斜盤柱塞泵滑靴短阻尼孔的計算與仿真*

白國慶,賀志凱

(1.太原學院 機械與電氣工程系,山西 太原 030032;2.太原重工軌道交通設備有限公司,山西 太原 030032)

0 引言

為減小柱塞泵泄漏流量，提高容積效率，同時保證滑靴的支撐剛度與柱塞細長阻尼孔長度的合理性并使其便于加工，滑靴通常設計有短阻尼孔結構，該結構除了可以保證靜壓支撐工作與引流外，更重要的是起到二次節流作用，補償由于壓力比系數減小給泄漏流量增大所帶來的影響[1-4]?；ザ套枘峥讓ζ胶庵蝿偠扰c泄漏流量、油膜厚度與細長阻尼孔長度這兩對矛盾是非常重要的，因此滑靴短阻尼孔直徑的選取尤為重要[5，6]。生產中對該值通常根據經驗或類比法取0.3 mm～0.8 mm，本文通過公式推導與建模仿真，為計算滑靴短阻尼孔直徑提供一種新的方法。

1 短阻尼孔直徑的理論計算[7，8]

1.1 滑靴短阻尼孔壓降理論計算

滑靴短阻尼孔結構簡圖見圖1。

滑靴短阻尼孔處的壓力損失由下式計算：

(1)

其中：Q為通過滑靴短阻尼孔的流量,m3/s;Cp為壓降系數，一般取0.82；dc為短阻尼孔直徑，m;ρ為油液密度，kg/m3;Δp1為短阻尼孔處壓力差，Pa。

1.2 滑靴壓緊系數計算

滑靴受到的分離力Pr1(N)為：

(2)

其中：R1為滑靴工作面密封帶的內半徑，m;R2為滑靴工作面密封帶的外半徑，m;ps為滑靴進口處壓力，Pa。

滑靴受到的壓緊力Pc1(N)為：

(3)

其中：dp為柱塞直徑，m;θ為斜盤擺角，(°)。

1-斜盤；2-滑靴；3-柱塞；4-缸體圖1 滑靴短阻尼孔結構簡圖

滑靴處壓緊系數mc為：

(4)

式(4)中的滑靴壓緊系數mc需保證在1.05至1.1之間。

聯立式(1)～式(4)可得:

(5)

得到滑靴短阻尼孔直徑的計算式后，應用Simulink[9-12]仿真軟件搭建阻尼孔直徑的仿真計算模型，見圖2。

圖2 滑靴短阻尼孔直徑的Simulink仿真模型

2 短阻尼孔直徑取值影響因素分析

2.1 柱塞直徑對短阻尼孔直徑的影響

通過改變滑靴短阻尼孔直徑仿真模型中柱塞直徑的取值，可以得到短阻尼孔直徑與柱塞直徑的關系，見圖3。

由圖3可以看出:柱塞直徑對短阻尼孔直徑的影響較大，柱塞直徑越大，短阻尼孔直徑取值越大。

圖3 柱塞直徑dp與短阻尼孔直徑dc的關系 圖4 滑靴進口壓力ps與滑靴短阻尼孔直徑dc的關系 圖5 滑靴工作面密封帶內半徑R1與短阻尼孔直徑dc的關系

2.2 滑靴進口壓力對短阻尼孔直徑的影響

通過改變滑靴短阻尼孔直徑仿真模型中滑靴進口壓力參數的取值，得到滑靴進口壓力與滑靴短阻尼孔直徑的關系，見圖4。

由圖4可以看出:隨著滑靴進口壓力的增大，滑靴短阻尼孔直徑的取值減小。

2.3 滑靴工作面密封帶內徑對短阻尼孔直徑的影響

通過改變滑靴短阻尼孔直徑仿真模型中滑靴工作面密封帶內徑的取值，可以得到滑靴短阻尼孔直徑與滑靴工作面密封帶內徑的關系，見圖5。

由圖5可以看出：隨著滑靴工作面密封帶內徑的增大，滑靴短阻尼孔直徑的取值增大。

3 實例驗證

某型產品計算滑靴短阻尼孔直徑的相關參數見表1，通過計算與Simulink仿真得到滑靴短阻尼孔直徑，并在產品上進行試驗驗證。

表1 某型產品計算滑靴短阻尼孔直徑的相關參數

3.1 實例滑靴短阻尼孔直徑的計算

通過把表1的數據輸入到Simulink仿真模型中，可得到滑靴短阻尼孔直徑為Φ0.3 mm。

3.2 試驗驗證

該產品滑靴短阻尼孔直徑的值按Φ0.3 mm進行設計制造，通過了廠內200 h壽命考核試驗。

3.3 多型產品的短阻尼孔直徑取值

滑靴短阻尼孔直徑的取值需在一個合理范圍內，應用以上計算方法對6種型號產品進行了短阻尼孔直徑的計算，并對該6種型號產品均進行了壽命考核，其結果見表2。

表2 多種型號產品的滑靴短阻尼孔直徑取值

通過表2可以看出，6種型號產品的滑靴短阻尼孔取值在Φ0.3 mm～Φ1 mm之間。

4 結論

(1) 本文推導了滑靴短阻尼孔直徑的計算公式，并且建立了短阻尼孔直徑仿真模型，為滑靴短阻尼孔直徑取值提供了一種方法。

(2) 滑靴短阻尼孔的取值需在一個合理范圍內，一般在Φ0.3 mm～Φ1mm之間。