基于运动学和动力学分析的海(淡)水球塞泵的优化设计与仿真研究

摘要

球活塞式海(淡)水液压泵(简称球塞泵)是利用球形物作为活塞的径向液压泵。它是一种结构独特、可以连续实现吸排水的容积泵,能够将电动机或发动机传递的机械能高效率地转化为液压能。球塞泵具有轴向柱塞泵的径向尺寸和径向柱塞泵的轴向尺寸,可靠性和功率密度高,易实现大排量、高转速,可适用于大功率工况。海(淡)水球塞泵是一种结构简单、技术含量高、制造工艺水平要求严格的高科技产品。
　　 本文首先深入分析了球塞泵的运动特性,通过推导椭圆轨道双作用球活塞式液压泵球塞运动的参数方程,得到球塞相对缸孔的位移及其对缸孔瞬时压力角的参数方程,根据仿真结果,指出球塞相对缸孔移动的最大线速度、球塞对缸孔壁的最大压力角等重要运动参数,为球塞泵的优化设计提供运动学依据；其次,本文对球塞泵的流量脉动进行分析,通过推导球塞泵的瞬时流量以及瞬时流量脉动率,得到最佳球塞个数,并对其进行了仿真研究；第三,本文深入分析了球塞泵的动力学特性,通过对椭圆轨道双作用球活塞式液压泵球塞在运动过程中的受力分析,得到吸排水两个过程中椭圆轨道和缸孔侧壁对球塞的压力方程.并根据仿真结果,指出椭圆轨道和缸孔内壁对球塞的最大压力等重要动力参数,为海(淡)水球塞泵的优化设计提供动力学依据；最后,本文结合上述球塞泵的运动学和动力学分析,研制了纯水球塞泵样机,并对该样机进行了试验,验证了基于运动学和动力学理论的球塞泵优化设计方法的正确性和可行性,为进一步开发高性能的海(淡)水球塞泵进行了有益的尝试,奠定了其优化设计的理论基础。