AMESim變量泵
關(guān)注創(chuàng)建者：技術(shù)哥 創(chuàng)建時(shí)間：2023-01-13
AMESim變量泵的實(shí)例教程
1.限壓式變量葉片泵
限壓式變量葉片泵是直接利用葉片泵工作容腔內(nèi)的壓力來推動(dòng)定子的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到變量的目的。如下圖一，限壓彈簧7限制了B點(diǎn)處的壓力Pc，C點(diǎn)的壓力為流量為零時(shí)的壓力Pd，調(diào)整限壓彈簧7即可改變轉(zhuǎn)折壓力Pc。
圖一
工作時(shí)，當(dāng)輸出壓力未達(dá)到轉(zhuǎn)折壓力Pc時(shí)，葉片泵以全排量工作，但考慮到泄露，其流量隨著壓力的升高，逐漸降低。當(dāng)工作壓力超過轉(zhuǎn)折壓力時(shí)，輸出流量隨著壓力的升高迅速的下降，直至輸出流量為零。曲線BC段的斜率與彈簧剛度有關(guān)，剛度越大，下降越緩慢。
2.建立模型
了解了其工作原理之后，我們來分析如何使用AMESim對(duì)其進(jìn)行建模。在AMESim中似乎存在限壓式變量泵的模型，但此處我們利用數(shù)學(xué)模型來完成我們需要的變量泵的流量-壓力特性曲線。
圖二
變量泵是通過輸出壓力反饋來實(shí)現(xiàn)不同的輸出流量的。將其流量-壓力特性曲線近似簡(jiǎn)化之后，如圖二，就相當(dāng)于是一個(gè)分段函數(shù)，為此，我們可以建立一個(gè)以壓力為變量的函數(shù)，將此函數(shù)的輸入、輸出同模型的輸入與輸出相互對(duì)應(yīng)，便相當(dāng)于建立起了變量機(jī)構(gòu)部分的數(shù)學(xué)模型。
流量-壓力特性曲線的方程為：
在AMESim中，利用Signal,Control庫，建立模型如下：
圖三
3.仿真
然后我們建立一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，要求泵的全排量為15L/min，容積效率為0.8，轉(zhuǎn)折壓力為10MPa，截止壓力11MPa，來驗(yàn)證我們所建立的模型是否正確。模型中，泵的流量是一定的，圖三中輸出流量其實(shí)不應(yīng)該這么叫，其實(shí)其輸出的是一個(gè)0-1之間的數(shù)，相當(dāng)于輸出的是一個(gè)比例，因此上述方程中的q=1，輸出比例與泵的流量的積才是實(shí)際的流量。
展開 今天我們聊聊變量葉片泵的Amesim仿真。
這篇文章有如下幾個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容：
1、用解析法和數(shù)值法描述了高壓變量葉片泵的幾何形狀，并考慮了不同的泄漏狀態(tài)。
2、同時(shí)基于Amesim的庫文件建立了仿真模型，對(duì)其關(guān)鍵性能參數(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
3、利用有限元分析確定了配流盤的變形量，以便于糾正當(dāng)前的軸向間隙。
4、采用CFD方法對(duì)排量控制閥門的流量系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析。
5、通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該模型的穩(wěn)態(tài)特性和位移控制動(dòng)力學(xué)特性。
對(duì)以上任意一點(diǎn)感興趣的都可以翻看原文“COMPREHENSIVE SIMULATION MODEL OF A HIGH PRESSURE VARIABLE DISPLACEMENT VANE PUMP FOR INDUSTRIAL APPLICATIONS”。
非平衡轉(zhuǎn)子葉片泵是一種結(jié)構(gòu)最緊湊的變量泵，廣泛應(yīng)用于流體動(dòng)力系統(tǒng)中。
