开题报告-预应力柱塞泵的优化设计与研究.docx

毕业论文（设计）开题报告预应力柱塞泵的优化设计与研究一、题目来源生产和实际二、研究目的和意义柱塞泵是向液压系统提供一定流量和压力的油液的动力元件，它是每个液压系统中不可缺少的核心元件，合理的选择液压泵对于液压系统的能耗、提高系统的效率、降低噪音、改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要。随着工业技术的不断发展，液压传动也越来越广，而作为液压传动系统心脏的液压泵就显得更加重要了。在容积式液压泵中，惟有柱塞泵是实现高压。高速化、大流量的一种最理想的结构，在相同功率情况下，径向柱塞泵的径向尺寸大、径向力也大，长用于大扭矩、低转速工况，做为按压马达使用。而轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小，故转速较高；另外，轴向柱塞泵易于变量，能用于多种方式自动调节流量，流量大。由于上述特点，轴向柱塞泵被广泛的使用于工程机械、起重运输、冶金、船舶等多种领域。在工业现代化和大规模城市化进程中,工程机械、塑料机械、冶金、机床和农业机械等领域对轴向柱塞泵的需求十分旺盛,对于企业来说如何分的更多的利润占领市场，提高轴向柱塞泵的经济性就显得十分迫切,对轴向柱塞泵技术革新的要求也十分紧迫，并且这在加快我国轴向柱塞泵技术的发展都有着重要的指导意义和现实意义。 三、阅读的主要参考文献及资料名称1 杨华勇.轴向柱塞泵流体噪声的研究现状J.机械工程学报,2009；09-071.2 马吉恩.轴向柱塞泵流动特性理论建模与实验分析J.农业机械学报，2010；01-036.3 杨华勇.轴向柱塞泵/马达技术的发展演变.机械工程学报J，2008；10-001.4 马吉恩.轴向柱塞泵流量脉动及配流盘优化设计研究J.浙江大学，2009；03.5 金梅.平衡式均流量轴向柱塞泵的研究J.安徽理工大学，2012-06.6 骆科技.多种控制高压柱塞泵设计及实验研究J.西华大学，2012-05.7 张志鹏.55mL/r 十一柱塞斜盘式轴向柱塞泵的设计研究J.西南交通大学，2009.8 杨可可.柱塞受力与分析J.湖南农机，2012-09.9 张丽凯.特种维修技术在柱塞泵零件上的应用J.通用机械制造，2012-11.10 徐绳武.高端柱塞泵如何创新J.液压气动与密封，2012-11.11 张帆.柱塞组合收口的方法及其影响因素J.学术论文，2010-3.12 张永茂.AutoCAD2008中文版机械绘图实例教程.第三版J.北京.机械工业出版社.2009:10-20513 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.第二版J.北京：高等教育出版社，1999：3-4514 罗圣国，李平林.机械设计课程设计指导书M.第二版.北京：清华大学出版社，2001:12-5615 周元康.机械课程设计M.重庆：重庆大学出版社，2002:34-12216 杨可桢，程光蕴.机械设计基础.第四版M.北京：机械工业出版社，2001:22-6717 陈立德.机械设计基础课程设计指导书M.第二版.北京：高等教育出版社，2004:37-5618 李正峰.机械设计基础M.上海：上海交通大学出版社，2005:23-6819 锦康主编.机械设计M.北京:机械工业出版社,1998：54-9020 陆玉，何在洲，佟延伟主编.机械设计课程设计M.北京:机械工业出版社,2004：22-6521 成大先主编.机械设计手册：第15卷M.4版.北京:化学工业出版社,2002:14-29四、国内外现状和发展趋势（一）柱塞泵的发展历史轴向柱塞泵的雏形可以追溯到16世纪初，RAMELLI开发了用于从矿井里往外汲水的皮革密封的轴向柱塞泵，它和现在的柱塞泵已经十分相似。