一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法

本发明属于液压泵，具体涉及一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法。

背景技术：

1、作为液压系统的核心动力元件，轴向柱塞泵凭借其工作压力高、功率密度大、结构紧凑等优点而被广泛应用。随着设备性能要求的不断提升，轴向柱塞泵高压高速化带来的振动噪声问题愈发凸显，特别是在对振动噪声具有要求严格的应用场景，如船舶舰艇、工厂车间等。快速准确地计算过流面积是柱塞泵减振降噪设计的关键。过流面积是指旋转过程中缸体腰型槽与配流盘腰型槽相交而成的横截面积，直接影响在吸排油过程中柱塞腔的压力流量特性，通过在配流盘上开设减振槽、阻尼孔以及槽孔结合等多种结构来改变过流面积的随泵旋转的变化规律，能够有效缓解压力冲击和流量脉动，降低轴向柱塞泵的振动噪声等级。

2、传统计算柱塞泵过流面积主要采用两种方法：一种是基于配流盘和缸体腰型槽相对旋转时的几何关系，推导出不同时刻过流面积的数学公式，这种方法虽然可以直接计算得到，但对于不同的槽孔形式的需要给出不同的数学公式，而且推导过程十分复杂繁琐，无法用于任意槽孔形式的复杂配流机构；另一种是利用cad等三维建模软件进行二次开发，导入零件模型来实时计算腰型槽之间的交互面积，这种方法虽然可以用来计算任意形状的配流机构，但往往需要专业的工程技术以及大量的计算资源，而且计算时间较长，不适合用于配流结构快速迭代优化，直接影响轴向柱塞泵的设计开发效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法，从而提高过流面积计算的通用性、便捷性、快速性，便于柱塞泵的快速迭代优化设计。

2、本发明目的是提供一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法，包括以下步骤：

3、(1)对柱塞泵配流结构进行参数化定义，将任意形式的配流盘腰型槽和缸体腰型槽定义为多个基础槽孔的拼接组合；

4、(2)通过网格离散化将整个环形腰型槽离散为形状矩阵，矩阵的每个元素对应于网格中的一个单元，构造基础槽孔的形状矩阵；

5、(3)基于配流盘腰型槽与缸体腰型槽的参数化结构，对多个基础槽孔的形状矩阵进行按位逻辑或运算，构建任意形式腰型槽的形状矩阵；

6、(4)将配流盘腰型槽与缸体腰型槽的形状矩阵进行按位逻辑与运算，获得表示缸体腰型槽与配流盘腰型槽相重叠的过流区域形状矩阵；

7、(5)将过流区域形状矩阵所有单元的面积进行累加求和，获得当前旋转角度下的过流面积；

8、(6)缸体旋转，更新缸体的形状矩阵；

9、(7)重复步骤(4)-步骤(6)，直到获得整个旋转周期内过流面积的变化曲线。

10、进一步地，所述基础槽孔包括圆孔、扇形槽和三角槽。

11、进一步地，步骤(2)中，圆孔对应形状矩阵表示如下：

12、

13、式中，i表示形状矩阵中元素对应网格单元aij的行号，j表示网格单元aij的列号，α为单元周向角度，w为单元径向宽度，rj为网格单元aij的分布半径，为半径为r的圆孔形状矩阵的圆心。

14、进一步地，步骤(2)中，扇形槽对应形状矩阵表示如下：

15、

16、式中，i表示形状矩阵中元素对应网格单元aij的行号，j表示网格单元aij的列号，α为单元周向角度，为扇形槽的包角范围。

17、进一步地，步骤(2)中，三角槽对应形状矩阵表示如下：

18、

19、式中，i表示形状矩阵中元素对应网格单元aij的行号，j表示网格单元aij的列号，α为单元周向角度，w为单元径向宽度，la、lb以及为围成三角槽的三条直线，三角槽顶点位于(cx, cy)，la倾斜角为θa，lb倾斜角为θb。

20、进一步地，步骤(3)中，任意形式配流盘腰型槽形状矩阵a配流盘通过按位逻辑或运算获得，计算公式如下：

21、

22、式中，配流盘腰型槽被定义为a个圆孔、b个扇形槽、c个三角槽组合，表示配流盘腰型槽第a个圆孔对应的形状矩阵，表示配流盘腰型槽第b个扇形槽对应的形状矩阵，表示配流盘腰型槽第c个三角槽对应的形状矩阵。

