿真［J］.液压气动与密封，2006（3）：33-36.

Pulsating Characteristics of Swash-plate Axial Piston Pump

Wang Bingchao，Wang Yulin
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Qingdao University，Qingdao 266071，China）

Based on AMESim software，the swash-plate axial piston pump was modeled in detail.The changes of flow pulsation characteristics and pressure pulsation characteristics were simulated，especially under the conditions of different pressure，different piston or different speed.By researching and analyzing，the influence factors of pulsating characteristics were obtained.Through the reasonable simulation analysis，the result provides a guide for controlling the flow pulsation.

swash-plate axial piston pump；pulsating characteristics；fluctuation rate

TH322

A

1008-5483（2016）03-0045-03

10.3969/j.issn.1008-5483.2016.03.011

2016-06-03

王炳超（1991-），男，山东泰安人，硕士生，从事液压与电控方面的研究。E-mail：1650657751@qq.com