直到1905年，美国HARVEY William教授和REYNOLD Janny工程师设计了端面配流的斜盘泵的静液传动装置，用在军舰炮塔转向的液压系统中，后来人们称此结构的泵为Janny泵。1907年，美国人RENAULT改进了Janny的这种柱塞传动机械，有效提高了它的运行效率。斜轴式柱塞泵发展较晚，1930年，瑞士HANSThoma教授设计了第一台斜轴泵，后人常把斜轴泵称为Thoma泵。其缸体中心线与传动轴中心线成一夹角，使缸体对配油盘的倾复力矩减小，因此允许的倾角较大。20世纪50年代中期，美国Denison公司和英国Lucas公司摆脱Janny泵的传统，设计了轴承支承缸体的斜盘泵。这种泵传动轴只传递转矩，不传递弯矩，保障了配流副的良好接触，加上制造水平的提高，使其工作压力提高到35 MPa，转速也大幅提高，引起斜盘泵历史上的一次飞跃。20世纪60年代中期，由于对液压系统集成化的要求，特别是在行走车辆闭式回路的应用，通轴泵获得了新的发展。主轴尾端可以安装辅助泵或其他作用的泵，使通轴泵具有集成多种元件的复合功能，大大简化了液压系统，这是斜盘泵发展的另一次飞跃。20世纪70年代以后，欧美很多轴向柱塞泵的制造商逐渐崛起，针对不同领域做了很多技术革新，比如Viekers针对注塑机节能的要求推出PVB轻型泵；泵和电子技术结合也越来越紧密，出现了多种多样控制方式。1966年，我国综合了国外后斜盘式柱塞泵的特点，设计出CYl4-1型轴向柱塞泵。经过30多年的实践，对CYl41相继做过四次大的改进，前两次以标准化和缩小体积为主，改进为CYl41A型。第三次针对配油盘烧损和斜盘磨损以及工艺问题，形成了CYl41B型泵。第四次针对CYl41B型噪声高、转速低、易松靴脱靴、可靠性差、自吸能力差，规格不全和无通轴泵等缺陷，开发了Q*CYl4-1Bk系列开式低噪声泵和QT*CYl4-1Bk系列通轴泵。进入20世纪90年代后，德国Rexroth公司开发了A4V泵。柱塞与传动轴成一交角，工作时离心力有助于柱塞的回程，也有利于减小配流盘直径，降低缸体配流面的线速度；采用球面配流，有利于补偿轴向偏载对缸体产生的倾复力矩。进入21世纪，荷兰Innas公司设计了一种名为Floating Cup结构的轴向柱塞泵。这种泵为双层柱塞结构，类似于将两个泵面对面的叠加，它可以平衡泵一部分的轴向力，减轻轴承的工作负载，减少流量脉动，降低噪声。从最初用于低压排水到现在高压甚至超高压的驱动方式，柱塞泵的性能得到了巨大的提升，应用也越来越广。（二）柱塞泵的现状国产轴向柱塞泵主要有引进国外技术的产品和我国自主研发的CY系列柱塞泵。引进国外技术Rexroth、Yuken等系列，性能介于国外产品和CY泵之间。纵观国产轴向柱塞泵发展现状，主要有以下特点。(1)就性能指标来讲，国产Rexroth系列的排量、额定压力、转速都要比CY系列的大一些。其额定压力35 MPa，峰值压力达40 MPa；转速达到2 000 rmin以上，而CY系列额定压力在315 MPa，转速一般限定在l 500 rmin。(2)就市场份额来看，CY由于价格优势仍稳定占有一定的低端市场份额，但利润率低。由于性能不稳定很难应用于工程机械、注塑机等领域。国产Rexroth产品有少量应用于起重机等领域。国外产品凭借性能优势占据了较大的高端市场份额。(3)就企业情况来看，在欧美，轴向柱塞泵的生产厂家是比较多的，但在国内比较有影响力的也只有68家，而且其中多数采用的是国外的技术。由于我国液压行业的基础薄弱，和国外的技术水平相比，国内还是比较落后的，在轴向柱塞泵领域主要表现在以下几个方面。(1)和国内屈指可数的几个企业相比，国外企业数目很多、规模很大。比如Rexroth、Eaton、Parker、Denison、Yuken等；另外小松、川崎和三菱等一些企业，生产的泵直接为自己的工程机械整机配套。