ATOS柱塞泵机液动态耦合仿真研究
为解决机液耦合条件下斜盘式轴向ATOS柱塞泵的数字化设计问题,采用基于机械与液压系统联合仿真的方法对ATOS柱塞泵进行建模与解耦分析。基于功率键合图理论建立了ATOS柱塞泵液压模型,并定义了ATOS柱塞泵柱塞腔流体对柱塞端面的压力为耦合变量,利用拉格朗日法建立了ATOS柱塞泵刚体动力学模型,将液压模型耦合变量作为动力学模型的输入,定义动力学模型的实际转速测量为液压模型的输入,从而构成一个完整机液耦合仿真模型,通过解析对ATOS柱塞泵进行了机液解耦设计。针对聚四氟乙烯和尼龙材质的软密封环耐磨性不高、耐压强度不够和抗老化性能也受到限制,使得该项研究基本处于停滞状态的问题,对软密封柱塞材质进行了优选,确定用聚醚醚酮制作密封环,并完成了软密封ATOS柱塞泵的加工。针对ATOS柱塞泵U型阻尼槽的尺寸进行研究,通过流场仿真对比不同阻尼槽结构参数下泵的流量特性,选出ATOS柱塞泵的压力、流量脉动率较小的阻尼槽结构参数,从而降低ATOS柱塞泵的流体振动。当ATOS柱塞泵阻尼槽宽度设置为2 mm,深度为0.8 mm,配流盘闭死角为15.7°时,ATOS柱塞泵的压力和流量脉动率zui小。开展了阻尼槽优化前后ATOS柱塞泵的振动试验,试验结果表明优化后的阻尼槽结构能够有效降低ATOS柱塞泵壳体及后端盖处的振动。软密封ATOS柱塞泵在原刚体整筒泵柱塞外套上,以有机材质接触面取代钢体ATOS柱塞泵的刚体硬性接触面,在软密封ATOS柱塞泵工作时,只磨损软密封环,不磨损刚体泵筒,达到检泵作业只更换柱塞即完成检泵作业的目的。该软密封ATOS柱塞泵共完成现场试验18口井,平均免修期已达到了363 d,zui长检泵周期达到509d。ATOS柱塞泵是典型的往复机械。为了掌握往复式ATOS柱塞泵的工作状态,测取3S175系列ATOS柱塞泵正常工况和一些故障工况下液力端的振动信号,对其进行局域波时频处理后,得到了有价值的检测部件振动规律、一般特征以及故障特征,可用于往复ATOS柱塞泵液力端的故障诊断.zui后,搭建了实验平台,以泵出口的流量和压力为检测量,比较了仿真结果与实验结果,从而验证了该方法的正确性与可行性,为ATOS柱塞泵的一体化设计奠定了基础。针对ATOS柱塞泵全工况下生热温升等问题,通过泄漏分析和机械损失分析等给出了热力学建模方法与生热原因分析。首先建立ATOS柱塞泵三维模型和动力学模型,进而采用液压平衡油温方法建立考虑泄漏和增压的热力模型,并且建立考虑机械损失方面的动力学热力模型。

ATOS柱塞泵机液动态耦合仿真研究
通过试验与仿真对比表明,试验数据与仿真结果误差不大于1%,且泵后压力脉动在2MPa范围内,符合ATOS柱塞泵实际情况,该模型能够实现ATOS柱塞泵生热机理研究。zui后进行ATOS柱塞泵生热机理分析,表明泄漏生热和增压生热不会引起ATOS柱塞泵异常发热,主要通过机械损失引起,且机械功率损失越大,ATOS柱塞泵壳体和转动部件温度越高。