三柱塞式液压增压器结构参数的合理选择

2015年10月机床与液压Oct.2015第43卷第19期MACHINET00L2HYDRAULICSVol.43No.19DOI:10.3969/j.issn.1001-3881.2015.19.039三柱塞式液压增压器结构参数的合理选择邓斌，谭红，柯坚，刘桓龙，王国志(西南交通大学机械工程学院，四川成都610031)摘要：对一种新型的三柱塞式连续液压增压器进行分析，确定了影响其增压器增压性能的关键结构参数；建立了该增压器的系统仿真模型，仿真结果表明该型增压器的二次压力存在冲击；通过多组结构参数组合的仿真分析，以降低增压器二次压力冲击为目标，获得了该增压器比较合理的结构参数。关键词：增压器；结构参数；增压特性；三柱塞式中图分类号：TH137.8文献标志码：A文章编号：1001-3881(2015)19-164-4ReasonableChoiceofStructuralParametersofThree-cylinderTypeHydraulicTurbochargerDENGBin，TANHong，KEJian，LIUHuanlong，WANGGuoziii(SchoolofMechanicalEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，ChengduSichuan610031，China)Abstract：Anewkindofthree-cylindertypecontinuoushydraulicturbochargerwasanalyzed.Thestructuralparameterswhichmightinfluencetheturbocharger’sboostingpressurespecialityweregotten.Thesimulationmodelofitssystemwasbuilt.Thesimulationresultswereexplainedofthehydraulicturbocharger’ssecondpressureexistedoftheshockwave.Aimedtodropthesecondpressureshockwaveoftheturbocharger，bysimulatedanalysisofthemodelswithdifferentgroupsofstructuralparameters，thequitereasonableturbochargersstructuralparametersaregotten.Keywords：Turbocharger；Structuralparameters；Boostingpressurespeciality；Three-cylindertype〇前言三柱塞式液压增压器是一种新型的连续型液压增压器，它通过3个增压缸的交替进、回油完成连续增压。增压器中关键结构参数决定了其增压性能，在满足设计要求的情况下，较好的结构参数组合，有助于提高增压器的增压特性。1三柱塞式液压增压器结构及工作原理如图1所示为三柱塞式液压增压器的系统原理图。增压器主要是由旋转斜盘1、滑靴2、柱塞套3、摆动盘4、进油端盖5、配流盘6、三根增压柱塞7、柱塞缸体8以及增压缸高压腔出口阀组组成。3个增压缸配流，通过摆动盘中心孔与配流盘上3个配流窗口的交替接通，实现3个增压缸的交替进、回油，完成连续增压。2三柱塞式液压增压器关键结构参数的确定在增压器的进口压力1和进口流量M-定的情况下，增压器性能的结构参数决定了出口压力1、出口流量M以及转速3。2.1增压器出口压力和出口流量三柱塞式液压增压器是由3个相同增压比的柱塞式增压缸构成，其增压比与单个增压缸相同。图2柱塞式增压缸原理图如图2所示，为单个柱塞式增压缸原理图。根据静压平衡有：图1三柱塞式液压增压器系统原理图给增压器的Pin口供液压油，液压油经摆动盘中心孔流至配流盘，配流盘上有3个配流窗口，分别给式中：/为柱塞大端直径;2为柱塞杆直径；2为柱塞小端直径。收稿日期：2014-09-03作者简介：邓斌（1964—)，男，教授，主要研究方向为机电液一体化。E-mail:bind@home,swjtu.edu。第19期邓斌等！三柱塞式液压增压器结构参数的合理选择•165-由式⑴得:式中！@即为增压缸增压比。在增压比一定的情况下有!2.2增压器转速如图3所示为开始进油增压缸的柱塞在斜盘轴线与进油端盖中心轴线所在平面内的剖视图。图中/为斜盘轴线与中心轴线间夹角，即斜盘倾角；/为柱塞所在分度圆直径；2为柱塞小端直径。斜盘转动一周此增压缸高压腔排出高压油的体积h同：由此增压器排量；为：32丁$2tany/f(5)排量与出口流量关系式为：M:3;转速3为：(6)_M_M_4M(7)；3$(/2-22)tany/f根据式⑵、（3)、（7)可知:在增压器的进口压力1和进口流量M-定的情况下，其出口压力1和出口流量M与增压缸柱塞大小端直径/、2以及柱塞杆直径2有关，而转速3除了与柱塞尺寸参数/、2有关外，还与斜盘倾角/以及柱塞所在分度圆直径/有关。在增压器的进口压力1和进口流量M-定的情况下，影响增压器增压特性的结构参数为：柱塞大小端直径/和2,柱塞杆直径2,斜盘倾角/以及柱塞所在分度圆直径/。3三柱塞式液压增压器仿真3.1仿真模型:丁$22tany/f在AMESim中建立如图4所示的三柱塞式液压增压器的液压系统仿真模型。•166-机床与液压第43卷0.000.200.400.600.801.00时间/s图5增压缸高压腔出口流量仿真曲线图波动可以提高增压器的性能。4三柱塞式液压增压器液压关键结构参数的合理选择液压增压器的基本参数为进口压力、进口流量、出口压力、出口流量和转速。该增压器的进口压力为6MPa，进口量为8L/min，出卩压力为22MPa，出口流量为29L/min，转速为160r/min。