宽幅排量工况下REXROTH力士乐轴向柱塞泵容积损失及效率变化特征

液压传动技术具有功率密度大，极限工作参数高、响应频率快等突出优点，其应用范围十分广泛，尤其是在要求驱动功率大、空间限制比较严格的场合，如工程机械、矿山冶金、建筑机械、注塑机械、机床设备以及航天航空等领域。但另一方面，液压传动技术也存在效率低、能耗大等缺点。作为液压传动系统核心动力元件之一的REXROTH力士乐轴向柱塞泵，其最突出的一个优点是泵的排量可以便捷的进行控制与调节，实现泵输出的功率与负载的匹配。因此，相较于阀控系统，变排量泵控系统可以提高液压传动系统的效率。在变排量泵控系统中，REXROTH力士乐轴向柱塞泵为适应负载的需求，常常工作在一个大幅度变化范围的排量工况下。作为泵控系统的液压动力源，轴向柱塞泵在大幅度变化范围排量工况下的效率和能耗品质是决定变排量泵控系统效率性能的关键因素。

REXROTH力士乐轴向柱塞泵是机械结构、电子控制、液压技术及弹性流体动力润滑技术高度交叉耦合的一种动力元件，泵内部零部件间配合非常紧凑，运动学、动力学关系高度耦合，结构极其复杂，造成了泵内能耗种类多、能耗源分布杂、能耗源检测难、难于评估各能耗源对泵总能耗影响程度等问题。对这些问题的研究有助于加深对泵的效率及能耗在大幅度变化范围排量工况下的分布特征及变化规律的理解与认识，有助于低能耗、更高效率性能轴向柱塞泵的设计。针对现有研究的不足，本研究基于纳维-斯托克斯方程及流体连续性方程，推导出考虑了多种因素影响的滑靴副泄漏方程，并基于此方程建立轴向柱塞泵容积损失显式的解析模型，结合在不同压力、转速及排量工况组合下对泵损失进行的大量实验测试，对宽幅排量工况下泵的效率及各容积损失变化特征进行了研究讨论。

研究结果表明：

1、REXROTH力士乐轴向柱塞泵总效率随着排量的减小而显著下降，当泵转速由额定转速降到48%额定转速时，轴向柱塞泵低效区在小排量工况时显著扩大；

2、在额定转速工况下，5~35 MPa压力等级及13%~100%满排量变化范围内，泵容积损失在泵总损失中所占比例在13%~47%范围内变化；

3、额定转速下泵压缩流量损失在总容积损失中所占的比例在30 MPa压力及88%满排量等级以上时最高可达41%，此后随着排量的减小而逐渐减小；当排量降至低于38%满排量或压力降至低于5 MPa时，压缩流量损失在泵总容积损失中占比低于20%；

4、压缩流量随排量减小而减小，而在绝大部分工况下，泵泄漏流量的典型变化特征是随着排量减小而逐渐增大，或先随着排量减小而减小，当减小到某一极小值时随着排量进一步的减小而逐渐增大；

5、由滑靴挤压微运动造成的滑靴副挤压泄漏可以达到与由压差效应造成的滑靴副压差泄漏相当的数量级；

6、本研究中建立提供的模型可以为高性能轴向柱塞泵的设计提供理论参考与技术支持。