液压变压器研究

由于液压传动没有机械传动、电力传动效率高,在竞争中处于劣势;液压传动必须寻求新的液压系统结构和液压元件来提高效率,恒压网络二次调节系统是近年来发展起来的一种新型液压系统,它具有高效、结构简单等诸多优点,但是由于缺少高效的液压元件,因此没能得到推广应用。液压变压器是在恒压网络下发展起来的一种新型压力流量控制元件,集泵和马达功能为一体,按负载需要实现液压系统压力的调节。与传统的阀控压力比较,它具有效率高、结构简单、可实现多负载独立控制等优势,在工程机械、矿山机械等多负载系统中有广泛应用前景,已成为国内外液压行业压力控制元件研制的热点。 本文采用结构设计、理论分析、流场仿真、运动学仿真和实验研究相结合的方法,对液压变压器开展了研究。为拓展液压变压器调压范围,提出了一种新型液压变压器结构。建立了缸体—配流盘、配流盘—后端盖两种配流副之间的压力场数学模型,并据此对液压变压器进行设计和校核,满足最佳配流和强度要求。采用CFD对液压变压器内部三种配流副的流场进行了仿真,仿真结果较好地反映出液压变压器内部流场地变化情况,从而为液压变压器优化设计探索了一种新途径。液压变压器的瞬时流量仿真分析表明高流量脉动是其产生高噪声的主要原因。瞬时扭矩的仿真分析表明,在θ≤15°时,其瞬时驱动扭矩在正负值之间跳动,脉动率高,是其产生低速稳定性差、存在运动死区的主要原因。实验研究表明,所设计的液压变压器能够实现油源压力的调节,压力调节范围为0～1.2;其排量大小由控制角度决定,不受转速、负载的影响,实验与仿真结果吻合;液压变压器输出压力由配流盘控制角度决定,同时受负载大小的影响。本文研究成果对液压变压器的进一步研究具有较大的理论和实验价值。 论文主要研究内容如下: 第一章,阐述了液压变压器的发展背景和研究现状,论述了液压变压器需要解决的关键性技术问题,液压变压器的广泛应用前景;概述了本课题研究的意义和目的;概括了本文的主要研究内容。 第二章,对Innas液压变压器存在的缺陷进行了分析;为拓展液压变压器的调压范围,提出了一种新型结构,并进行结构设计;建立了缸体—配流盘之间、配流盘与后端盖之间的压力场数学模型,并据此对液压变压器进行设计与校核,计算结果满足最佳配流和强度要求。 第三章,利用Fluent流场仿真软件,对液压变压器三个关键配流副(配流盘—后端盖,配流盘—缸体,缸体—柱塞)的流场进行了初步的二维和三维仿真分析,给出了配流盘控制角度为60°下的仿真结果。通过网格优化和合理的模型选择,仿真结果可以较好地反映出流场变化情况;说明能够利用Fluent实现对液压变压器的进一步优化设计。 第四章,建立了液压变压器的平均流量、瞬时流量、瞬时驱动扭矩、压力比等的数学模型,并对上述模型进行了仿真分析。仿真结果表明液压变压器排量由控制角度决定;液压变压器槽口瞬时流量波动较大,是其产生高噪声的本质原因;当θ≤15°时,瞬时驱动扭矩在