專利名稱：確定無沖擊恒流量雙柱塞泵凸輪輪廓形狀的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種確定無沖擊恒流量雙柱塞泵凸輪輪廓形狀的方法。
背景技術(shù)：
往復柱塞泵能夠提供較大的壓力，其主要應用于小流量、高壓力的場合，如油田開采、液壓驅(qū)動和控制等諸多領(lǐng)域。然而很多場合往往需要穩(wěn)定的流量或要求盡量少的流量的脈動。為了使流量無脈動，有些場合人們通過改變帶動泵的電動機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，這樣增加了對電機性能的要求，還得增設(shè)相應的控制系統(tǒng)，在實際中也難以達到高精度穩(wěn)定的流量；還有些技術(shù)人員設(shè)計了新型機構(gòu)(如可變偏心機構(gòu)、斜板轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)等)來改善流量的脈動。如通過改善柱塞驅(qū)動凸輪的輪廓線達到消除流量脈動的目的，避免了對控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)的附加要求，具有非常高的經(jīng)濟行和適用性。
經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，閆國軍等人在《中國機械工程》2004(9)1617-1618)上發(fā)表的文章“往復泵閥運動規(guī)律的研究”，該文給出一種衡流量柱塞泵凸輪設(shè)計，實現(xiàn)了流量無脈動，但應用該凸輪，活塞的加速度不連續(xù)，活塞和凸輪之間會產(chǎn)生柔性沖擊，尤其不利于柱塞泵的高速運轉(zhuǎn)。目前還沒有出現(xiàn)加速度連續(xù)的橫流量柱塞泵驅(qū)動凸輪的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種確定無沖擊恒流量雙柱塞泵凸輪輪廓形狀的方法，應用該方法可以得到一類新型凸輪輪廓，應用這種新型輪廓的驅(qū)動凸輪，能夠保證含雙柱塞的柱塞泵本輸出流量恒定，無任何脈動，并且柱塞泵凸輪與柱塞之間無任何沖擊，有利于柱塞泵高速和平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)。
本發(fā)明史通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明所述的確定無沖擊恒流量雙柱塞泵凸輪輪廓形狀的方法，將含雙柱塞的柱塞泵驅(qū)動凸輪劃分為五段，采用Hermite插值函數(shù)確定柱塞速度曲線，積分以后應用各段間的連續(xù)性條件，確定了積分常數(shù)后便得到了描述驅(qū)動凸輪輪廓的5段函數(shù)的解析表達式，根據(jù)實際的需要給出函數(shù)中的參數(shù)數(shù)值，便得到所需的無沖擊恒流量雙柱塞泵凸輪輪廓。
所述的含雙柱塞的柱塞泵驅(qū)動凸輪劃分為五段，具體為1)柱塞加速段。此時柱塞速度增加，輸出流量逐漸增加。
2)平穩(wěn)輸出段。此時柱塞速度恒定，輸出流量恒定。
3)柱塞減速段。此時柱塞速度減少，輸出流量逐漸減少。
4)柱塞回程加速段。此時柱塞向回運動，速度逐漸增加，不輸出流量。
5)柱塞回程減速度。此時柱塞向回運動，速度逐漸減小，不輸出流量。
在以上第1)、3)、4)、5)四段含雙柱塞的柱塞泵驅(qū)動凸輪中，柱塞速度采用Hermite插值函數(shù)來確定，其中，通過常用的Hermite插值函數(shù)C1連續(xù)的特點，確保了各段之間柱塞的速度和加速度連續(xù)；同時，在以上5段含雙柱塞的柱塞泵驅(qū)動凸輪中，前三段過程中輸出流量，后兩段過程中不輸出流量，這樣當與另外一個相位相差180度的柱塞一起，便能輸出穩(wěn)定的流量，這一點通過Hermite插值函數(shù)的特點自然實現(xiàn)。
應用本發(fā)明得到凸輪輪廓形狀，包括以下三個步驟1)根據(jù)實際情況給定參數(shù)a、h1和C1，其確定依據(jù)為參數(shù)a反映了速度變化時間段的長短，其值在0～π/4之間。a不宜過小，當a接近0時，第1)和第3)段柱塞速度改變劇烈，會使運動平穩(wěn)性會變差；當a變大時，第4)與第5)段的速度改變逐漸劇烈。綜合考慮，a一般可在π/6附近取值。
