張?zhí)扃?/p>

(三一重能有限公司研究本院，湖南 長(zhǎng)沙 410100)

0 引 言

對(duì)風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)而言，無(wú)論是采用以增速機(jī)為主傳動(dòng)的雙饋發(fā)電還是永磁直驅(qū)發(fā)電，在現(xiàn)有成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上降低成本都是有限的[1]。所以，尋求新的技術(shù)路線(包括采用液壓驅(qū)動(dòng))將是降低成本的有效途徑之一[2]。從理論上分析，液壓驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)省去了價(jià)格昂貴且故障率高的增速機(jī)、變流器，采用普通的同步發(fā)電機(jī)發(fā)電并網(wǎng)，有較大優(yōu)勢(shì)[3-4]。

現(xiàn)在陸上風(fēng)機(jī)功率普遍在2～4 MW之間，海上風(fēng)機(jī)功率為4～8 MW甚至更大。長(zhǎng)葉片、大功率致使風(fēng)機(jī)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速限制在10～15 r·min-1，低轉(zhuǎn)速下的效率極其低下是普通的柱塞泵致命的弱點(diǎn)[5-6]。采用液壓驅(qū)動(dòng)傳遞2 MW功率，需要泵出的總流量為4 500～7 000 L·min-1，若將轉(zhuǎn)速?gòu)?0～15 r·min-1升至2 000 r·min-1左右(現(xiàn)雙饋發(fā)電轉(zhuǎn)速為1 500～1 800 r·min-1)，需要的增速機(jī)必將又是一個(gè)龐然大物，會(huì)比雙饋發(fā)電的增速機(jī)更大、更復(fù)雜、更昂貴[7-10]。所以，開(kāi)發(fā)出一款能由風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)、傳遞MW功率級(jí)的超低轉(zhuǎn)速超大排量液壓泵，才是實(shí)現(xiàn)液壓風(fēng)機(jī)顯著優(yōu)勢(shì)的保障。

1 一種MW功率級(jí)超低轉(zhuǎn)速超大排量液壓泵的結(jié)構(gòu)和原理

1.1 結(jié)構(gòu)與組成

筆者所在研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種MW功率級(jí)超低轉(zhuǎn)速超大排量液壓泵，圖1為該液壓泵的原理。n個(gè)液壓缸的缸筒端陣列鉸接在泵體上，活塞桿端陣列鉸接在特制軸承外圈(帶有安裝耳座)上；特制軸承內(nèi)圈以偏向距e安裝在風(fēng)輪輸入軸上；導(dǎo)桿一端鉸接在特制軸承的外圈上，另一端插入導(dǎo)桿座的內(nèi)孔里；導(dǎo)桿座和泵體固定在一起；風(fēng)輪輸入軸通過(guò)兩端主軸承支承在泵體上，風(fēng)輪直接安裝在風(fēng)輪輸入軸上。液壓泵的輸入轉(zhuǎn)速和風(fēng)輪一樣，只有10～15 r·min-1，屬超低速，且要有足夠的排量以傳遞MW級(jí)的功率。

圖1 液壓泵原理

圖2 數(shù)字化樣機(jī)模型

圖2為該液壓泵的數(shù)字化樣機(jī)模型。為增加液壓泵的總排量，該液壓泵由2個(gè)原理和圖1一樣的特制軸承單元排組成，2個(gè)單元排的特制軸承的中心與輸入軸中心的偏心距均為e，且沿軸線類似雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸互為180°排列。

1.2 工作原理

1.2.1 自由度分析及導(dǎo)桿的引入

如圖1所示，該液壓泵以特制軸承的外圈驅(qū)動(dòng)液壓缸運(yùn)動(dòng)，成為由一個(gè)偏心圓凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的復(fù)合機(jī)構(gòu)。

若去掉導(dǎo)桿，則運(yùn)動(dòng)構(gòu)件有n個(gè)液壓缸缸筒、n個(gè)液壓缸活塞桿、1個(gè)特制軸承外圈、1個(gè)特制軸承內(nèi)圈，共有(2n+2)個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件。每個(gè)液壓缸的缸筒分別和泵體有1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，活塞桿和特制軸承外圈有1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，活塞桿和缸筒組成1個(gè)滑動(dòng)副，n個(gè)液壓缸就有2n個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和n個(gè)滑動(dòng)副，特制軸承外圈和特制軸承內(nèi)圈組成1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，特制軸承內(nèi)圈與泵體軸承有1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。因此，該機(jī)構(gòu)的自由度

