液压轴向柱塞泵配流盘气蚀机理

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1、∗液压轴向柱塞泵配流盘气蚀机理刘晓红于兰英刘桓龙柯坚(西南交通大学新型驱动技术中心成都610031)摘要：对轴向柱塞泵配流盘进行了气蚀试验。在试验条件相同的情况下，减压槽处结构不同的配流盘得到了两种截然不同的气蚀破坏结果。针对试验中两种配流盘的配流过程进行了计算流体动力学(Computationalfluiddynamics，CFD)解析，得到了配流盘不同位置的速度分布，以及压力、速度随缸体转角的变化曲线；得出了配流盘发生气蚀的机理，即气蚀不仅取决于配流盘附近的速度和压力大小，还取决于速度的方向——射流角；提出了通过改变配流盘结构，将油液回冲阶段初期的射流角控制在30°~60°内来减少配流盘

2、上气蚀的方法。根据配流盘气蚀产生的机理将油液回冲阶段初期的射流角控制在30º~48º，经过试验，就气蚀破坏来讲配流盘的寿命延长到了原来的4倍多。关键词：轴向柱塞泵配流盘气蚀计算流体动力学射流角中图分类号：TH137现象。与水中的空化现象不同，油中的气化现象是0前言油的压力下降时，原来溶解在其中的过饱和空气分近来，随着液压技术向高速、高压、大功率方离出来的气泡形成的。当发生气化现象时，经常会向的发展，液压元件中的气化现象已经很难避免。有部分金属表面受到侵蚀，即在金属表面产生气蚀。气化现象引起的元件气蚀，成为妨碍该技术进一步这种侵蚀现象发生的原因，被认为是气泡被流体带发展的因素。到高压区发生溃灭

3、时产生的间断性局部高温高压造[1][4]目前，对气蚀的试验研究比较多。MalkaR等成的。通过试验研究了气蚀与腐蚀的相互关系，[2]Al-BukhaitiMA等通过试验研究了射流角对流体气蚀的影响。液压泵是液压系统的心脏，其配流过程中产生的配流盘气蚀是不容忽视的。实际设计和使用中，人们已经认识到配流过程中气化噪声的危[3]害，但对气化引起配流盘气蚀的研究却很少。国外某公司在对轴向柱塞泵配流盘进行气蚀试验时，两种不同结构的配流盘出现了截然不同的结果。针对上述情况，对液压轴向柱塞泵配流过程进行计算流体动力学(Computationalfluiddynamics，图1配流盘结构简图CFD)解析，得

4、到其压力和速度变化，进而研究液压[5]考虑液体可压缩性，气泡溃灭时内部压强为轴向柱塞泵配流盘气蚀发生的机理。3γpi=p0(R0/R)(1)1配流盘结构和试验结果式中：pi——气泡溃灭时气泡内的压强P0——气泡内的初始压强1.1配流盘几何结构R0——气泡初始半径图1显示了试验用液压轴向柱塞泵配流盘的结R——气泡溃灭时的半径构简图。图中n为缸体绕轴旋转的转速，对应箭头γ——气泡内气体的绝热指数方向为缸体转动的方向。工作过程中，随着缸体绕上式表明，当固体边界附近的气泡溃灭时，半泵轴的转动，柱塞在斜盘作用下不断伸缩，实现吸、径R变得很小，气泡中心靠近气泡边界，可认为最排油过程。大压强pmax就在边

5、界附近，峰值非常大。例如，设1.2气化现象与气蚀4p0=0.1MPa，R0/R=20，γ＝1.4，则pmax=2.91×10在流体中，压力过低(低于其空气分离压或饱和MPa。蒸汽压力)时，就会有气泡形成，这种现象称为气化[6]Hickling与Plesset指出，溃灭压强从溃灭中心向外移动时随距溃灭中心的距离r衰减很快。当∗国家高技术研究发展计划(863计划2006AA09Z2006)资助项目。r/R0=2时，溃灭压强减为20~100MPa。而气泡溃灭20070206收到初稿，200708xx收到修改稿。1/3时，发生最大压强点的位置rm=4R=1.587R。e因此，流体在固体边界是否会产生

6、气蚀破坏的c关键在于，气泡溃灭过程中的最大压强是否超过材料强度，以及最大压强是否发生在固体边界附近。高压边界n1.3气蚀试验结果试验过程中泵的工作参数见表1。图2显示了低压边界气蚀试验结果。其中，图2a为泵1连续工作500h(a)整体模型网格划分(b)配流盘网格划分后配流盘的气蚀破坏情况，图2b为泵2连续工作2,000h后配流盘的气蚀破坏情况。结合图1和图2可以看出，泵1工作500h后在吸油腔到排油腔过渡区表面产生很深的蚀坑，而泵2工作2,000h后过渡区表面仍很光滑，几乎看不到侵蚀的痕迹。通过仔细观察和推算发现：泵1配流盘上的蚀坑大概是泵1泵2在缸体转角为13°~16°时形成的。(c)减压

7、槽附近局部网格放大表1泵的工作参数图3网格划分参数值2.2计算条件柱塞数Z/个9因流场随时间变化比较剧烈，需要对轴向柱塞斜盘倾角α/(°)14.3泵进行瞬态分析，在建模过程中对流体状态作了如柱塞窗孔的范围角Ψ0/(°)30配流盘偏转角Φ0/(°)10下假设：①流动介质为40#液压油，其参数如表2所[7]工作压力p1/MPa35示；②流体为可压缩，恒定的牛顿流体（即速度入口压力p2/MPa0梯度变化时，动力粘度