參數(shù)h1決定柱塞的行程和流量，h1根據(jù)如下關(guān)系確定柱塞行程 S＝h1π柱塞泵流量Q＝h1Aω，其中ω為凸輪轉(zhuǎn)動的角速度，參數(shù)A是柱塞的橫截面積；C1值和凸輪大小有關(guān)，C1越大凸輪的總體尺寸越大，從受力角度來看凸輪是越大越好，但受到空間和凸輪本身旋轉(zhuǎn)慣性等因素的制約，可根據(jù)具體情況予以選擇。
2)計算描述凸輪形狀的各段函數(shù)中用到的參數(shù)C2、C3、C4、C5、h2，其計算公式為h2=2h1ππ-2a]]>C2=-316h1a+C1]]>C3=-8h1a3π+6h1a4+6h1a2π2-h1π4-16a3C116a3]]>C4=h1(-509π4a-272π5-224πa4+712π2a3-792π3a2+48a5)16(-π3+6π2a-12πa2+8a3)(-π+2a)]]>+C1(512a3π-256a4-384π2a2-16π4+128π3a)16(-π3+6π2a-12πa2+8a3)(-π+2a)]]>C5=h1(-19πa+56π2+6a2)+C1(16π-32a)16(-π+2a)]]>3)計算凸輪輪廓展開后的高度函數(shù)，其計算公式為f(s)=f1(s)s∈[-a,a]f2(s)s∈[a,π-a]f3(s)s∈[π-a,π+a]f4(s)s∈[π+a,32π]f5(s)s∈[32π,2π-a]]]>s為凸輪一個周期內(nèi)的轉(zhuǎn)角，五個分段函數(shù)依次表示柱塞加速段、平穩(wěn)輸出段、柱塞減速段、柱塞回程加速段、柱塞回程減速段凸輪輪廓形狀，各個分段函數(shù)的具體形式分別為f1=-h1s4+6h1s2a2+8h1sa3+16C1a316a3]]>f2＝/h1s+C2f3=8h1sa3-6h1s2a2+12h1sπa2+h1s4-4h1s3π+6h1s2π2-4h1sπ316a3+C3]]>
f4＝(-4h2s4+20h2s3π+8h2s3a-36h2s2π2-36h2s2πa+28h2sπ3+48h2sπ2a+12h2sπa2-8h2sa3)/(-π+2a)3+C4f5=-h2(s-(s-3π/2)3(π/2-a)2+(s-3π/2)42(π/2-a)3)+C5]]>經(jīng)過以上三步便得到用戶需要的凸輪輪廓形狀曲線。
采用本發(fā)明得到的廓線的凸輪驅(qū)動下的柱塞泵同時具有如下兩個特點柱塞泵流量恒定，無任何脈動；柱塞運動加速度連續(xù)，所以柱塞和凸輪之間無任何沖擊載荷，適合柱塞泵高速平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)。
本發(fā)明將含雙柱塞的柱塞泵驅(qū)動凸輪劃分為五段，借用了Hermite插值函數(shù)來描述柱塞速度變化段曲線，Hermite插值函數(shù)的本身性質(zhì)保證了柱塞加速度連續(xù)，而且在雙柱塞在速度變化段輸出流量恒定，無任何脈動。這樣的柱塞泵在應用時可以高速平穩(wěn)運作，并具有流量非常穩(wěn)定，對于液壓驅(qū)動的平穩(wěn)、減少液體對管路的沖擊等都非常有利。


圖1為實例一個周期內(nèi)的速度曲線(橫軸為凸輪轉(zhuǎn)角，縱軸為速度)圖2為實例的凸輪輪廓圖(橫軸和縱軸分布是x和y方向坐標)具體實施方式
以下結(jié)合本發(fā)明的方法提供實施例某液壓驅(qū)動凸輪，在根據(jù)流量和凸輪大小要求選定h1＝20，C1＝50，速度變化過渡參數(shù)為a＝π/6時，應用本發(fā)明給出的5段凸輪輪廓展開函數(shù)得出凸輪輪廓形狀。其柱塞速度如圖1所示，凸輪形狀如圖2所示，當凸輪轉(zhuǎn)速為1500r/min，柱塞面積為100πmm2時，柱塞泵可輸出59.2升/min的恒定流量。該柱塞泵具有流量無脈動，柱塞加速度連續(xù)，可以實現(xiàn)平穩(wěn)的高速運轉(zhuǎn)。
在實際應用中該柱塞泵具有以下幾點1)有利于提高柱塞泵的運行效率。因柱塞的加速度連續(xù)，有例于高速平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，所以容易實現(xiàn)以體積小的柱塞泵，通過高的運轉(zhuǎn)速度達到較大流量的需求；2)柱塞泵的流量不任何脈動，驅(qū)動其它部件時更加平穩(wěn)；3)可以通過改變運轉(zhuǎn)速度達到對不同流量的要求，并容易實現(xiàn)各個流量的平穩(wěn)過渡。