F0=3×(2n+2)-2×(2n+n+2)=2

式中：F0為無(wú)導(dǎo)桿時(shí)機(jī)構(gòu)的自由度；n為液壓缸數(shù)量。

若沒(méi)有導(dǎo)桿，該機(jī)構(gòu)的自由度為2，這意味著，特制軸承內(nèi)圓繞偏心點(diǎn)O旋轉(zhuǎn)時(shí)，特制軸承外圈上的任意一點(diǎn)是無(wú)法確定運(yùn)動(dòng)軌跡的，不能驅(qū)動(dòng)活塞桿在缸筒內(nèi)滑動(dòng)，用ADAMS軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)會(huì)提示“錯(cuò)誤”，所以必須引入一個(gè)約束。

經(jīng)過(guò)反復(fù)嘗試和分析，需按圖1所示增加一個(gè)導(dǎo)桿和導(dǎo)桿座，即增加1個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件、1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、1個(gè)滑動(dòng)副。這時(shí)機(jī)構(gòu)的自由度

F=3×(2n+2+1)-2×(2n+n+2+2)=1

式中：F為引入導(dǎo)桿后機(jī)構(gòu)的自由度。

1.2.2 機(jī)構(gòu)的特性

(1)通過(guò)增減液壓缸的數(shù)量n可以得到所需要的排量。

(2)單個(gè)液壓缸的運(yùn)動(dòng)特性具有代表性。

(3)液壓缸除繞著兩端的鉸點(diǎn)擺動(dòng)外，還沿與特制軸承上鉸點(diǎn)不同的位置活塞桿在缸筒內(nèi)滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)吸油和壓油。

(4)液壓缸完全是一個(gè)二力桿，活塞桿和缸筒不受任何徑向力，活塞、活塞桿和缸筒不會(huì)偏磨，液壓缸的使用壽命會(huì)大大提高，這與普通柱塞泵的柱塞和缸體的受力相比有極大的改善。

2 基于ADAMS仿真的液壓缸運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與行程設(shè)計(jì)

2.1 液壓缸活塞桿端鉸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡

2.1.1 單個(gè)液壓缸

將該機(jī)構(gòu)的單個(gè)液壓缸在ADAMS軟件中建立參數(shù)化模型，如圖3所示，按上文定義各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件間的約束。定義參數(shù)化變量：偏心距e、鉸點(diǎn)B坐標(biāo)、回轉(zhuǎn)中心O坐標(biāo)、回轉(zhuǎn)中心O至液壓缸鉸點(diǎn)的半徑R、偏心的特制軸承內(nèi)圈半徑r1、活塞桿與特制軸承外圈鉸點(diǎn)初始位置A0坐標(biāo)、導(dǎo)桿與特制軸承外圈鉸點(diǎn)C的初始位置坐標(biāo)、特制軸承中心O1初始位置坐標(biāo)、活塞桿和導(dǎo)桿與特制軸承外圈鉸點(diǎn)的分布圓半徑r2、特制軸承繞偏心點(diǎn)O的回轉(zhuǎn)角速度ω。

圖3 單油缸活塞桿鉸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡

為直觀起見(jiàn)，圖3將初始位置定義為O、O1、C、D在一直線上(多方案研究證明是最優(yōu)方案)。將所有的參數(shù)和變量賦予適當(dāng)?shù)木唧w數(shù)值，以角速度ω驅(qū)動(dòng)特制偏心軸承內(nèi)圈繞O點(diǎn)回轉(zhuǎn)數(shù)周，提取A點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)，繪制鉸點(diǎn)A的運(yùn)動(dòng)軌跡。經(jīng)數(shù)周的回轉(zhuǎn)，A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是完全重合的，它經(jīng)過(guò)A1、A2、A3…Ax，是一條封閉的近似橢圓平滑的運(yùn)動(dòng)軌跡。

2.1.2n個(gè)液壓缸

如圖4所示，在ADAMS軟件中將n個(gè)液壓缸缸筒的鉸點(diǎn)均勻陣列在半徑為R的圓上，初始位置按圖3所示將活塞桿端的鉸點(diǎn)陣列在半徑為r2的圓周上，按上述對(duì)單個(gè)液壓缸的方法和項(xiàng)目逐個(gè)對(duì)每個(gè)液壓缸進(jìn)行參數(shù)化變量定義。同樣，將所有的參數(shù)化變量賦予適當(dāng)?shù)木唧w數(shù)值，以角速度ω驅(qū)動(dòng)特制偏心軸承內(nèi)圈繞O點(diǎn)回轉(zhuǎn)，提取每一個(gè)液壓缸活塞桿端鉸點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)，從而繪制每一個(gè)鉸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡[11]。

