基于减少斜盘式轴向柱塞泵噪音的研究

[摘 要] 柱塞泵因流量脉动引起的噪音问题研究是柱塞泵低噪音设计的重要前提，也是柱塞泵噪音控制与治理的依据。由于柱塞泵结构和工作原理的原因，柱塞泵的流量脉动无法避免。因此，研究柱塞泵的流量脉动与其关键设计参数之间的关系，对柱塞泵的低噪音设计和噪音治理具有重要意义。以斜盘式轴向柱塞泵为研究对象，以柱塞泵流量脉动为研究指标，通过建立仿真模型，开展柱塞泵流量脉动与其关键设计参数（柱塞数）之间的细致研究，分析和总结了柱塞泵流量脉动与其柱塞数量的关系。

[关 键 词] 斜盘式轴向柱塞泵；流量脉动；柱塞数

[中图分类号] TH322 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）34-0053-01

一、斜盘式轴向柱塞泵噪音产生的原因

斜盘式轴向柱塞泵是一种含有一定数目的、呈圆周排列的容积式泵。由于斜盘式轴向柱塞泵的结构及其工作原理的原因，斜盘式轴向柱塞泵在运行时难免会产生噪音。

分析斜盘式轴向柱塞泵的结构及其工作过程，轴向柱塞泵的噪音主要有如下几个方面：（1）结构振动引起的辐射噪音；（2）油液由于流量脉动和压力脉动而产生噪音；（3）柱塞泵高速運转过程中，油液产生的气穴而引起的噪音。而这其中，噪音有很大一部分是由于流量脉动和压力脉动引起的，因此，要实现斜盘式轴向柱塞泵的噪音控制或低噪音设计，研究如何降低该类泵的流量脉动和压力脉动是重中之重。引起斜盘式轴向柱塞泵流量脉动的参数有很多，如泵的柱塞数、柱塞直径、斜盘倾角、配流盘的几何形状、油液的弹性模量等，本文主要研究流量脉动与柱塞数量之间的关系。

二、仿真平台及仿真模型的建立

LMS Imagine.LabAMESim是一款集机电液等系统为一体的系统仿真平台，该软件预置了多个仿真元件库，如机械库、控制库、液压库等，借助于AMESim仿真平台，可实现对多学科复杂系统进行建模，并利用建立的仿真模型进行仿真和分析，进而评估设计参数的合理性，并可实现对一些参数的优化和改进。

三、流量脉动与柱塞数之间的关系

柱塞的数量是影响柱塞泵流量脉动的关键参数，国内外许多学者在这方面均做过研究，并得出了重要结论。本文将基于AMESim软件平台所建立的仿真模型，研究柱塞数对泵流量脉动的影响。

（一）设定参数

为使仿真数据具有比较性，针对不同柱塞数的柱塞泵，需使得这些泵的输出流量相等。本文采用调整斜盘倾角的方式来实现。斜盘式轴向柱塞泵的流量公式为：

选取5、6、7、8、9、10六组柱塞数的斜盘式轴向柱塞泵作为仿真对象，仿真参数。

（二）代入仿真

将基本参数代入仿真模型，分别调整柱塞数，得到相应流量脉动仿真结果，如图所示：

从下图可以看出，在不改变其他输入参数的前提下，提升柱塞数目，泵的输出流量提升，这和理论趋势是一致的。利用斜盘式轴向柱塞泵流量脉动率计算MATLAB程序，获取相应的流量脉动率。

在其他输入参数不变的情形下，随着柱塞数的增加，流量脉动率逐渐降低。为了更直观地观察流量脉动率随柱塞数的变化特征，并考查恒定流量与非恒定流量时的流量脉动率随柱塞数变化的异同，将流量脉动率数据画在一张图上，以便观察。无论是恒定流量还是不改变其他输入参数（流量不恒定），流量脉动率均随着柱塞数的增加而逐渐降低，并且，流量不恒定时，在柱塞数为6、7、8、9时，柱塞泵的流量脉动率反而略低于恒定流量时。此外，在流量不恒定时，柱塞数为6时的流量脉动率最高，反而高于柱塞数为5时的流量脉动率；而柱塞数目为7、8、9、10时，流量脉动率呈递减走势，并且降低间隔逐渐变小。

（三）柱塞泵流量脉动与柱塞数的关系小结

斜盘式轴向柱塞泵的流量脉动与其柱塞数有如下关系：

1.流量脉动率随着柱塞数量的增加，一般是逐渐减小的。

2.较之流量恒定的情形，流量不恒定时，随着柱塞数的增加，流量脉动率在柱塞数较低时，流量恒定时的流量脉动率高于流量不恒定时，但随着柱塞数目的提升，两种情形下的流量脉动率趋于一致。

3.流量恒定的情形下，当柱塞数为奇数时，泵的流量脉动率往往与比之多一个柱塞的柱塞泵的流量脉动率非常接近，有时甚至更低，因此在恒定输出流量时，尽量选择使得柱塞数为奇数。

参考文献：

[1]杨华勇，张斌，徐兵.轴向柱塞泵/马达技术的发展演变[J].机械工程学报，2008（10）：1-8.

[2]邱静.低噪声斜盘式轴向柱塞泵配流盘研究[D].西南交通大学，2011.