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ATOS阿托斯柱塞泵流量脈動測試和降噪結(jié)構(gòu)
噪聲污染成為世界范圍內(nèi)的環(huán)境問題,在工業(yè)領(lǐng)域尤為嚴重。軸向ATOS柱塞泵是液壓系統(tǒng)主要噪聲源,其流體噪聲能夠激發(fā)相連管道、閥等相關(guān)元件振動,致使整個液壓系統(tǒng)氣動噪聲加劇。泵源流量脈動是軸向ATOS柱塞泵流體噪聲的主要激振源,具有高頻、大流量的特點,由于現(xiàn)有高頻動態(tài)流量計不能直接測試,只能采用間接方法測量。ISO標準“二次源”法是測試容積泵泵源流量脈動的間接方法,該方法基于波的傳遞理論和管道壓力動態(tài)特性,應(yīng)用頻率特性已知的輔助泵、閥等改變被測泵所在測試系統(tǒng)的終端阻抗,通過傳感器同步測試被測泵和輔助泵、閥之間相連管道不同位置處動態(tài)壓力推導(dǎo)泵源流量脈動。

ATOS阿托斯柱塞泵流量脈動測試和降噪結(jié)構(gòu)
方法適用于多種類型容積泵,測試精度較高,但是系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜,當(dāng)傳感器距離是壓力波波長的整數(shù)倍時,不能準確測試泵源流量脈動。因此主要針對軸向ATOS柱塞泵泵源流量脈動進行研究,以獲得一種系統(tǒng)構(gòu)成簡單與全工況精度較高的測試方法,為低敏感度ATOS柱塞泵設(shè)計提供支撐,選題具有重要的理論意義和工程價值。首先建立了ATOS柱塞泵流動特性的多場耦合數(shù)值模型,該模型*引入油膜運動的柱塞副、滑靴副泄漏流量對流量脈動的影響,提高了ATOS柱塞泵流量脈動模型的精度。在出口壓力15MPa、缸體轉(zhuǎn)速1000rpm和斜盤傾角13°時的試驗結(jié)果證實,與傳統(tǒng)數(shù)值模型相比,該模型對泵源流量脈動率預(yù)測精度提高了22.7%。因此該模型計算結(jié)果可以作為分析泵源流量脈動和優(yōu)化降噪結(jié)構(gòu)的參考。然后提出了新的泵源阻抗估值算法和非等徑管道特征參數(shù)計算方法,解決了應(yīng)用輔助泵測試被測泵泵源流量脈動的ISO標準“二次源”法不能準確測試壓力傳感器距離是壓力諧波頻整數(shù)倍工況下泵源流量脈動,將出口管道等效成長直管道的“實用近似”法不能準確測試帶有非等徑管道容積泵泵源流量脈動的問題。通過出口壓力為5MPa-22MPa,轉(zhuǎn)速為400rpm-1500rpm的試驗證實,與ISO提供阻抗估值算法相比,新的阻抗估值算法能估測任意工況下泵源流量脈動,且阻抗估值精度提高了20%；同時修正的“實用近似”法測試精度達到92%以上。因此這些方法提高了測試方法的精度,拓展了現(xiàn)有測試方法的使用范圍。zui后提出了與配流盤緩沖槽結(jié)合的預(yù)壓縮容腔和斜盤交錯角降噪結(jié)構(gòu)的優(yōu)選準則。*應(yīng)用泵源流量脈動變化率差值對預(yù)壓縮容腔邊長差值之比選擇了預(yù)壓縮容腔體積大小,應(yīng)用配流盤對泵源流量脈動峰值和柱塞腔壓力峰值敏感區(qū)初選了預(yù)壓縮容腔引入孔角度和斜盤交錯角。針對排量56的斜盤式軸向ATOS柱塞泵仿真研究表明,這兩個優(yōu)化準則簡化了大范圍工況、多部件結(jié)合降噪結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程。主要研究內(nèi)容如下：給出了ATOS柱塞泵流量脈動研究的目的和意義。針對現(xiàn)有ATOS柱塞泵流量脈動仿真模型精度低、測試方法復(fù)雜等問題,確定了課題的研究內(nèi)容、技術(shù)路線,并總結(jié)了課題的技術(shù)難點,給出了課題研究的目標。根據(jù)ATOS柱塞泵運行原理,搭建了ATOS柱塞泵油液流動特性的多場耦合數(shù)值模型。該模型*考慮引入油膜運動的柱塞副、滑靴副泄漏流量對流量脈動的影響,提高了ATOS柱塞泵流量脈動模型的精度；模型考慮了溫度和壓力對油液粘度的影響,通過質(zhì)量、動量和能量守恒方程計算了ATOS柱塞泵關(guān)鍵油模的壓力場和溫度場；搭建了ATOS柱塞泵測試系統(tǒng)有限元模型。詳述了ATOS柱塞泵流量脈動測試原理和測試平臺搭建需要注意的問題。針對現(xiàn)有“實用近似”法不能準確測試帶有非等徑出口管道ATOS柱塞泵流量脈動的問題,應(yīng)用建立的有限元模型和動邊界理論,計算非等徑管道特征參數(shù),修正了“實用近似”法,以拓展拓展其使用范圍。給出了ISO標準“二次源”法測試數(shù)據(jù)處理過程,獲得了較精確的測試結(jié)果,并實驗驗證了所建立的ATOS柱塞泵流量脈動仿真模型的準確性；提出應(yīng)用阻抗估值帶寬估算泵源阻抗,應(yīng)用線性衰減技術(shù)計算估值帶寬,試驗證實,該方法能夠獲得全工況范圍泵源阻抗。針對提出的修正方法進行了實驗驗證,結(jié)果表明：通過出口壓力為5MPa-22MPa,轉(zhuǎn)速為400rpm-1500rpm時試驗證實：新的阻抗估值算法能估測任意工況下泵源流量脈動,且阻抗估值精度提高了20%。分析了運行工況(包括穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)工況)和油液特性對ATOS柱塞泵流量脈動的影響,給出了不同參數(shù)的影響程度,為降噪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供依據(jù)。

ATOS阿托斯柱塞泵流量脈動測試和降噪結(jié)構(gòu)
針對ATOS柱塞泵流量脈動有限元模型巨大,求解時間過長的問題,應(yīng)用并行求解器快速獲得仿真結(jié)果；引入動邊界理論模擬瞬態(tài)工況下ATOS柱塞泵流量脈動,分析了ATOS柱塞泵流量脈動瞬態(tài)變化。研究了緩沖槽、預(yù)壓縮容腔和交錯角對ATOS柱塞泵流量脈動的影響,給出了配流盤結(jié)構(gòu)與流量脈動峰值對應(yīng)關(guān)系,并提出了帶有配流盤緩沖槽的預(yù)壓縮容腔和交錯角結(jié)構(gòu)優(yōu)化準則。 第七章總結(jié)了論文研究內(nèi)容,給出了ATOS柱塞泵流體噪聲研究結(jié)論,引出了創(chuàng)新點,zui后展望了進一步研究內(nèi)容。