圖4 n個(gè)油缸活塞桿鉸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡

結(jié)果證明，每個(gè)液壓缸的活塞桿端的鉸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是相似的，均為近似橢圓的平滑曲線，只是角度不同，長(zhǎng)短軸略有不同。

2.2 液壓缸行程設(shè)計(jì)與活塞桿運(yùn)動(dòng)速度的仿真

2.2.1 液壓缸行程

在ADAMS軟件中，按圖3對(duì)單個(gè)液壓缸定義O為坐標(biāo)原點(diǎn)，若Ax的瞬時(shí)坐標(biāo)為(XA、YA)、B點(diǎn)的坐標(biāo)為(XB、YB)，則液壓缸的瞬時(shí)長(zhǎng)度

(1)

給參數(shù)化變量賦以適當(dāng)?shù)臄?shù)值，以角速度ω驅(qū)動(dòng)特制偏心軸承內(nèi)圈繞O點(diǎn)回轉(zhuǎn)，因1#～6#和7#～12#液壓缸處所的位置是對(duì)稱的，僅存在相位的差異，因此為使圖表曲線清晰，僅提取1#～6#液壓缸的結(jié)果，繪制液壓缸的瞬時(shí)長(zhǎng)度曲線，如圖5所示。

圖5 油缸(1#～6#)的瞬時(shí)長(zhǎng)度曲線

提取LB的最大值LBmax和最小值LBmin，則液壓缸的實(shí)際行程

SB=LBmax-LBmin

(2)

第i個(gè)液壓缸的實(shí)際行程

Si=Limax-Limin

(3)

式中：Limax為第i個(gè)液壓缸的最大長(zhǎng)度(mm)；Limin為第i個(gè)液壓缸的最小長(zhǎng)度(mm)。

反復(fù)調(diào)整參數(shù)的結(jié)果證明：當(dāng)偏心距e為200～400 mm、液壓缸缸筒鉸點(diǎn)整列圓半徑R為1 500～2 000 mm時(shí)，各個(gè)液壓缸的行程不同，但相差非常小，最大行程與最小行程只相差1～5 mm，所以可以將所有液壓缸的行程統(tǒng)一，這給產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化帶來(lái)極大方便，也便于液壓缸的維修更換。液壓缸的行程大約在1.5e～2.0e之間。

統(tǒng)一后的液壓缸行程均略大于每一個(gè)油缸的實(shí)際行程。

2.2.2 活塞桿在缸筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度

式(1)中，Ax點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)(Xx、Yx)是時(shí)間的函數(shù)，在ADAMS軟件中將第i個(gè)液壓缸的瞬時(shí)長(zhǎng)度Li對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)，即為活塞桿在缸筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度。

判斷并定義活塞桿運(yùn)動(dòng)方向：向缸筒端運(yùn)動(dòng)時(shí)速度為正值，向活塞桿端運(yùn)動(dòng)時(shí)速度為負(fù)值。這對(duì)后面瞬時(shí)流量的計(jì)算很有意義。

第i個(gè)液壓缸活塞桿在缸筒內(nèi)的瞬時(shí)速度

(4)

式中：Vi為第i個(gè)液壓缸活塞桿在缸筒內(nèi)的瞬時(shí)速度(mm·s-1)；Li為第i個(gè)液壓缸的瞬時(shí)長(zhǎng)度(mm)；(XBi、YBi)為第i個(gè)液壓缸缸筒鉸點(diǎn)的坐標(biāo)(mm); (XAi、YAi)為第i個(gè)液壓缸活塞桿鉸點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)(mm)。

以圖4中1#～6#液壓缸為例，在ADAMS中給參數(shù)化變量賦以適當(dāng)?shù)臄?shù)值，以角速度13.5 r·min-1驅(qū)動(dòng)特制偏心軸承內(nèi)圈繞O點(diǎn)回轉(zhuǎn)，提取數(shù)值并繪制活塞桿運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)曲線，如圖6所示。

圖6 油缸(1#～6#)活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度曲線

將上述參數(shù)化變量賦以某一適當(dāng)值后，各液壓缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度在-450～450 mm·s-1之間，均小于1 000 mm·s-1，且為平滑的正弦曲線，所以換向平穩(wěn)、無(wú)沖擊，活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度和形態(tài)很理想。