在改变结构参数时，保持液压增压器的基本参数不变。⑴增压缸柱塞面积在柱塞大端原直径/为40mm的基础上，增加35、45和50mm3种尺寸，得到相应的3组新的关键结构参数的组合，如表2所示。表2不同柱塞直径时的结构参数//mmd/mm2’/mm/(〇)/f/mm35179195540205136045235106250255863仿真结果如图7所示。系统仿真参数的设置如表1。表1三柱塞式液压增压器液压系统模型主要参数柱塞大端直径/mm40柱塞小端直径/mm20柱塞杆直径/mm5柱塞大端长度/mm20柱塞小端长度/mm20柱塞分度圆直径/mm60斜麵角/(°)13斜盘转动惯量/(10_4bg-m-2)7.6电机转速/(/-min-)1000液压泵排量/(mL-/1)20液压泵出口压力/MPa_________63.2仿真结果对模型进行仿真，仿真时间为1C得到增压器3个增压缸高压腔出口的流量、压力曲线，如图5、6所示〇00.20.40.60.81时间价图7不同柱塞面积下的增压器出口压力曲线图从图7可以看出，当柱塞大端直径//50mm时的压力冲击幅值较小，压力特性较好。(2)斜盘倾角在原斜盘倾角/同13。的基础上，增加10°、16。和19°3种尺寸，得到3组结构参数的组合，如表3所示〇表3不同斜盘倾角时的结构参数/(〇)//mm2/mm2/mm/f@mm104623560134020560163819554193617550仿真结果如图F所示。0.000.200.400.600.801.00时间/s图6增压缸高压腔出口压力仿真曲线图图5中流量为正表示增压缸高压腔流出高压油，流量为负表示增压缸高压腔从油箱吸油。从图5和6中可以看出增压器出口流量连续，且出口压力值稳定在22MPa左右，进口压力值为6MPa，增压比为3.67。从压力仿真曲线上可以看到!在每个增压缸开始进油和结束进油时都会出现-个尖峰，说明在增压器正常工作情况下，每个增压缸在换向时增压器的二次压力都会出现波动。减小出口压力费dM/-Rm鉬田袍l,c^L义■■■疒.SS•6/_燒钽田袍®dM/^-Rm.n壬離m班00.20.40.60.81时间r/s图9不同柱塞分度圆直径下的增压器出口压力曲线图从图9可以看出，当柱塞分度圆直径/为70mm时的压力冲击幅值较小，压力特性较好。比较3组压力特性较好的仿真曲线如图10所示。在的结构参数组的增压器压力冲击幅值最小，压力特性最好。综上，当增压器的进口压力1和进口流量M-00.20.40.60.81时间r/s图8不同斜麵角下的增压器出口压力曲线图从图8可以看出，当斜盘倾角/同19°时压力冲击幅值较小，压力特性较好。⑶柱塞所在分度圆直径在柱塞所在原分度圆直径/为60mm的基础上，增加55、65和70mm3种尺寸，得到三组新的结构参数组合，如表4所示。表4不同柱塞所在分度圆直径时的结构参数表f/mm//mm2/mm2/mm//(〇5540205146040205136546235970452359定时，且保证其出口压力1和出口流量M以及转速^基本不变的情况下，对10组不同结构参数的增压器模型进行了仿真，得出的较为合理的结构参数为！柱塞大端直径为50mm，小端直径为25mm，柱塞杆直径为5mm，斜盘倾角为8°，柱塞所在分度圆直径为63mm。此组结构参数下的增压器出口压力波动幅值较小，增压特性相对较好。5结论⑴对一种新型的三柱塞式液压增压器进行分析，确定了影响该型增压器增压性能的关键结构参数；(2)通过多组关键结构参数对增压器二次压力特性的影响的仿真分析，获得了增压器比较合理的结构参数。参考文献：[1]隋文臣.液控双作用增压器的探讨[J].液压与气动，2004(10)：59-61.[2]郑澈，丁代存，单绍福，等.自动连续液压增压器研究与设计[J].液压与气动，2010(5):75-77.[3]隋文臣.自控式双作用增压器的研究[J].煤矿机械，2004(9):106-108.[4]隋文臣.基于普通活塞式液压缸组成的增压器[J].机床与液压，2010(12):72-74，110.[5]王兴洲，徐超，何永森.增压器全液压自动换向装置及其计算方法[J].中南工业大学学报，2001⑴：89-92.*2345678910(上接第173页）[2]樊琳，程东霁，于江海.3*13马氏体不镑钢的加工[J].苏州大学学报，2006,26(6):47-49.[3]杜国臣.3*13不镑钢数控车削加工工艺研究[J].机床与液压，2006(9):84-85.[4]BILH，KIIC7E，TYKKAYAA.E.AComparisonofOr­thogonalCuttingDatafromExperimentswithThreeDiffer­entFiniteElementModels[J].InternationalJournalofMa-chineTools2Manufacture，2010(44):933—944.[5]肖田，王怀峰，武文革.基于AdvantEdge的钛合金Ti6A14V酿速削有元健[J].煤矿几械，2012，33(5):138-140.[6]王怀峰，肖田，武文革.Ti-6A1-4V车削温度的有限元仿真研究[J].机械设计与制造，2012,9(9):48-50.[7]杜国臣.3*13不镑钢数控车削加工工艺研究[J].机床与液压，2006(9):84-85.[8]张柏霖，杨成东，陈长年.高速切削技术及应用[M].北京:机械工业出版社，2002.[9]胡知音，孟广耀，夏海涛.基于正交试验法的GH4169高速铣削表面粗糙度研究[J].制造技术与机床，2011(1):44-46.[10]朱应敏，贾建援，黄春跃.基于全面析因试验设计的永磁微加速度开关接触可靠性分析[J].中国机械工程，2008，19(4):442-446.第19期邓斌等：三柱塞式液压增压器结构参数的合理选择167KPLHMA^mas^miFBm骓mif