一種用于欠冷卻液壓系統(tǒng)中柱塞泵的熱分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及液壓系統(tǒng)熱傳導(dǎo)領(lǐng)域，具體涉及一種用于欠冷卻液壓系統(tǒng)中柱塞泵的 熱分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著功率電傳技術(shù)的發(fā)展，以電動靜液作動器為代表的分布式液壓作動系統(tǒng)在飛 機(jī)上被廣泛采用。同傳統(tǒng)的集中式液壓系統(tǒng)相比，分布式液壓系統(tǒng)使用電能作為能量的傳 輸方式，因此不需要集中的供油油箱以及遍布機(jī)身的輸油管路，這些變化減輕了飛機(jī)的重 量，避免了由輸油管路所帶來振動、噪聲等問題。但是，沒有集中供油油箱，循環(huán)油路短，使 得油液在循環(huán)時(shí)沒有足夠的散熱面積進(jìn)行散熱，這就造成分布式液壓系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，處于 一種欠冷卻的狀態(tài)下，因此其是一種欠冷卻液壓系統(tǒng)。
[0003] 由于欠冷卻液壓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生較大的油液溫升，而過高的油溫會影響液壓系 統(tǒng)的正常工作，甚至引起系統(tǒng)故障和失效。在欠冷卻液壓系統(tǒng)中，需要通過諸如加大環(huán)境的 對流散熱系數(shù)，油路的散熱面積等手段來解決油液溫升過高的問題。因此，在欠冷卻液壓系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要加入熱設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，而找尋合適的熱分析方法，是對欠冷卻液壓系統(tǒng)進(jìn)行熱 設(shè)計(jì)的前提。
[0004] 在構(gòu)成液壓系統(tǒng)的器件中，柱塞泵負(fù)責(zé)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，是最為重要的功 率轉(zhuǎn)換器件。同時(shí)由于在功率轉(zhuǎn)換過程中的功率損失，使得柱塞泵成為液壓系統(tǒng)中主要的 生熱器件。因此，尋找合適的熱分析方法，對欠冷卻液壓系統(tǒng)中的柱塞泵進(jìn)行熱分析，對于 欠冷卻液壓系統(tǒng)整體的熱分析與熱設(shè)計(jì)來說就變得尤為重要。
[0005] 當(dāng)前對于柱塞泵的熱分析方法并不適合欠冷卻液壓系統(tǒng)中的柱塞泵。原因在于： 1. 一般的熱分析方法在進(jìn)行柱塞泵熱分析時(shí)，并未考慮到欠冷卻液壓系統(tǒng)油路短、散熱面 積小的特點(diǎn)，認(rèn)為柱塞泵吸入的油液溫度為常值；2.泄漏是造成柱塞泵功率損失的主要原 因，而功率損失又是柱塞泵生熱的主要原因，因此泄漏量直接關(guān)系柱塞泵的生熱。以往的柱 塞泵熱分析方法在處理這一問題時(shí)，往往將泄漏量認(rèn)為是一常值，這同欠冷卻液壓系中的 柱塞泵特性不符。對于欠冷卻液壓系統(tǒng)，在其運(yùn)行過程，油液溫升較大。溫度的變化會使得 油液粘度產(chǎn)生變化，這些變化會對柱塞泵泄漏量產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響柱塞泵生熱情況。對于 一般的液壓系統(tǒng)。在其工作時(shí)油液溫升的變化范圍較小，因此其柱塞泵泄漏量為常量。但 對于欠冷卻液壓系統(tǒng)，在其工作時(shí)，油液的變化范圍會達(dá)到上百攝氏度，因此柱塞泵泄漏量 會發(fā)生較大的變化，不能簡單的認(rèn)為是一常數(shù)。