在AMESim建立的模型中，泵被離散化為單個(gè)具有均質(zhì)特性的控制體積，這是比較流行的操作方法，因?yàn)樗恍枰苌俚挠?jì)算時(shí)間即可，而且還可以用于系統(tǒng)級(jí)分析。不過，AMESim仿真的結(jié)果還需要通過實(shí)際的樣機(jī)測(cè)試來校準(zhǔn)一些系數(shù)。與此同時(shí)，最詳細(xì)的方法是用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)來表示。但是，它需要非常高的CPU資源。
該文章提出了一種詳細(xì)的高壓變量葉片泵參數(shù)模型。該模型集成了三維有限元和CFD模擬的具體結(jié)果。其中最重要的結(jié)果是配流盤的彈性變形對(duì)軸向間隙補(bǔ)償?shù)挠绊?。一旦通過試驗(yàn)驗(yàn)證，該模型可作為泵的設(shè)計(jì)和優(yōu)化階段的工具。
這里研究的組件是葉片泵，最大排量為48.8cc/rev，最大工作壓力為210 bar。在圖1中顯示了泵芯的截面視圖。該裝置提供了11個(gè)葉片，擁有11個(gè)外部(主要)可變?nèi)萸弧?/span>
展開 2
故障因素AMESim仿真分析
2.1 AMESim模型搭建
根據(jù)液壓泵恒壓控制原理，運(yùn)用AMESim液壓元件設(shè)計(jì)庫HCD建立仿真模型，如圖3所示。
圖3 仿真模型
液壓泵控制模型主要參數(shù)參考泵相關(guān)零件設(shè)計(jì)尺寸設(shè)置，保證了仿真模型與實(shí)際產(chǎn)品的一致性。
2.2 原理分析
由于液壓泵出口壓力超調(diào)是在低溫下出現(xiàn)，當(dāng)液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)大約1分鐘后消失，此時(shí)，油液溫度已迅速上升至常溫狀態(tài)。所以，出現(xiàn)此現(xiàn)象的可能原因?yàn)椋寒?dāng)油液溫度變化時(shí)，其黏度會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，而油液黏度會(huì)影響泵控制機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。
2.3 仿真計(jì)算
當(dāng)油液溫度不同時(shí)，其黏度會(huì)發(fā)生較大的變化，查閱《液壓技術(shù)手冊(cè)》，得到不同溫度下的油液黏度值，如表1所示。
表1 不同溫度下的油液黏度
注：油液密度=833kg/m3，忽略溫度對(duì)油液彈性模量的影響。
油液溫度為40℃時(shí)，油液動(dòng)力黏度為11.7cp，調(diào)定液壓泵恒壓值為18.04 MPa，恒壓變量曲線如圖4所示。
圖4 油溫40℃時(shí)恒壓變量曲線
保持AMESim模型其他參數(shù)不變，調(diào)整油液溫度為-40℃時(shí)，油液動(dòng)力黏度為306.6 cp，恒壓變量曲線如圖5所示。
展開 其工作原理如下：
1.變量泵 2.回位活塞 3.變量活塞
4.電磁換向閥
5.溢流閥 6.流量閥
7.恒壓閥 8.節(jié)流孔1
9.節(jié)流孔2 10.節(jié)流孔3
圖1 PCX控制原理圖
（1）卸荷控制：當(dāng)電磁換向閥不得電時(shí)，電磁換向閥處于中位，高壓油口P與回油口T接通。當(dāng)變量泵不工作時(shí)，變量泵在回位彈簧的作用下處于大排量狀態(tài)，此時(shí)，高壓油通過節(jié)流孔3，一路油經(jīng)電磁換向閥回油箱，一路油與流量閥右端接通且經(jīng)節(jié)流孔1回油箱，當(dāng)變量泵出口壓力與節(jié)流后壓差達(dá)到流量閥開啟壓差時(shí)，流量閥處于左位，變量活塞與出口高壓油溝通，由于變量活塞與回位活塞存在面積差，變量活塞推動(dòng)斜盤擺角減小以使得出口壓力維持在流量閥開啟壓差附近。
（2）一級(jí)壓力控制：當(dāng)電磁換向閥得電，電磁換向閥處于A位時(shí)，高壓油口P與B口接通。當(dāng)變量泵不工作時(shí)，變量泵在回位彈簧的作用下處于大排量狀態(tài)，高壓油經(jīng)節(jié)流孔3后通過電磁換向閥與溢流閥接通。
展開 2
故障因素AMESim仿真分析
