[发明专利]一种用于欠冷却液压系统中柱塞泵的热分析方法

摘要

本发明公开了一种用于欠冷却液压系统中柱塞泵的热分析方法，属于液压系统热传导领域。本发明利用集中参数法，建立欠冷却液压系统柱塞泵的五温度结点热分析模型，建立起五个温度结点的热平衡方程；建立柱塞泵的精确泄漏量模型；计算欠冷却液压系统中循环油液的动态粘度参数，得到与油液温度相关的动态精确泄漏量代入热平衡方程中，得出各温度结点的温度。本发明通过引入转换温度结点，解决了使用一般液压系统柱塞泵热分析方法处理欠冷却液压系统柱塞泵热分析问题时，由于忽略油液粘度受温升影响降低进而使得泄漏量发生变化，造成计算结果偏差较大的问题。

主权项

一种用于欠冷却液压系统中柱塞泵的热分析方法，其特征在于包括以下步骤，步骤一、利用集中参数法，建立欠冷却液压系统柱塞泵的五温度结点热分析模型；具体是将柱塞泵划分为吸油温度结点、排油温度结点、泄漏温度结点、壳体温度结点和转换温度结点；步骤二、根据步骤一中欠冷却液压系统柱塞泵的热分析模型，建立起五个温度结点的热平衡方程；所述五个温度结点的热平衡方程，具体是指：吸油温度结点热平衡方程：dTtdt=1cpmt[ρ(Qin-Qil)(cp(Tc-Tt)+(1-αP(Tc+Tt)2)VT(PC-PT))+ρQil(cp(Tp-Tt)+(1-αP(Tp+Tt)2)VT(PP-PT))+ρ(Qin-Qil)cp(Tc-Tt)+TcαPVcdPCdt+TtαPVTdPTdt]]]>排油温度结点热平衡方程：泄漏温度结点热平衡方程：壳体温度结点热平衡方程：转换温度结点热平衡方程：dTcdt=1cPmc[ρ(Qin-Qel-Qil)(cp(Tp-Tc)+(1-αP(Tp+Tc)2)Vc(Pp-Pc))+ρQel(cp(Tl-Tc)+(1-αP(Tl+Tc)2)Vc(Pl-Pc))-kwaAc(Tc-Ta)+TpαPVPdPPdt+TlαPVldPldt]]]>步骤三、建立柱塞泵的精确泄漏量模型，并将其带入步骤二建立的各温度结点热平衡方程中；所述的柱塞泵精确泄漏量模型，具体是指：柱塞和缸孔间平均泄漏量Qpb：滑靴同斜盘间缝隙的泄漏量Qss：配流盘排油区封油带实际包角范围内油液的泄漏量Qvb：所述的将精确泄漏量模型带入步骤二建立的各温度结点热平衡方程，具体是指：柱塞泵内泄漏流量Qil：Qil＝Qvb1柱塞泵外泄漏流量Qel：Qel＝Qvb2+Qpb+Qss步骤四、计算欠冷却液压系统中循环油液的动态粘度参数，并将其代入步骤三中的柱塞泵精确泄漏量中，得到与油液温度相关的动态精确泄漏量；所述的计算欠冷却液压系统中循环油液的动态粘度参数，具体是指：根据欠冷却液压系统中使用油液的粘温特性曲线，计算Vogel粘温近似公式中的常数；将确定常数后的Vogel粘温公式代入步骤三的柱塞和缸孔间平均泄漏量Qpb，滑靴同斜盘间缝隙的泄漏量Qss，配流盘排油区封油带实际包角范围内油液的泄漏量Qvb中，得到三个动态精确泄漏量如下：动态的柱塞和缸孔间平均泄漏量Qpb(T)：动态的滑靴同斜盘间缝隙的泄漏量Qss(T)：动态的配流盘排油区封油带实际包角范围内油液的泄漏量Qvb(T)：所述的Vogel粘温近似公式为：式中，T为液压油液的温度，μ(T)为温度T时的液压油液的粘度，a、b、c为常数；计算Vogel粘温近似公式中的常数，即指计算上式中a、b、c的具体数值；步骤五、将步骤四中的动态精确泄漏量代入步骤二中的热平衡方程中，联立求解这些方程，得出各温度结点的温度；其中：cp、cw分别为液压油及柱塞泵壳体的比热，mt、mp、ml、mw、mc分别为吸油温度结点、排油温度结点、泄漏温度结点、壳体温度结点、转换温度结点的油液质量，ρ为液压油液密度，D为柱塞泵排量，ω为柱塞泵转速，kfw、kwa分别为液压油液同壳体、壳体同外界环境间的传热系数，Afw为液压油液同壳体间热传导的接触面积，Awa为壳体同外界环境间热传导的接触面积，Ac为液压油液从排油腔至吸油腔过程中的散热面积，Ln、Ld、Lc分别为柱塞泵的粘性摩擦损失、流体动力损失及干摩擦损失，Tin为油箱油液温度，PP、PT、PC、Pl分别为柱塞泵的吸油压力、排油压力、转换压力、回油压力，VP、VT、Vc、Vl分别为柱塞泵吸油温度结点、排油温度结点、转换温度结点、泄漏温度结点的油液比体积,Tt、Tp、Tl、Tw、Tc分别为吸油温度结点、排油温度结点、泄漏温度结点、壳体温度结点、转换温度结点的温度；αp为排油温度结点的体积膨胀系数；Qin为柱塞泵的总流量，Qel为柱塞泵外泄漏流量，Qil为柱塞泵内泄漏流量；dp为柱塞直径，δpb为柱塞和缸孔间的间隙尺寸，μ为油液的动力粘度，lpbi为第i个柱塞和缸孔间的总长度，vpbi为第i个柱塞的运动速度，M为进入排油区的柱塞个数，PP为柱塞泵的吸油压力，Pl为柱塞泵的回油压力；Qvb1为内封油带泄漏流量，Qvb2为外封油带泄漏流量；Rv1和Rv2为配流盘内封油带内径和外径，Rv3和Rv4为配流盘外封油带内径和外径；为配流盘排油区封油带实际包角，δvb为配流盘和缸体间缝隙尺寸；δss为滑靴和斜盘间的缝隙尺寸，Rs1为滑靴油池半径，Rs0为滑靴最大外圆半径，T为液压油液的温度。