[0006] 上述問題使得現(xiàn)有的熱分析方法不適用于欠冷卻液壓系統(tǒng)中的柱塞泵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對現(xiàn)有熱分析方法不適用于欠冷卻液壓系統(tǒng)中柱塞泵的問題，提出了一 種用于欠冷卻液壓系統(tǒng)柱塞泵的熱分析方法。
[0008] 一種用于欠冷卻液壓系統(tǒng)柱塞泵的熱分析方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟一、利用集中參數(shù)法，建立欠冷卻液壓系統(tǒng)柱塞泵的五溫度結(jié)點(diǎn)熱分析模型。
[0010] 步驟一中所述的欠冷卻液壓系統(tǒng)柱塞泵五溫度結(jié)點(diǎn)熱分析模型，具體是將柱塞泵 劃分為吸油溫度結(jié)點(diǎn)、排油溫度結(jié)點(diǎn)、泄漏溫度結(jié)點(diǎn)、殼體溫度結(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)換溫度結(jié)點(diǎn)。
[0011] 步驟二、根據(jù)步驟一中欠冷卻液壓系統(tǒng)柱塞泵的熱分析模型，建立起五個(gè)溫度結(jié) 點(diǎn)的熱平衡方程。
[0012] 步驟二中所述五個(gè)溫度結(jié)點(diǎn)的熱平衡方程，具體是指：
[0013] 吸油溫度結(jié)點(diǎn)熱平衡方程：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于欠冷卻液壓系統(tǒng)中柱塞累的熱分析方法，其特征在于包括w下步驟， 步驟一、利用集中參數(shù)法，建立欠冷卻液壓系統(tǒng)柱塞累的五溫度結(jié)點(diǎn)熱分析模型；具體 是將柱塞累劃分為吸油溫度結(jié)點(diǎn)、排油溫度結(jié)點(diǎn)、泄漏溫度結(jié)點(diǎn)、殼體溫度結(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)換溫度 結(jié)點(diǎn)； 步驟二、根據(jù)步驟一中欠冷卻液壓系統(tǒng)柱塞累的熱分析模型，建立起五個(gè)溫度結(jié)點(diǎn)的 熱平衡方程； 所述五個(gè)溫度結(jié)點(diǎn)的熱平衡方程，具體是指： 吸油溫度結(jié)點(diǎn)熱平衡方程：
步驟=、建立柱塞累的精確泄漏量模型，并將其帶入步驟二建立的各溫度結(jié)點(diǎn)熱平衡 方程中； 所述的柱塞累精確泄漏量模型，具體是指： 柱塞和缸孔間平均泄漏量Qpb:
所述的將精確泄漏量模型帶入步驟二建立的各溫度結(jié)點(diǎn)熱平衡方程，具體是指： 柱塞累內(nèi)泄漏流量Qu; Qii二Q vbi 柱塞累外泄漏流量9。1; Qel= Qvb2+Qpb+Qss 步驟四、計(jì)算欠冷卻液壓系統(tǒng)中循環(huán)油液的動態(tài)粘度參數(shù)，并將其代入步驟=中的柱 塞累精確泄漏量中，得到與油液溫度相關(guān)的動態(tài)精確泄漏量； 所述的計(jì)算欠冷卻液壓系統(tǒng)中循環(huán)油液的動態(tài)粘度參數(shù)，具體是指；根據(jù)欠冷卻液 壓系統(tǒng)中使用油液的粘溫特性曲線，計(jì)算Vogel粘溫近似公式中的常數(shù)；將確定常數(shù)后的 Vogel粘溫公式代入步驟S的柱塞和缸孔間平均泄漏量Qpb，滑靴同斜盤間縫隙的泄漏量 (L，配流盤排油區(qū)封油帶實(shí)際包角范圍內(nèi)油液的泄漏量Qyb中，得到S個(gè)動態(tài)精確泄漏量如 下： 動態(tài)的柱塞和缸孔間平均泄漏量Qpb(T);
動態(tài)的滑靴同斜盤間縫隙的泄漏量(L(T);
動態(tài)的配流盤排油區(qū)封油帶實(shí)際包角范圍內(nèi)油液的泄漏量Qyb(T):
