一种用于欠冷却液压系统中柱塞泵的热分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液压系统热传导领域，具体涉及一种用于欠冷却液压系统中柱塞泵的 热分析方法。
【背景技术】
[0002] 随着功率电传技术的发展，以电动静液作动器为代表的分布式液压作动系统在飞 机上被广泛采用。同传统的集中式液压系统相比，分布式液压系统使用电能作为能量的传 输方式，因此不需要集中的供油油箱以及遍布机身的输油管路，这些变化减轻了飞机的重 量，避免了由输油管路所带来振动、噪声等问题。但是，没有集中供油油箱，循环油路短，使 得油液在循环时没有足够的散热面积进行散热，这就造成分布式液压系统在运行时，处于 一种欠冷却的状态下，因此其是一种欠冷却液压系统。
[0003] 由于欠冷却液压系统运行时会产生较大的油液温升，而过高的油温会影响液压系 统的正常工作，甚至引起系统故障和失效。在欠冷却液压系统中，需要通过诸如加大环境的 对流散热系数，油路的散热面积等手段来解决油液温升过高的问题。因此，在欠冷却液压系 统的设计中，需要加入热设计环节，而找寻合适的热分析方法，是对欠冷却液压系统进行热 设计的前提。
[0004] 在构成液压系统的器件中，柱塞泵负责将机械能转化为液压能，是最为重要的功 率转换器件。同时由于在功率转换过程中的功率损失，使得柱塞泵成为液压系统中主要的 生热器件。因此，寻找合适的热分析方法，对欠冷却液压系统中的柱塞泵进行热分析，对于 欠冷却液压系统整体的热分析与热设计来说就变得尤为重要。
[0005] 当前对于柱塞泵的热分析方法并不适合欠冷却液压系统中的柱塞泵。原因在于： 1. 一般的热分析方法在进行柱塞泵热分析时，并未考虑到欠冷却液压系统油路短、散热面 积小的特点，认为柱塞泵吸入的油液温度为常值；2.泄漏是造成柱塞泵功率损失的主要原 因，而功率损失又是柱塞泵生热的主要原因，因此泄漏量直接关系柱塞泵的生热。以往的柱 塞泵热分析方法在处理这一问题时，往往将泄漏量认为是一常值，这同欠冷却液压系中的 柱塞泵特性不符。对于欠冷却液压系统，在其运行过程，油液温升较大。温度的变化会使得 油液粘度产生变化，这些变化会对柱塞泵泄漏量产生影响，进而影响柱塞泵生热情况。对于 一般的液压系统。在其工作时油液温升的变化范围较小，因此其柱塞泵泄漏量为常量。但 对于欠冷却液压系统，在其工作时，油液的变化范围会达到上百摄氏度，因此柱塞泵泄漏量 会发生较大的变化，不能简单的认为是一常数。
[0006] 上述问题使得现有的热分析方法不适用于欠冷却液压系统中的柱塞泵。
【发明内容】
[0007] 本发明针对现有热分析方法不适用于欠冷却液压系统中柱塞泵的问题，提出了一 种用于欠冷却液压系统柱塞泵的热分析方法。
[0008] 一种用于欠冷却液压系统柱塞泵的热分析方法，包括以下步骤：
[0009] 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。
[0010] 步骤一中所述的欠冷却液压系统柱塞泵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。
[0011] 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。
[0012] 步骤二中所述五个温度结点的热平衡方程，具体是指：
[0013] 吸油温度结点热平衡方程：
【主权项】
1. 一种用于欠冷却液压系统中柱塞累的热分析方法，其特征在于包括w下步骤， 步骤一、利用集中参数法，建立欠冷却液压系统柱塞累的五温度结点热分析模型；具体 是将柱塞累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累的热分析模型，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：
步骤=、建立柱塞累的精确泄漏量模型，并将其带入步骤二建立的各温度结点热平衡 方程中； 所述的柱塞累精确泄漏量模型，具体是指： 柱塞和缸孔间平均泄漏量Qpb:
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： 柱塞累内泄漏流量Qu; Qii二Q vbi 柱塞累外泄漏流量9。1; 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=中的柱 塞累精确泄漏量中，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S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 (L，配流盘排油区封油带实际包角范围内油液的泄漏量Qyb中，得到S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(L(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Qyb(T):
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，联立求解该些 方程，得出各温度结点的温度； 其中；Cp、C,分别为液压油及柱塞累壳体的比热，m1、111。、1111、111,、111。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，P为液压油液密 度，D为柱塞累排量，《为柱塞累转速，kf，、k"分别为液压油液同壳体、壳体同外界环境间 的传热系数，Af，为液压油液同壳体间热传导的接触面积，A，历壳体同外界环境间热传导的 接触面积，A。为液压油液从排油腔至吸油腔过程中的散热面积，L"、Ld、Lu分别为柱塞累的粘 性摩擦损失、流体动力损失及干摩擦损失，Ti。为油箱油液温度，口。、口1、口。、？1分别为柱塞累的 吸油压力、排油压力、转换压力、回油压力，Vp、VVe、Vi分别为柱塞累吸油温度结点、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、Ti、T，、T。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；aP为排油温度结点的 体积膨胀系数吼。为柱塞累的总流量，9。1为柱塞累外泄漏流量，Qa为柱塞累内泄漏流量； dp为柱塞直径，5pb为柱塞和缸孔间的间隙尺寸，y为油液的动力粘度，IpM为第i个柱塞 和缸孔间的总长度，VpM为第i个柱塞的运动速度，M为进入排油区的柱塞个数，P巧柱塞累 的吸油压力，Pi为柱塞累的回油压力；Qvbi为内封油带泄漏流量，Qvb2为外封油带泄漏流量； Ryi和RY2为配流盘内封油带内径和外径，RY3和RY4为配流盘外封油带内径和外径；口为配流
【专利摘要】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。
【IPC分类】G06F19-00, F04B19-22
【公开号】CN104850737
【申请号】CN201510212900
【发明人】李凯, 陆崑, 栾笑天
【申请人】中国民航管理干部学院
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月29日