2.3 液壓缸兩端鉸點(diǎn)擺動(dòng)的角度與角速度

2.3.1 擺動(dòng)角度

要確保液壓缸20年的使用壽命，鉸點(diǎn)處軸承的壽命至關(guān)重要，為方便液壓缸兩端鉸點(diǎn)的軸承選型和壽命設(shè)計(jì)，需要知道其擺動(dòng)的角度和瞬時(shí)角速度[12-13]。

給參數(shù)化變量賦一個(gè)適當(dāng)?shù)拇_定值，以角速度ω驅(qū)動(dòng)特制偏心軸承內(nèi)圈繞O點(diǎn)回轉(zhuǎn)，提取液壓缸內(nèi)、外鉸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度值并繪制曲線，如圖7、8所示。曲線中的0°角為液壓缸的初始狀態(tài)。

圖7 油缸(1#～6#)內(nèi)鉸點(diǎn)夾角曲線

圖8 油缸(1#～6#)外鉸點(diǎn)夾角曲線

可以看出：1#液壓缸內(nèi)鉸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度最小，為14.12°；6#液壓缸內(nèi)鉸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度最大，為58.3°；1#液壓缸外鉸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度最小，為26.2°；6#液壓缸外鉸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度最大，為44.42°。

2.3.2 擺動(dòng)角速度

在ADAMS軟件中，將鉸點(diǎn)擺動(dòng)角度對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，即為角速度，如圖9、10所示。

圖9 油缸(1#～6#)內(nèi)鉸點(diǎn)角速度曲線

圖10 油缸(1#～6#)外鉸點(diǎn)角速度曲線

液壓缸內(nèi)、外鉸點(diǎn)最大角速度均位于6#、7#液壓缸，分別為71°·s-1和56°·s-1。

3 基于ADAMS的排量和流量仿真

3.1 排量

在ADAMS軟件中，按圖4給每個(gè)液壓缸定義一個(gè)參數(shù)化的缸筒內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。特制軸承回轉(zhuǎn)一周時(shí)，由式(3)可得到，第i個(gè)液壓缸從Limin開(kāi)始到Limax走完一個(gè)實(shí)際行程Si。此時(shí)無(wú)桿腔完成一次吸、壓油的體積

ViW=π(D/2)2(Limax-Limin)

(5)

有桿腔完成一吸、壓油的體積

ViY=[π(D/2)2-π(d/2)2] (Limax-Limin)

(6)

特制軸承回轉(zhuǎn)一周時(shí)，該液壓缸完成一次吸、壓油的總體積

(7)

則該單元排特制軸承驅(qū)動(dòng)共n個(gè)液壓缸的總排量

(8)

若有2個(gè)特制軸承排組成的泵，每個(gè)排單元上的液壓缸數(shù)量相等，且成180°排列來(lái)保持力的對(duì)稱，則總評(píng)排量

(9)

賦予每個(gè)參數(shù)和變量適當(dāng)?shù)木唧w數(shù)值，在20 MPa壓力下滿足2 MW功率傳遞的液壓泵排量Vz=501 063.2 mL·r-1，即501 L·r-1，滿足超大排量要求。

3.2 瞬時(shí)流量

該液壓泵為超低速泵，輸入轉(zhuǎn)速只有10～15 r·min-1，以13.5 r·min-1為例，轉(zhuǎn)1圈就是4.44 s，排出501 L的壓力油，轉(zhuǎn)速太低、排量太大。所以，該液壓泵的流量用排量乘以轉(zhuǎn)速只能表示轉(zhuǎn)數(shù)整數(shù)倍周期內(nèi)的平均流量；要對(duì)該液壓泵的流量特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，需仿真出瞬時(shí)流量，并采取相應(yīng)的措施改善流量特性，使系統(tǒng)流量盡量平穩(wěn)。

3.2.1 單個(gè)液壓缸產(chǎn)生的瞬時(shí)流量

在ADAMS軟件中定義：第i個(gè)液壓缸產(chǎn)生的瞬時(shí)流量即為該液壓缸活塞桿在缸筒內(nèi)的瞬時(shí)速度(式(4))乘以壓油腔的面積，即

(10)

式中：SiY為壓油腔面積(mm2)。

已定義：活塞桿向缸筒端運(yùn)動(dòng)時(shí)速度為正值，此時(shí)為無(wú)桿腔壓油，有桿腔吸油；活塞桿向活塞桿端運(yùn)動(dòng)時(shí)速度為負(fù)值，此時(shí)有桿腔壓油，無(wú)桿腔吸油。則

