基于AMESim的某型三缸单作用柱塞泵的脉动特性分析

供稿| 牛丽光，秦娜，张智慧/NIU Li-guang, QIN Na, ZHANG Zhi-hui

基于AMESim的某型三缸单作用柱塞泵的脉动特性分析

Analysis of the Flow Pulsation of Single Acting Triplex Plunger Pump Based on the AMEsim Software

供稿| 牛丽光1，秦娜1，张智慧2/NIU Li-guang, QIN Na, ZHANG Zhi-hui

内 容 导 读

液压泵能够正常工作，条件之一就是其密封工作腔容积要能够交替变化[1]，正是如此，液压泵不可避免的会存在流量脉动，绝大多数情况下，这种脉动是有害的[2,3,4]，因此研究高压柱塞泵的脉动特性就具有极为重要的现实意义。

本文应用仿真软件AMESim，对某型三缸单作用高压柱塞泵的脉动特性进行了仿真研究，并将仿真结果与理论分析结果进行了对比分析，结果表明仿真模型合理，仿真结果真实可信，这就为对柱塞泵脉动特性进行进一步研究提供了依据。

工作原理

该型号三缸单作用高压柱塞泵常用于某军用产品配套设备，图1为该型柱塞泵的工作原理图，如图所示：三缸单作用高压柱塞泵的曲轴由外在动力驱动，曲轴旋转时通过连杆带动柱塞上下运动。柱塞向上运动过程中，容腔容积逐渐减小，压力逐渐增大，液体通过出水阀压向高压泵出口，而此时由于进水阀处于关闭状态，液体不能通过进水阀流出；当柱塞向下运动时，情况正好相反，此时容腔容积逐渐增大，压力逐渐降低，液体通过进水阀吸入高压泵，此时出水阀则处于关闭状态，液体不能通过出水阀吸入。这样，曲轴每旋转一周，三个柱塞都会往复运动一次，完成一次吸液和压液动作，曲轴连续转动，就会将机械能转化为液体的压力能。

图1 三缸单作用高压柱塞泵工作原理图

数学模型

图2（a）为三缸单作用高压柱塞泵中某一柱塞的运动示意图，图2（b）为不考虑高压泵中曲轴、连杆以及柱塞等的重力影响时某一瞬时的速度矢量图。由图2（b）速度矢量图中速度平行四边形可得：

将上式进行化简，得：

由于：

同理，可求得与其相位相差120°和240°的另外两个柱塞的轴向速度，由 可得三个柱塞的瞬时流量，将瞬时流量相加，在不考虑泄漏的情况下，可得该高压泵的理论瞬时流量q。柱塞泵参数，求的其柱塞面积为 A = 0 .0023m2，将理论瞬时流量q绘制成曲线，如图5中曲线a（实线）所示。

仿真模型

仿真软件AMESim

AMESim软件是专门用于模拟工程系统的仿真软件，该软件尤其适用于液压与气动系统的仿真研究。在AMESim软件中，用符号来表达液压元件的实际功能及其主要规格参数，能够非常方便地构建仿真模型，以进行时域或频域的仿真研究。另外，仿真结果以多种形式显示，能够直观的表达工程系统的运行结果，便于对系统进行分析。因此，采用AMESim软件对该系统进行仿真研究[5]。

图2 某柱塞某瞬时的运动示意图及速度矢量图

图3 三缸单作用柱塞泵单个柱塞轴向速度曲线图

建立仿真模型

基于AMESim仿真软件，建立的仿真模型如图4所示。

仿真结果

将该型号柱塞泵的实际参数输入AMESim软件中进行仿真计算，并将其出口的流量输出，仿真结果如图5中曲线b（虚线）所示。由图5可以看出：仿真结果与理论计算结果吻合，误差在3%以内，据此可以证明仿真模型的合理性，利用AMESim软件对该型号柱塞泵进行仿真研究是完全可行的。

图4 三缸单作用柱塞泵液压仿真模型

图5 理论计算与仿真结果对比曲线图

结束语

柱塞泵的流量脉动是液压系统振动的最主要来源之一，研究泵的流量脉动具有非常重要的现实意义。本文针对某型号三缸单作用高压柱塞泵，运用AMESim软件对其进行了仿真分析，仿真模型合理，仿真结果真实可信；为对该类型的柱塞泵脉动特性进行进一步研究提供了一种新的思路。

[1] 章宏甲，黄谊，王积伟．液压与气压传动．北京：机械工业出版社，2005：67

[2] 苏尔皇．使用蓄能器消减液压系统中脉动的正确方法．工程机械，1981，8：52

[3] 赵克定， 李尚义，罗晓鸣，等．并联和串联囊式蓄能器的理论分析和数字仿真．哈尔滨工业大学学报，1991，2（4）：66

[4] 杨世绵，田振华，韩立强．蓄能器吸收泵压力脉动效果的分析研究．吉林工学院学报，1987，12（2）：19

[5] 李延民，张智慧，张永．液控金属针布包卷机的特性分析．纺织器材，2008，4：1

文章应用专业的模拟工程系统的仿真软件AMESim，对某型三缸单作用柱塞泵的脉动特性进行了仿真研究，并将仿真结果与理论分析结果进行了对比分析，指出利用AMESim软件对柱塞泵的脉动特性进行仿真研究是完全可行的，为对柱塞泵进行分析研究提供了一种新的思路。

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