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斜盤式軸向柱塞泵的流體模擬與分析

摘要"

本文針對斜盤式柱塞泵之設計參數改變,進行流體動態模擬研究。使用PumpLinx軟體建立高壓及高轉速的柱塞泵流體模擬模型,以觀察設計參數改變時流體流動時柱塞腔的壓力變化,及出口流量脈動的比值。研究先針對有無溝槽和有無預壓腔的設定下進行模擬,確認何種設計可以達到較佳的效果,再針對輸出端負載壓力、轉速、預壓腔容積、預壓腔阻尼孔直徑和預壓腔阻尼孔位置等做參數設計變化,進行模擬分析討論。

關鍵詞:PumpLinx、斜盤柱塞泵、流體分析、流量脈動

前言

依柱塞的排列方向不同,分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵兩大類,軸向柱塞泵又分為斜盤式柱塞泵和斜軸式柱塞泵,而斜盤式柱塞泵為此研究主題。斜盤柱塞泵運作時大多數為高壓高轉速,柱塞泵運轉時,有極大的噪音和振動,為了提高其性能和降低出口流量脈動與噪音值,以及增加流動的穩定性,進行斜盤柱塞泵的模擬分析。
液壓泵由於液壓油之高壓流動、旋轉體不平衡等因素,將會造成泵本身之壽命減短[1],故需加以改良。石兆存等人[2]分析柱塞的運動特性,研究柱塞泵柱塞洩漏與流量脈動之間的影響。李玉龍[3]研究軸向配流盤上的參數並優化其設計,且其參數對於軸向柱塞泵有一定的影響。王健宇[4]研究配流盤結構的優化設計可以有效降低柱塞泵噪音。王安麟等人[5]為了降低柱塞泵運作過程中的壓力衝擊,使用CFD模擬研究配流盤結構上的三角溝槽對於流量脈動之影響。李紀衡[6]為了改善柱塞泵出口流量脈動,利用緩衝槽、阻尼孔設計與預壓腔設計進行分析。王冠智[7]為了降低柱塞泵噪音以及提高柱塞泵效能,對配流盤結構設計並參數優化。
以上研究均顯示降低出口流量脈動的重要,配流盤上的結構以及溝槽可以降低出口流量脈動,除了溝槽外,其他參數設計亦可以降低出口流量脈動。此研究先模擬有無溝槽和有無預壓腔的組合設定下,何種組合會達到最佳流量脈動,再針對輸出端負載壓力、轉速、阻尼孔直徑、預壓腔容積與阻尼孔位置等參數,進行模擬後分析,並觀察對出口流量脈動的影響。
 
斜盤柱塞泵的結構與工作原理

斜盤柱塞泵的結構如圖1所示,斜盤與缸體間有一傾斜角α,斜盤和配流盤固定不動,柱塞在底部彈簧和油壓力的作用下,其頭部始終保持與斜盤緊密接觸。由傳動軸帶動缸體旋轉,在斜盤、彈簧和液壓油壓力的共同作用下,迫使柱塞在缸體內作往復運動,總共有9個活塞,各柱塞與缸體間的密封容積便發生增大或縮小的變化,來進行吸油及壓油的動作。...更多內容,請見《機械新刊》雜誌。
 

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