步驟五、將步驟四中的動態(tài)精確泄漏量代入步驟二中的熱平衡方程中，聯(lián)立求解該些 方程，得出各溫度結(jié)點(diǎn)的溫度； 其中；Cp、C,分別為液壓油及柱塞累殼體的比熱，m1、111。、1111、111,、111。分別為吸油溫度結(jié)點(diǎn)、 排油溫度結(jié)點(diǎn)、泄漏溫度結(jié)點(diǎn)、殼體溫度結(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)換溫度結(jié)點(diǎn)的油液質(zhì)量，P為液壓油液密 度，D為柱塞累排量，《為柱塞累轉(zhuǎn)速，kf，、k"分別為液壓油液同殼體、殼體同外界環(huán)境間 的傳熱系數(shù)，Af，為液壓油液同殼體間熱傳導(dǎo)的接觸面積，A，歷殼體同外界環(huán)境間熱傳導(dǎo)的 接觸面積，A。為液壓油液從排油腔至吸油腔過程中的散熱面積，L"、Ld、Lu分別為柱塞累的粘 性摩擦損失、流體動力損失及干摩擦損失，Ti。為油箱油液溫度，口。、口1、口。、？1分別為柱塞累的 吸油壓力、排油壓力、轉(zhuǎn)換壓力、回油壓力，Vp、VVe、Vi分別為柱塞累吸油溫度結(jié)點(diǎn)、排油溫 度結(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)換溫度結(jié)點(diǎn)、泄漏溫度結(jié)點(diǎn)的油液比體積，Tt、Tp、Ti、T，、T。分別為吸油溫度結(jié)點(diǎn)、 排油溫度結(jié)點(diǎn)、泄漏溫度結(jié)點(diǎn)、殼體溫度結(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)換溫度結(jié)點(diǎn)的溫度；aP為排油溫度結(jié)點(diǎn)的 體積膨脹系數(shù)吼。為柱塞累的總流量，9。1為柱塞累外泄漏流量，Qa為柱塞累內(nèi)泄漏流量； dp為柱塞直徑，5pb為柱塞和缸孔間的間隙尺寸，y為油液的動力粘度，IpM為第i個(gè)柱塞 和缸孔間的總長度，VpM為第i個(gè)柱塞的運(yùn)動速度，M為進(jìn)入排油區(qū)的柱塞個(gè)數(shù)，P巧柱塞累 的吸油壓力，Pi為柱塞累的回油壓力；Qvbi為內(nèi)封油帶泄漏流量，Qvb2為外封油帶泄漏流量； Ryi和RY2為配流盤內(nèi)封油帶內(nèi)徑和外徑，RY3和RY4為配流盤外封油帶內(nèi)徑和外徑；口為配流
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于欠冷卻液壓系統(tǒng)中柱塞泵的熱分析方法，屬于液壓系統(tǒng)熱傳導(dǎo)領(lǐng)域。本發(fā)明利用集中參數(shù)法，建立欠冷卻液壓系統(tǒng)柱塞泵的五溫度結(jié)點(diǎn)熱分析模型，建立起五個(gè)溫度結(jié)點(diǎn)的熱平衡方程；建立柱塞泵的精確泄漏量模型；計(jì)算欠冷卻液壓系統(tǒng)中循環(huán)油液的動態(tài)粘度參數(shù)，得到與油液溫度相關(guān)的動態(tài)精確泄漏量代入熱平衡方程中，得出各溫度結(jié)點(diǎn)的溫度。本發(fā)明通過引入轉(zhuǎn)換溫度結(jié)點(diǎn)，解決了使用一般液壓系統(tǒng)柱塞泵熱分析方法處理欠冷卻液壓系統(tǒng)柱塞泵熱分析問題時(shí)，由于忽略油液粘度受溫升影響降低進(jìn)而使得泄漏量發(fā)生變化，造成計(jì)算結(jié)果偏差較大的問題。
【IPC分類】G06F19-00, F04B19-22
【公開號】CN104850737
【申請?zhí)枴緾N201510212900
【發(fā)明人】李凱, 陸崑, 欒笑天
【申請人】中國民航管理干部學(xué)院
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月29日