斜盘柱塞泵滑靴短阻尼孔的计算与仿真*

白国庆,贺志凯

(1.太原学院 机械与电气工程系,山西 太原 030032;2.太原重工轨道交通设备有限公司,山西 太原 030032)

0 引言

为减小柱塞泵泄漏流量，提高容积效率，同时保证滑靴的支撑刚度与柱塞细长阻尼孔长度的合理性并使其便于加工，滑靴通常设计有短阻尼孔结构，该结构除了可以保证静压支撑工作与引流外，更重要的是起到二次节流作用，补偿由于压力比系数减小给泄漏流量增大所带来的影响[1-4]。滑靴短阻尼孔对平衡支撑刚度与泄漏流量、油膜厚度与细长阻尼孔长度这两对矛盾是非常重要的，因此滑靴短阻尼孔直径的选取尤为重要[5，6]。生产中对该值通常根据经验或类比法取0.3 mm～0.8 mm，本文通过公式推导与建模仿真，为计算滑靴短阻尼孔直径提供一种新的方法。

1 短阻尼孔直径的理论计算[7，8]

1.1 滑靴短阻尼孔压降理论计算

滑靴短阻尼孔结构简图见图1。

滑靴短阻尼孔处的压力损失由下式计算：

(1)

其中：Q为通过滑靴短阻尼孔的流量,m3/s;Cp为压降系数，一般取0.82；dc为短阻尼孔直径，m;ρ为油液密度，kg/m3;Δp1为短阻尼孔处压力差，Pa。

1.2 滑靴压紧系数计算

滑靴受到的分离力Pr1(N)为：

(2)

其中：R1为滑靴工作面密封带的内半径，m;R2为滑靴工作面密封带的外半径，m;ps为滑靴进口处压力，Pa。

滑靴受到的压紧力Pc1(N)为：

(3)

其中：dp为柱塞直径，m;θ为斜盘摆角，(°)。

1-斜盘；2-滑靴；3-柱塞；4-缸体图1 滑靴短阻尼孔结构简图

滑靴处压紧系数mc为：

(4)

式(4)中的滑靴压紧系数mc需保证在1.05至1.1之间。

联立式(1)～式(4)可得:

(5)

得到滑靴短阻尼孔直径的计算式后，应用Simulink[9-12]仿真软件搭建阻尼孔直径的仿真计算模型，见图2。

图2 滑靴短阻尼孔直径的Simulink仿真模型

2 短阻尼孔直径取值影响因素分析

2.1 柱塞直径对短阻尼孔直径的影响

通过改变滑靴短阻尼孔直径仿真模型中柱塞直径的取值，可以得到短阻尼孔直径与柱塞直径的关系，见图3。

由图3可以看出:柱塞直径对短阻尼孔直径的影响较大，柱塞直径越大，短阻尼孔直径取值越大。

图3 柱塞直径dp与短阻尼孔直径dc的关系 图4 滑靴进口压力ps与滑靴短阻尼孔直径dc的关系 图5 滑靴工作面密封带内半径R1与短阻尼孔直径dc的关系

2.2 滑靴进口压力对短阻尼孔直径的影响

通过改变滑靴短阻尼孔直径仿真模型中滑靴进口压力参数的取值，得到滑靴进口压力与滑靴短阻尼孔直径的关系，见图4。

由图4可以看出:随着滑靴进口压力的增大，滑靴短阻尼孔直径的取值减小。

2.3 滑靴工作面密封带内径对短阻尼孔直径的影响

通过改变滑靴短阻尼孔直径仿真模型中滑靴工作面密封带内径的取值，可以得到滑靴短阻尼孔直径与滑靴工作面密封带内径的关系，见图5。

由图5可以看出：随着滑靴工作面密封带内径的增大，滑靴短阻尼孔直径的取值增大。

3 实例验证

某型产品计算滑靴短阻尼孔直径的相关参数见表1，通过计算与Simulink仿真得到滑靴短阻尼孔直径，并在产品上进行试验验证。

表1 某型产品计算滑靴短阻尼孔直径的相关参数

3.1 实例滑靴短阻尼孔直径的计算

通过把表1的数据输入到Simulink仿真模型中，可得到滑靴短阻尼孔直径为Φ0.3 mm。

3.2 试验验证

该产品滑靴短阻尼孔直径的值按Φ0.3 mm进行设计制造，通过了厂内200 h寿命考核试验。

3.3 多型产品的短阻尼孔直径取值

滑靴短阻尼孔直径的取值需在一个合理范围内，应用以上计算方法对6种型号产品进行了短阻尼孔直径的计算，并对该6种型号产品均进行了寿命考核，其结果见表2。

表2 多种型号产品的滑靴短阻尼孔直径取值

通过表2可以看出，6种型号产品的滑靴短阻尼孔取值在Φ0.3 mm～Φ1 mm之间。

4 结论

(1) 本文推导了滑靴短阻尼孔直径的计算公式，并且建立了短阻尼孔直径仿真模型，为滑靴短阻尼孔直径取值提供了一种方法。

(2) 滑靴短阻尼孔的取值需在一个合理范围内，一般在Φ0.3 mm～Φ1mm之间。