基于集总参数法的气驱液增压泵性能分析及优化设计

摘要

气驱液增压泵是一种以低压压缩空气为驱动介质，能够自动实现往复运动进而实现高压输出的装置。它综合利用了气动和液压的优点，其增压原理是利用两个独立腔体内端面积不同的大小活塞，通过力的平衡原理，将大面积活塞上的低气压转化成小面积活塞上的高液压。面积比越大，泵的输出压力越高。气驱液增压泵具有结构紧凑、体积小、成本低、输出压力高、工作安全可靠等特点，被广泛应用于机床工业、油气工业、化学及石油化工、国防、矿山、工程机械及航天航空等领域，成为当前气液增压技术重要的研究方向之一。
　　国内对于气驱液增压泵的研究起步较晚，在高压领域可查的研究成果很少。本文以大流量、高增压比的气驱液增压泵为研究对象，采用理论分析、数学建模、仿真分析和试验验证等方法其进行深入研究，首先提出了一种集成阀式的气驱液增压泵结构，然后通过建立其系统仿真模型，对其静、动态性能影响因素进行了分析研究，获得各参数对增压泵性能的作用规律，最后在此基础上对所提出的气驱液增压泵进行了结构优化。仿真与试验结果表明，所开发的气驱液增压泵在气源压力为5Bar（表压）的情况下，最高输出压力为381Bar，额定工控下流量可达23L/min。本文各章节内容安排如下：
　　第一章，介绍了本文研究的背景及意义，分析了气驱液增压泵的研究现状，概括了本文研究的重点与研究内容。
　　第二章，分析了气驱液增压泵的工作原理，并从系统的输出特性出发，对气驱液增压泵的结构进行分析与设计，确定了增压泵初始结构参数。
　　第三章，通过理论分析与计算，了解了影响气液增压泵性能的因素，分别建立气驱液增压泵中气缸和二位四通气控换向阀的数学模型。
　　第四章，通过搭建气驱液增压泵集总参数仿真模型，运用MATLAB/Simulink软件对系统运行过程进行仿真，详细分析了气源压力、换向阀结构、气缸结构及负载压力等参数对增压泵性能的影响规律，获得了优化后的各结构参数。
　　第五章，介绍了气驱液增压泵输出压力/流量测试系统基本原理，利用测试设备对增压泵性能进行测试，分析对比了仿真数据与试验数据，验证了模型的正确性。
　　第六章，总结了全文的主要工作与成果，为未来进一步的研究提供方向。

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第一章 绪论

1.1研究背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题主要研究内容

第二章 气驱液增压泵工作原理及结构设计

2.1 气驱液增压泵的工作原理

2.2 气驱液增压泵主要参数确定

2.3 气驱液增压泵主要部件的结构设计

2.4 本章小结

第三章 气驱液增压泵理论分析及数学建模

3.1 理论分析与计算

3.2 系统数学模型建立

3.3 参数确定

3.4 本章小结

第四章 气驱液增压泵的仿真分析

4.1 仿真软件介绍

4.2 系统仿真模块

4.3 仿真结果及分析

4.4 结果对比

4.5 本章小结

第五章 气驱液增压泵性能试验分析

5.1 试验方案设计

5.2 系统硬件平台搭建

5.3 结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