靜液壓泵
關注創建者：匿名 創建時間：2022-01-18
靜液壓泵的實例教程
翻譯：上海安世亞太
前言
靜液壓泵在當今的汽車技術中無所不在，在發動機、變速箱或轉向系統中維持供油。觀察到輸油量增加的趨勢時，空化的物理現象就會對泵的抽吸流量設定一個自然的極限，這個流量極限的預測對汽車供應商行業是一個挑戰。
本文主要研究葉片泵內空化受限流動的數值模擬方法。通過一個2D可行性研究，論證了非定常可壓縮流動、動網格和利用FLUENT中的空化模型等多種CFD技術的結合。對3D水力模擬的發展進行了研究，并討論了3D液壓模擬與1D液壓模擬的關聯。
理論與假設
靜液壓泵是容積泵。泵運行時要抵抗液壓阻力（即流體消耗裝置），會使用幾何位移原理將流體從低壓級（泵的吸入側）輸送到高壓級（泵的壓力側）。泵的基本部件由幾個腔室或葉片單元組成，這些腔室或葉片單元通過機械連接在一個旋轉軸上，并在旋轉軸旋轉的同時周期性地改變其體積。流體輸運的整個過程對于每個腔室來說都可以看作是一個熱力循環。在下文中，我們會假定工作介質是密度為U的幾乎不可壓縮的液體。在吸入側，腔室通過開口孔與泵的吸入通道接觸。在腔體體積膨脹的同時，腔體內的壓力略有下降。這就產生一個壓力梯度，該壓力梯度引起一個流場，該流場用液體填充腔室。同時避免了腔室中出現進一步壓降。在準穩態條件下,由伯努利方程（Bernoulli’s equation）可以很容易地推導出進入室內流體的速度v與吸氣通道內壓力p0與室壓p之間的壓降?p=p0-p之間的關系式：等式（1）
假設橫截面A通常是由時間決定的，進入腔內的體積流量為vA。在單元完全充滿的情況下，體積流量vA精確地補償了單元的體積變化率，等式（2）：
體積變化率的階為Vmaxn，其中n表示泵速度（通常以每分鐘轉數-rpm測量），Vmax是最大單元體積。
展開 M4閥Ls口到泵X口這段管路當作一個固定液阻R2。 圖1中，泵的流量閥彈簧腔與回油管路之間的液阻R3（M4閥各聯中位時Ls在閥上無泄荷回路）。M4閥上壓力最高聯工作壓力通過R1、R2、R3三個液阻連接油箱。
泵 DFR變量控制方式下，M4閥單聯壓力補償器彈簧力的設定值，應該是泵上流量閥彈簧力設定值減去液阻R1+R2上分壓。
2. 泵DFR1假定忽略泵上流量閥泄漏，（與該泵匹配的M4閥尾聯有Ls卸荷回路）。M4閥上壓力最高聯的壓力油到泵上流量閥彈簧腔之間無流量，只是壓力傳遞。
泵 DFR1變量控制方式下，M4閥單聯壓力補償器彈簧力的設定值，應該是泵上流量閥彈簧力。但是這種控制，應考慮M4上梭閥的影響。
四、不同品牌的負載敏感泵和負載敏感多路閥匹配注意事項
最重要的是：
泵上流量閥的彈簧壓力和閥上每聯壓力補償器的彈簧壓力的匹配。
其次是：
任何工況下，泵最大流量應滿足負載敏感多路閥實際所需的最大流量，即不
能流量飽和。
典型工況幾聯同時工作時，各聯的工作壓力不能相差過大，接近最好（液壓系統設計保證），特別是大流量時。
新樣機采用不同品牌的負載敏感系統匹配好后，應全面測試工作時的泵口壓力、閥上壓力最高聯的工作壓力，閥上Ls口壓力，泵上X口壓力。這樣檢驗匹配是否合理。
其他注意事項，參考力士樂推薦標準。
展開 靜液壓傳動部件
靜液壓驅動器包括：
變速箱 -將部件固定到位的靜液壓驅動系統的一部分。它還保持流體傳輸。
補油泵 -補油泵用于提供初始殼體流體壓力并用流體填充回路。
輸入軸 -輸入軸傳輸來自發動機的動力并旋轉補油泵。
軸向柱塞泵 -輸入軸旋轉由軸向柱塞泵產生。它還為電機提供流體，在大多數情況下為油。