4)在柱塞泵有控制系統(tǒng)時，因不必考慮流量脈動，可以使控制系統(tǒng)更加簡單。
權(quán)利要求
1.一種確定無沖擊恒流量雙柱塞泵凸輪輪廓形狀的方法，其特征在于包括以下三個步驟1)根據(jù)實際情況給定參數(shù)a、h1和C1，其確定依據(jù)為參數(shù)a反映了速度變化時間段的長短，其值在0～π/4之間，a不宜過小，當a接近0時，第1)和第3)段柱塞速度改變劇烈，會使運動平穩(wěn)性會變差；當a變大時，第4)與第5)段的速度改變逐漸劇烈；參數(shù)h1決定柱塞的行程和流量，h1根據(jù)如下關(guān)系確定柱塞行程 S＝h1π柱塞泵流量 Q＝h1Aω，其中ω為凸輪轉(zhuǎn)動的角速度，參數(shù)A是柱塞的橫截面積；C1值和凸輪大小有關(guān)，C1越大凸輪的總體尺寸越大；2)計算描述凸輪形狀的各段函數(shù)中的用到的參數(shù)C2、C3、C4、C5、h2，其計算公式為h2=2h1ππ-2a,C2=-316h1a+C1]]>C3=-8h1a3π+6h1a4+6h1a2π2-h1π4-16a3C116a3]]>C4=h1(-509π4a-272π5-224πa4+712π2a3-792π3a2+48a5)16(-π3+6π2a-12πa2+8a3)(-π+2a)]]>+C1(512a3π-256a4-384π2a2-16π4+128π3a)16(-π3+6π2a-12πa2+8a3)(-π+2a)]]>C5=h1(-19πa+56π2+6a2)+C1(16π-32a)16(-π+2a)]]>3)計算凸輪輪廓展開后的高度函數(shù)，其計算公式為f(s)=f1(s)s∈[-a,a]f2(s)s∈[a,π-a]f3(s)s∈[π-a,π+a]f4(s)s∈[π+a,32π]f5(s)s∈[32π,2π-a]]]>s為凸輪一個周期內(nèi)的轉(zhuǎn)角，五個函數(shù)依次表示柱塞加速段、平穩(wěn)輸出段、柱塞減速段、柱塞回程加速段、柱塞回程減速段的凸輪形狀，各個分段函數(shù)的具體形式分別為f1=-h1s4+6h1s2a2+8h1sa3+16C1a316a3]]>f2＝h1s+C2f3=8h1sa3-6h1s2a2+12h1sπa2+h1s4-4h1s3π+6h1s2π2-4h1sπ316a3+C3]]>f4＝(-4h2s4+20h2s3π+8h2s3a-36h2s2π2-36h2s2πa+28h2sπ3+48h2sπ2a+12h2sπa2-8h2sa3)/(-π+2a)3+C4f5=-h2(s-(s-3π/2)3(π/2-a)2+(s-3π/2)42(π/2-a)3)+C5]]>經(jīng)過以上三步便得到用戶需要的凸輪輪廓形狀曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定無沖擊恒流量雙柱塞泵凸輪輪廓形狀的方法，其特征是a為π/6。
全文摘要
一種確定無沖擊恒流量雙柱塞泵凸輪輪廓形狀的方法，屬于機械技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將含雙柱塞的柱塞泵驅(qū)動凸輪劃分為五段，即柱塞加速段、平穩(wěn)輸出段、柱塞減速段、柱塞回程加速段、柱塞回程減速度，采用Hermite插值函數(shù)確定柱塞速度曲線，積分以后應用各段間的連續(xù)性條件，確定積分常數(shù)后得到描述驅(qū)動凸輪輪廓的5段函數(shù)的解析表達式，根據(jù)實際的需要給出函數(shù)中的參數(shù)數(shù)值，便得到所需的無沖擊恒流量雙柱塞泵凸輪輪廓。本發(fā)明采用Hermite插值函數(shù)的本身性質(zhì)保證了柱塞加速度連續(xù)，而且在雙柱塞在速度變化段輸出流量恒定，無任何脈動。這樣的柱塞泵在應用時可以高速平穩(wěn)運作，并具有流量非常穩(wěn)定，對于液壓驅(qū)動的平穩(wěn)、減少液體對管路的沖擊等都非常有利。
文檔編號F04B9/02GK1869441SQ200610027970
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月22日
發(fā)明者田中旭, 崔毅 申請人:上海交通大學