2.1 AMESim模型搭建
根據(jù)液壓泵恒壓控制原理，運(yùn)用AMESim液壓元件設(shè)計(jì)庫HCD建立仿真模型，如圖3所示。
圖3 仿真模型
液壓泵控制模型主要參數(shù)參考泵相關(guān)零件設(shè)計(jì)尺寸設(shè)置，保證了仿真模型與實(shí)際產(chǎn)品的一致性。
2.2 原理分析
由于液壓泵出口壓力超調(diào)是在低溫下出現(xiàn)，當(dāng)液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)大約1分鐘后消失，此時(shí)，油液溫度已迅速上升至常溫狀態(tài)。所以，出現(xiàn)此現(xiàn)象的可能原因?yàn)椋寒?dāng)油液溫度變化時(shí)，其黏度會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，而油液黏度會(huì)影響泵控制機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。
2.3 仿真計(jì)算
當(dāng)油液溫度不同時(shí)，其黏度會(huì)發(fā)生較大的變化，查閱《液壓技術(shù)手冊(cè)》，得到不同溫度下的油液黏度值，如表1所示。
表1 不同溫度下的油液黏度
注：油液密度=833kg/m3，忽略溫度對(duì)油液彈性模量的影響。
油液溫度為40℃時(shí)，油液動(dòng)力黏度為11.7cp，調(diào)定液壓泵恒壓值為18.04 MPa，恒壓變量曲線如圖4所示。
圖4 油溫40℃時(shí)恒壓變量曲線
保持AMESim模型其他參數(shù)不變，調(diào)整油液溫度為-40℃時(shí)，油液動(dòng)力黏度為306.6 cp，恒壓變量曲線如圖5所示。
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AMESim變量泵的最新內(nèi)容
1.限壓式變量葉片泵
限壓式變量葉片泵是直接利用葉片泵工作容腔內(nèi)的壓力來推動(dòng)定子的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到變量的目的。如下圖一，限壓彈簧7限制了B點(diǎn)處的壓力Pc，C點(diǎn)的壓力為流量為零時(shí)的壓力Pd，調(diào)整限壓彈簧7即可改變轉(zhuǎn)折壓力Pc。
圖一
工作時(shí)，當(dāng)輸出壓力未達(dá)到轉(zhuǎn)折壓力Pc時(shí)，葉片泵以全排量工作，但考慮到泄露，其流量隨著壓力的升高，逐漸降低。當(dāng)工作壓力超過轉(zhuǎn)折壓力時(shí)，輸出流量隨著壓力的升高迅速的下降
第一作者簡(jiǎn)介：
劉雨（1990-），男，貴州遵義人，工程師，碩士，主要從事液壓泵及馬達(dá)的研發(fā)設(shè)計(jì)工作，就職
于中航力源液壓股份有限公司。
第一作者簡(jiǎn)介：
馬吉光（1988-），男，甘肅蘭州人，工程師，學(xué)士，主要從事液壓泵及馬達(dá)的研發(fā)設(shè)計(jì)工作，供職于中航力源液壓股份有限公司。
今天我們聊聊變量葉片泵的Amesim仿真。
這篇文章有如下幾個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容：
1、用解析法和數(shù)值法描述了高壓變量葉片泵的幾何形狀，并考慮了不同的泄漏狀態(tài)。
2、同時(shí)基于Amesim的庫文件建立了仿真模型，對(duì)其關(guān)鍵性能參數(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
3、利用有限元分析確定了配流盤的變形量，以便于糾正當(dāng)前的軸向間隙。
4、采用CFD方法對(duì)排量控制閥門的流量系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析。
第一作者簡(jiǎn)介：
馬吉光（1988-），男，甘肅蘭州人，工程師，學(xué)士，主要從事液壓泵及馬達(dá)的研發(fā)設(shè)計(jì)工作，供職于中航力源液壓股份有限公司。