軟管 -軟管用于將泵連接到電機。
泄壓閥 -在流體壓力增加的情況下，泄壓閥為流體提供備用路徑。
馬達 -馬達是靜液壓驅動系統的組成部分之一。電機驅動輸出軸。
斜盤 -活塞泵的排量可以使用斜盤來改變。
靜液壓驅動的類型
靜液壓驅動系統有多種分類。根據液壓泵和馬達的配置，靜液壓傳動分為：
串聯配置 -變量泵和恒排量馬達直接串聯連接。
U 形配置 -在這種靜液壓驅動分類中，電機位于泵下方。輸入軸和電機軸的旋轉方向相同。
S 形配置 -與 U 形配置類似，電機位于泵或原動機下方，但位于泵的后面。
分體式配置 -高壓軟管以分體式配置將電機和泵分開。
靜液壓傳動根據傳動比可大致分為兩類：
固定排量靜液壓驅動 -在這種類型的靜液壓驅動中，泵和馬達的排量是固定的。這種靜液壓驅動可以描述為一個簡單的齒輪箱，它將機械能從原動機傳輸到負載。
可變排量靜液壓驅動 -在可變排量靜液壓驅動中，泵或馬達（或兩者）產生可變排量。靜液壓驅動可以是變量泵和固定排量馬達、變量泵和變量馬達、或固定排量泵和變量馬達。可變排量靜液壓驅動有助于調節系統的速度、功率和扭矩。
根據電路設計，靜液壓驅動可分為：
閉路驅動 -來自電機的流體直接進入泵。
展開 這種以泵控為主的方式減少了閥控必然產生的閥口節流損失，特別是在大功率的情況下。節能與功率回收是其特點。靜液壓目前應用還是以驅動輪邊液壓馬達為多，也成功向傳動型變速箱方向拓展。今后應推廣到液壓缸的驅動上，如圖1-62所示的發明專利。但由于需要增加蓄能器以及閉式泵制造難度大等，市場接受度會受影響。但是功率回收方面的優點會被廠商與用戶接受。
今后應在挖掘機、推土機以及各種機械上得到推廣應用。圖1-61是對未來工程機械液壓系統功率回收的設想方案---二次調節回路所采用的靜液壓理念。在2016年的德國寶馬展覽會和美國拉斯維加斯礦業展覽會上，利勃海爾公司展出了世界上最大的靜液壓驅動推土機PR776，功率高達565Kw，現在有六臺PR776在我國西藏5000多米的高原礦山運轉。另外，力士樂公司的靜液壓風扇驅動裝置的推廣與試驗也證明靜液壓系統的優點有風扇轉速與發動機轉速解耦、風扇轉速的無級（比例）控制等，達到節省燃油多達5%、降低噪音等級與靈活布置系統部件等，并且試驗表明比之機械傳動風扇與電離合器風扇性能要更好。
圖1-62 屬于發明專利的靜液壓系統（2013年）
圖1-61 液壓系統二次調節回路功率回收設想方案
靜液壓傳動在拖拉機、牽引車等作業頻繁、低速穩定性高、機械形態復雜、驅動多用戶、電控要求高等的應用場合為宜，油液混合動力的要求給與靜液壓進入汽車領域可能性，能否向其他類似汽車領域的進一步發展也是一個方向。目前靜液壓無極變速箱（圖1-75）已經達到10KW的功率水平，可以展現更大的作用。
圖1-75 液壓無極變速箱（KHS-23）
1.7.2 新原理的數字智能液壓泵與數字智能控制閥
作為傳統液壓元件的泵閥已經基本定型，幾十年來在原理方面基本沒有大變化。
展開 這種以泵控為主的方式減少了閥控必然產生的閥口節流損失，特別是在大功率的情況下。節能與功率回收是其特點。靜液壓目前應用還是以驅動輪邊液壓馬達為多，也成功向傳動型變速箱方向拓展。今后應推廣到液壓缸的驅動上，如圖1-62所示的發明專利。但由于需要增加蓄能器以及閉式泵制造難度大等，市場接受度會受影響。但是功率回收方面的優點會被廠商與用戶接受。