式中：SiYW為無(wú)桿腔壓油腔面積(mm2)；SiYY為有桿腔壓油腔面積(mm2)。

在ADAMS軟件中，以角速度ω驅(qū)動(dòng)特制偏心軸承內(nèi)圈繞O點(diǎn)回轉(zhuǎn)，提取數(shù)值并繪制1#～6#液壓缸分別產(chǎn)生的瞬時(shí)流量曲線，如圖11所示。

圖11 油缸(1#～6#)分別產(chǎn)生的瞬時(shí)流量曲線

可以看出，單個(gè)液壓缸產(chǎn)生的流量是周期性波動(dòng)的。

3.2.2 瞬時(shí)總流量

在ADAMS軟件中建立2個(gè)和圖4一樣的偏心特制軸承單元數(shù)字化模型，所有的定義與前述完全相同，只是2個(gè)單元互成180°相位排列，如圖12所示。定義：瞬時(shí)總流量即為該瞬間所有壓油腔產(chǎn)生流量的疊加。則

圖12 2個(gè)偏心特制軸承單元

SiY]

(13)

當(dāng)Vi為正時(shí)，SiY按式(11)計(jì)算；當(dāng)Vi為負(fù)時(shí)，SiY按式(12)計(jì)算；將所有的變量賦以適當(dāng)?shù)木唧w數(shù)值。

(1)假若液壓缸僅為無(wú)桿腔壓油，以已知角速度ω驅(qū)動(dòng)特制偏心軸承內(nèi)圈繞O點(diǎn)回轉(zhuǎn)，提取數(shù)值并繪制瞬時(shí)流量曲線，如圖13所示。

圖13 僅無(wú)桿腔壓油時(shí)合成的瞬時(shí)流量曲線

可以看出，前排和后排的流量形態(tài)相同，只存在相位差，但兩排的流量峰值和谷值不能完全相互填補(bǔ)，疊加合成后流量波動(dòng)較大，流量脈動(dòng)率為9.86%。

(2)假若無(wú)桿腔和有桿腔均為壓油腔，以角速度ω=13.5 r·min-1驅(qū)動(dòng)特制偏心軸承內(nèi)圈繞O點(diǎn)回轉(zhuǎn)，提取數(shù)值，并繪制瞬時(shí)流量曲線，如圖14所示。

圖14 兩腔均為壓油腔時(shí)合成的瞬時(shí)流量曲線

可以看出，此時(shí)最大流量為6 930 L·min-1，最小流量為6 602 L·min-1，平均流量為6 773 L·min-1，流量脈動(dòng)率為2.42%，完全可以滿足MW級(jí)功率的傳遞。

同樣，前排和后排的流量形態(tài)相同，兩排的流量峰值和谷值基本可以相互填補(bǔ)，疊加合成流量波動(dòng)大大減小。在ADAMS軟件中計(jì)脈動(dòng)數(shù)量，小脈動(dòng)頻率與單排的液壓缸個(gè)數(shù)相關(guān)，約為2.7 Hz，大脈動(dòng)頻率與單元排數(shù)相關(guān)，約為0.45 Hz。

一般5～12個(gè)柱塞的斜盤(pán)式液壓泵的流量脈動(dòng)率在1.36%～14%之間，若額定轉(zhuǎn)速為2 000 r·min-1，脈動(dòng)頻率與柱塞數(shù)量和轉(zhuǎn)速有關(guān)，在166.7～400 Hz之間。

流量脈動(dòng)率與現(xiàn)有的柱塞泵相當(dāng)，但脈動(dòng)頻率只是普通柱塞泵的1/60，要平穩(wěn)得多。

通過(guò)多方案分析，影響總流量脈動(dòng)率和脈動(dòng)頻率的因素主要有以下幾個(gè)：無(wú)桿腔和有桿腔均為壓油腔，流量脈動(dòng)率大幅減?。黄木鄀越大，流量越大，液壓缸行程越大，流量脈動(dòng)率越大；排數(shù)越多，且相位均勻分布，流量脈動(dòng)率會(huì)大幅減小，但排數(shù)增加，其中間需要增加像多缸柴油機(jī)曲軸一樣的輔助支撐，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液壓泵體龐大；轉(zhuǎn)速一定時(shí)，脈動(dòng)頻率與液壓缸數(shù)量、單元排數(shù)量正相關(guān)。

