摘 要

为了研究斜轴泵在不同工况下的空化情况，利用计算流体力学软件PUMPLINX对斜轴泵内部流场进行模拟仿真，以得到在不同转速和负载压力下的斜轴泵的空化情况，对斜轴泵的结构问题进行分析研究,提出了相应的措施对斜轴泵的性能进行优化。论文主要研究通过仿真获得在差异工况参数下对斜轴泵运行影响的相关数据，验证理论分析和改进设计的准确性，并为斜轴泵内部的流体压力研究提供参考。

运用CFD进行数值模拟不仅可以获得满足需要的数值,且能够方便的对斜轴泵内部流场中的压力场进行分析。同时为低气蚀且高效的斜轴泵的设计提供了参考，为更好的研究斜轴泵的性能奠定了基础。

关键词：斜轴泵；流场仿真；PUMPLINX

Abstract

This paper based on Computational Fluid Dynamics software for bent axis pump flow field numerical simulation of the distribution of three to obtain the results before and after the improvement of the internal flow field of data,their analysis and comparison.

This paper simulation under different operating parameters for bent axis pump run related data,to verify the correctness and feasibility of the theoretical analysis and improved design,and also provide the reference for the bent axis pump internal fluid pressure research.

It is important to solve trapped oil phenomenon, the leakage of hydraulic pump end and reduce the noise, improve the working pressure and volume efficiency and prolong service life, by changing the parameters.

This paper features: through advantage CFD numerical simulation can not only meet the needs of numerical solution can flow in the reproduction of the image on your computer. In addition, the CFD numerical simulation calculations, you can choose different flow parameters for numerical experiments, such schemes will not be restricted by physical and experimental models, convenient and simple, good flexibility, get complete detailed information. Compared with the laboratory for experimental, save time and cost savings.

Key Words： bent axis pump；flow field simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3研究背景 2

1.4 研究的目的 2

1.5 本章小结 3

第2章 斜轴泵的理论研究 4

2.1 工作原理及结构 4

2.2 基于PUMPLINX仿真研究 5

2.3 模型理论 7

2.3.1 模型概述 7

2.3.2 计算条件 8

2.4 本章小结 9

第3章 斜轴泵流场仿真 10

3.1 斜轴泵模型创建 10

3.2几何模型建立和网格的划分 10

3.3 仿真分析 10

3.3.1拆分、合并和表面重命名 10

3.3.2 划分网格 13

3.3.3 设置边界条件 16

3.4 本章小结 19

第4章 分析与比较 20

4.1出口压力对斜轴泵的性能影响 20

4.1.1不同出口压力的空化程度 22

4.1.2 其他影响因素 22

4.2不同转速对斜轴泵的性能影响 23

4.3空化特性分析 24

4.4 本章小结 26

第5章 总结与展望 27

参考文献 28

致 谢 30

第1章 绪论

1.1目的及意义

近年来，随我国建设发展，更多高质量高要求的工程机械被慢慢投入使用，而工程机械液压设备在整个液压工业中的比重也慢慢增大，轴向柱塞泵由于结构紧凑、功率 密度大、使用寿命长等独特优点在各类机械设备中得到了广泛应用，然而随着对轴向柱塞泵性能要求的不断提高,使得研制具有较低噪声的高速、高压、大流量的轴 向柱塞泵成为主要研究方向,因此如何在提高轴向柱塞泵性能的同时,有效降低柱塞泵噪音成为当前的研究热点^[1]。作为整个液压系统的核心，液压泵质量好坏直接影响到整个液压系统是否会正常运作。和国外先进产品相比，国内液压件行业仍存在较大差距，高技术工程机械以及其他所需的液压产品被国外产品占据了大面积市场^[2-9]。体现尤为明显的便是国内柱塞泵的生产，关键部位譬如配流盘的参数基本都是参考国外的设定数值，自己的设计理论缺乏，使得我国柱塞泵生产企业在国际上竞争力大幅度降低。基于现状，就需迫切提升我国在该领域的研究水平。

本文在诸多因素影响下，通过pumplinx进行数值模拟，对得到的结果进行分析，以其在轴向式柱塞泵的研究中获得有理论意义与实用价值的结论成果。

1.2 国内外研究现状

研究斜轴泵配流过程里柱塞腔室瞬时压力，配流过程空化现象以及泵出口流量脉动，寻求降低配流噪声、油液冲击、气穴含量的方法来提高柱塞泵性能一直是国内外学者探索的课题^[10-14]。日本神奈川大学学者小岛英一(E .Kojima)^[13]实验室研究项目中很重要一部分内容是有关噪声控制的。一方面他们开展了纯水液压元件的气蚀方面研究，重点针对液压阀气蚀研究，将管道动态特性中层流流动模型应用到流量脉动测量当中，采用高低阻抗回路对柱塞泵出口点处压力进行测量，再根据管道模型推算出被测泵流量脉动源和泵源阻抗，该方法要求泵输出管道既要满足高负载阻抗（采用硬管）又要满足低负载阻抗（加蓄能器）两种形式，同时在管道动特性模型应用时又对传递函数进行大量简化，因此这种方法过程较复杂精度也不高。模型分析上主要还是考虑油液的可压缩性，泄露因素以及阻尼槽节流作用，对节流槽区域和腰形槽区域进行分段分析，2000年瑞典皇家学院的Wiklund^[16-19]采用CFD软件运用并行计算的方法对斜轴式轴向柱塞泵吸油特性进行研究，研究手段上有很大突破。首先对进行简单的二维仿真，得到阻尼槽处速度矢量图以及压力等值线图，之后建立柱塞泵三维模型，为减少计算在仿真过程中进行了适当简化，相对二维模型来说已有很大改进，但模型中并未考虑油液可压缩性、泄露等因素影响。可以说这篇文章是将CFD分析方法在柱塞泵领域内的一个初步研究，文中的思路与方法都可借鉴。就目前而言，目前国内多所大学的教授，学者都针对柱塞泵噪声以及脉动冲击的控制进行了一系列研究，近年来这方面研究一直持续，他们分析了泵在配流过程中产生气穴的原因和对泵噪声特性影响，重点对配流盘结构进行优化设计等等。但是就目前而言，对这一方面课题研究仍存在以下问题^[2][15]。

1.通过优化压力冲击与流量脉动的数学模型，可得到关键元件结构对流体噪声影响规律，进而掌握关键元件设计方法，但目前国内对压力冲击和流量脉动与柱塞泵结构参数的关系模型不完善。