今后應在挖掘機、推土機以及各種機械上得到推廣應用。圖1-61是對未來工程機械液壓系統功率回收的設想方案---二次調節回路所采用的靜液壓理念。在2016年的德國寶馬展覽會和美國拉斯維加斯礦業展覽會上，利勃海爾公司展出了世界上最大的靜液壓驅動推土機PR776，功率高達565Kw，現在有六臺PR776在我國西藏5000多米的高原礦山運轉。另外，力士樂公司的靜液壓風扇驅動裝置的推廣與試驗也證明靜液壓系統的優點有風扇轉速與發動機轉速解耦、風扇轉速的無級（比例）控制等，達到節省燃油多達5%、降低噪音等級與靈活布置系統部件等，并且試驗表明比之機械傳動風扇與電離合器風扇性能要更好。
圖1-62 屬于發明專利的靜液壓系統（2013年）
圖1-61 液壓系統二次調節回路功率回收設想方案
靜液壓傳動在拖拉機、牽引車等作業頻繁、低速穩定性高、機械形態復雜、驅動多用戶、電控要求高等的應用場合為宜，油液混合動力的要求給與靜液壓進入汽車領域可能性，能否向其他類似汽車領域的進一步發展也是一個方向。目前靜液壓無極變速箱（圖1-75）已經達到10KW的功率水平，可以展現更大的作用。
圖1-75 液壓無極變速箱（KHS-23）
1.7.2 新原理的數字智能液壓泵與數字智能控制閥
作為傳統液壓元件的泵閥已經基本定型，幾十年來在原理方面基本沒有大變化。
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還應該利用近年來靜液壓技術驅動技術有三項重大發展：靜液壓機械功率分流無極變速箱的批量制造成為工程機械傳動技術制高點、串聯型油液混合動力技術的靜液壓技術進入汽車產業大門、電控配流的靜液壓泵與馬達研制成功使靜液壓進入電液一體化與信息化大門，從而形成傳動型液壓分支。這一分支包括靜液壓驅動、靜液壓機械功率分流驅動、靜液壓與液力傳動結合、靜液壓與電力傳動結合以及油液混合動力靜液壓驅動。
靜液壓傳動根據傳動比可大致分為兩類：
固定排量靜液壓驅動 -在這種類型的靜液壓驅動中，泵和馬達的排量是固定的。這種靜液壓驅動可以描述為一個簡單的齒輪箱，它將機械能從原動機傳輸到負載。
可變排量靜液壓驅動 -在可變排量靜液壓驅動中，泵或馬達（或兩者）產生可變排量。靜液壓驅動可以是變量泵和固定排量馬達、變量泵和變量馬達、或固定排量泵和變量馬達。
翻譯：上海安世亞太
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靜液壓泵在當今的汽車技術中無所不在，在發動機、變速箱或轉向系統中維持供油。觀察到輸油量增加的趨勢時，空化的物理現象就會對泵的抽吸流量設定一個自然的極限，這個流量極限的預測對汽車供應商行業是一個挑戰。
本文主要研究葉片泵內空化受限流動的數值模擬方法。
還應該利用近年來靜液壓技術驅動技術有三項重大發展：靜液壓機械功率分流無極變速箱的批量制造成為工程機械傳動技術制高點、串聯型油液混合動力技術的靜液壓技術進入汽車產業大門、電控配流的靜液壓泵與馬達研制成功使靜液壓進入電液一體化與信息化大門，從而形成傳動型液壓分支。這一分支包括靜液壓驅動、靜液壓機械功率分流驅動、靜液壓與液力傳動結合、靜液壓與電力傳動結合以及油液混合動力靜液壓驅動。
工程機械對液壓系統的可靠性、高效、節能要求越來越高，因此需要將一些傳統節流系統升級為負載敏感系統。下面以力士樂A10VSO負載敏感泵和M4負載敏感多路閥匹配為例，拋磚引玉，探討不同廠家負載敏感泵和多路閥的匹配問題。
一、力士樂A10VSO負載敏感泵簡介
A10VSO 是一款經典的開式系統用軸向柱塞變量泵，控制方式包含DFR或DFR1控制（DFR和DFR1壓力和流量控制