3.3 流量疊加合成的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

圖15 流量疊加合成的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

如圖15所示，在每個(gè)液壓缸的端部安裝一個(gè)單項(xiàng)閥集成閥塊，高壓油管環(huán)繞泵體安裝，壓力油沿實(shí)線箭頭匯入高壓油管內(nèi)；吸油管也環(huán)繞泵體安裝，低壓油從吸油管沿虛線箭頭流入液壓缸內(nèi)；最終壓力油管和吸油管從泵體引出，就是該泵的壓力油腔和吸油腔。可在壓力油腔處接一大容量蓄能器，減小流量的脈動(dòng)峰值。

該液壓泵除具有傳遞MW級(jí)功率、超低轉(zhuǎn)速、超大排量的主要特點(diǎn)外，還具有如下特性。

(1)隔離故障液壓缸干擾。每個(gè)液壓缸的有桿腔和無(wú)桿腔分別通過(guò)2個(gè)單向閥將各自的流量并聯(lián)匯入壓力油腔和吸油腔，一旦某一個(gè)液壓缸的密封件損壞，造成內(nèi)部泄露，也就是該液壓缸的內(nèi)部壓力在低于壓力油管的壓力、高于吸油管的壓力時(shí)，可以很好地阻斷其對(duì)系統(tǒng)壓力的影響。

(2)吸油能力強(qiáng)。由于液壓缸的兩端分別與泵體和特制偏心軸承外圈鉸接，所以吸油是強(qiáng)制的，吸油腔的真空度很大，吸油能力要比普通的柱塞泵強(qiáng)很多，這對(duì)于100 m左右高度的風(fēng)電機(jī)組非常有優(yōu)勢(shì)，可以將巨大的油箱放在地面，減輕風(fēng)電機(jī)組負(fù)載和吊裝重量。必要時(shí)僅需用1臺(tái)小排量的低壓泵輔助供油，避免吸油腔真空度過(guò)高而析出氣泡。

(3)容積效率接近100%。普通的柱塞泵必須引出少許壓力油用于內(nèi)部的潤(rùn)滑和冷卻，所以容積效率不足100%；而普通液壓缸的密封可以做到幾乎無(wú)泄露。所以，該泵只有機(jī)械效率，容積效率可以認(rèn)為是100%。

(4)維修方便。該泵的易損件就是液壓缸的密封件，由于每個(gè)液壓缸都是相同的，且為普通液壓缸，密封件失效時(shí)，為不影響發(fā)電，可以快速更換液壓缸總成，在地面集中到符合要求的環(huán)境統(tǒng)一更換密封件后備用。

(5)無(wú)運(yùn)動(dòng)高副。液壓缸活塞桿鉸點(diǎn)是與特制軸承的外圈鉸接的，雖然鉸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜了，但巧妙地避開(kāi)了普通的徑向柱塞泵內(nèi)的高副。液壓缸完全是一個(gè)二力桿，缸筒和活塞桿不受任何徑向力，不會(huì)偏磨。文中所述的特制偏心軸承可以是滑動(dòng)軸承，也可以是滾動(dòng)軸承，即使是滾動(dòng)軸承，因其有很多滾動(dòng)體，和普通軸承一樣，內(nèi)、外圈之間也屬于普通的轉(zhuǎn)動(dòng)低副。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)基于ADAMS軟件對(duì)該液壓泵的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性、液壓缸的設(shè)計(jì)、流量特性等部分關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的仿真研究，證明該液壓泵的技術(shù)方案是可行的。文中涉及的所謂特制軸承只是在普通軸承的外圈上增加與液壓缸活塞桿鉸接的耳座；液壓缸活塞桿移動(dòng)速度、擺動(dòng)鉸點(diǎn)、仿真所使用的壓力和溫度都是普通液壓缸可以滿足的。由于液壓泵兩端的主軸承選型、特制偏心軸承的計(jì)算設(shè)計(jì)、鉸點(diǎn)擺動(dòng)軸承的計(jì)算選型以及偏心連接方式等都是關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)，本文沒(méi)有涉及相關(guān)力學(xué)的研究。

需要說(shuō)明的是，本文用ADAMS軟件進(jìn)行仿真時(shí)，是建立在參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變參數(shù)，得出很多方案，并從中選優(yōu)。文中所涉及的圖、表僅是給參數(shù)化的變量賦了一組具體數(shù)值的參考方案的結(jié)果。