23、进一步地，步骤(3)中，缸体腰型槽形状矩阵a缸体通过按位逻辑或运算获得，计算公式如下：

24、

25、式中，缸体腰型槽则由2个圆孔、1个扇形槽组合而成，表示缸体腰型槽第2个圆孔对应的形状矩阵，表示缸体腰型槽的扇形槽对应的形状矩阵。

26、进一步地，步骤(4)中，过流区域的形状矩阵c通过按位逻辑与运算获得，计算公式如下：

27、

28、式中，ak缸体为缸体腰型槽旋转至第k步时的形状矩阵。

29、进一步地，步骤(5)中，当前旋转角度下的过流面积s通过累加求和获得，计算公式如下：

30、

31、式中，cij为过流面积形状矩阵c中元素对应的网格单元，m和n表示整个环形腰型槽离散为形状矩阵的行数和列数，α为单元周向角度，w为单元径向宽度，rj为形状矩阵中元素对应网格单元aij的分布半径。

32、进一步地，步骤(6)中，旋转后的缸体形状矩阵通过将元素向右平移δθ/α获得：

33、

34、式中， 表示旋转至第k+1步的缸体形状矩阵中元素对应网格单元，δθ为旋转角度，旋转角度δθ越小，过流面积随角度的变化更为准确，旋转角度δθ可以根据实际计算精度的需要来确定。

35、本发明所提出的柱塞泵过流面积计算方法的有益效果在于：

36、1、可以用于计算任意槽孔形式的过流面积，包括三角槽、u形槽、槽孔结合等多种配流结构。相比传统的几何公式计算法，无需复杂的数学公式推导，通用性更强；

37、2、参数化的定义方式可以更加灵活的调整槽孔的结构参数，用户操作更加友好。相比基于三维软件二次开发的计算方法，无需构建三维模型以及操作任何专业软件，使用起来更加便捷；

38、3、模块化的计算流程快速准确，可以通过编写程序自动运行，只需一键操作即可迅速获得过流面积计算结果，便于柱塞泵的快速迭代设计，具有广阔的工程应用前景。

技术特征：

1.一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法，其特征在于：所述基础槽孔包括圆孔、扇形槽和三角槽。

3.根据权利要求2所述的一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法，其特征在于：步骤(2)中，圆孔对应形状矩阵表示如下：

4.根据权利要求2所述的一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法，其特征在于：步骤(2)中，扇形槽对应形状矩阵表示如下：

5.根据权利要求2所述的一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法，其特征在于：步骤(2)中，三角槽对应形状矩阵表示如下：

6.根据权利要求1所述的一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法，其特征在于：步骤(3)中，任意形式配流盘腰型槽形状矩阵a配流盘通过按位逻辑或运算获得，计算公式如下：

7.根据权利要求1所述的一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法，其特征在于：步骤(3)中，缸体腰型槽形状矩阵a缸体通过按位逻辑或运算获得，计算公式如下：

8.根据权利要求6所述的一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法，其特征在于：步骤(4)中，过流区域的形状矩阵c通过按位逻辑与运算获得，计算公式如下：

9.根据权利要求8所述的一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法，其特征在于：步骤(5)中，当前旋转角度下的过流面积s通过累加求和获得，计算公式如下：

10.根据权利要求9所述的一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法，其特征在于：步骤(6)中，旋转后的缸体形状矩阵通过将元素向右平移δθ/α获得：

技术总结本发明公开了一种适用于任意槽孔形式的柱塞泵过流面积计算方法，首先通过网格离散和参数化定义的方式构造出基础槽孔的形状矩阵，其次对多个基础形状矩阵进行按位逻辑或运算，构建出对应配流结构的形状矩阵，然后将配流盘与缸体的形状矩阵按位逻辑与运算，即为对应过流面积的形状矩阵，并通过累加求和得到当前旋转角度下的过流面积大小，最后不断旋转缸体角度，重复前面三个步骤，直到获得整个旋转周期内过流面积的变化曲线。本发明提出的柱塞泵过流面积计算方法适用于任意形式的槽孔结构，调参灵活方便、计算快速准确，便于柱塞泵的快速迭代设计，具有广阔的工程应用前景。技术研发人员：张军辉,李旭光,吕飞,王峰,黄伟迪,纵怀志,侯帅豪,徐兵受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20