(2)国外的厂家有丰富的产品线，产品系列多，产品型号全，比如Rexroth的AF系列、AV系列、KVA系列等，为工业液压和工程机械液压行业配置了丰富的产品线。(3)国外产品性能出色，技术更新快。排量从几毫升到上千升，额定压力有的可达40 MPa以上，自吸转速大多都在2 000 rmin以上，个别小排量的甚至达到8 000 rmin以上，而且寿命长、噪声低。(4)就变量控制方式来讲，国外产品变量方式比较多，而且各种变量方式又有很多可选功能。虽然有差距，但我国对轴向柱塞泵的需求却一直很旺盛，这对轴向柱塞泵的发展是一个很大的机遇，只要能够在结构和技术上不断的开拓创新，我国轴向柱塞泵技术和产品一定可以上一个新台阶。（三）柱塞泵的发展随着生产的不断发展，对液压元件的结构和性能的要求也越来越高，纵观国内外轴向柱塞泵的发展趋势，主要有以下几点：高速化和高压化是轴向柱塞泵的发展方向。这体现了其功率密度的提高，而且使其可以直接与发动机匹配，应用更为方便；轻型轴向柱塞泵由于成本仅比叶片泵高20%左右，但是性能却比其高不少，可以和叶片泵进行竞争，这也是轴向柱塞泵的一个发展方向；和电子技术相结合，实现多种控制方式。Rexroth公司推出的电子泵，实现对压力流量进行精确的闭环控制。此外变频控制也在液压电梯、注塑机等领域逐步展开应用。五、主要研究的内容、需重点研究的关键问题及解决思路（一）主要研究的内容本课题是在柳工欧维姆公司原有的柱塞泵产品ZB4-500 的基础上进行的改进，首先对原有的产品直轴式滑履柱塞泵的机构参数设计，主要结构尺寸的设计以及柱塞、滑履、缸体、斜盘等部件的运动学分析、强度校核和寿命估算。配流盘的静平衡计算和滑履的副静压平衡分析和计算。以理论分析研究和实验相结合进行柱塞泵的特性分析，并且借助Pro-e 软件建模进行分析，得出新的参数，将新的参数与原有参数进行比较。在设计过程中，在保证材料强度满足实际工作的基础上将柱塞的数量由六根变成五根，根据工作中的额定标准设计斜盘倾角，然后对设计成本进行对比，得出优化后的柱塞泵的最佳参数，并对可行性和使用前景进行分析研究。本课题研究的最大难点是柱塞泵的内部结构优化参数设计以及校核。根据柱塞泵领域的普遍意见总结得出来减少柱塞数量会对柱塞泵的特性产生多方面影响,当然也会带来噪声、泄露、振动、脉动等一系列问题,需要进行反复论证研究,所以这些问题是本课题拟解决的关键问题。（二）重点研究的关键问题和解决思路本课题研究将理论与实践相结合,首先进行理论分析与计算,在进行理论分析时，因为已经有了成熟ZB4-500 型号柱塞泵设计参数，所以优化设计没有必要对每一个参数进行分析；然后对工作环境进行调查分析，再有针对性的进行优化改进；最后利用Pro-e软件进行模拟仿真,并结合ANSYS 系统进行模拟校核。以原有成果进行优化设计,将理论与实际相结合，解决所研究问题,实现研究目标。第一,理论分析设计。综合国内外柱塞泵领域研究现状,着重对柱塞泵优化设计理论进行汇总,将已成熟的ZB4-500 型柱塞泵设计思路与五柱塞斜盘式柱塞泵的优化设计方案相结合，改进设计图纸并进行特性分析,按照工作要求确定最终的设计方案。第二，借助Pro-e 和ANSYS 软件平台进行模拟分析，因为工作量大，考虑到节约成本、缩短周期,首先利用Pro-e 平台对优化后的柱塞泵进行结构模拟，并将其导入到ANSYS 软件中进行系统工作强度分析，然后汇总分析结果。六、完成毕业设计所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法（一）所需条件1. 大量与设计相关的参考文献；2. 与设计相关的工具书；3. 熟练的计算机操作能力；4.装有Office、Auto CAD、Pro-e及ANSYS软件的计算机。（二）解决办法1.相关参考文献到图书馆或者电子图书馆查阅；2.工具书到互联网上下载或者到图书馆借阅；3.与同学交流学习，多向指导老师请教。七、工作的主要段阶、进度与