1 文献综述
1.1 课题研究背景
液压泵是液压系统重要的动力元件,除了在工程机械、冶金机械、农具、机床、汽车等行业装备,在地下施工、航空航天、医疗器械、游乐园设施等行业领域也有较广的应用[1～3]。
在建国初期我国需要大力发展工业，当然困难也非常多，例如早期的锻压机械，找不到一个合适的柱塞泵配置在上面。处在当时的情景下，国家引进了苏联的径向柱塞泵，但是引进的泵压力低、排量小，不能达到锻压机械对柱塞泵的要求。CY 泵是在国家这种情况下研制出来的高压柱塞泵，后来该泵一直在锻压、冶金等工业机械上得到广泛使用。如果企业不改进技术来提高产品竞争力，只是压低产品出厂价格获得订单，这会带来两个影响，一企业的利润受影响，导致企业没有额外的资金改进技术 ，设备工艺无法优化改造，这样做出的东西越来越落后；二是工厂为了减少成本，工艺不达标，减少材料等使 CY 泵的品牌质量层次不齐，每个厂子的质量也有很大不同。这就是技术不随时代进步带来的对产品以及企业的毁灭。在今天倡导创新中国的氛围中，液压行业处于一个难得发展时期。
目前，与同类国外产品相比，我国自主研发生产的液压活塞泵在性能各方面或多或少有差异，这导致企业无法占有国外广阔的市场。尽管中国的液压传动技术取得了可观的成绩，但核心部件和关键技术产品仍存在一些差距[4～9]。
因为 CY 柱塞泵在我国工业发展过程中有过良好表现。目前，国内市场每年仍能消耗几百万台，所以对 CY 泵进行更新换代非常及时，未来向哪个方向发展。而这个方向起码要追随其他国家的柱塞泵研制创新发展的方向。
(1)步入 21 世纪，全球的柱塞泵发展跟新速度很快，第一特点就是根据具体的应用场合探究出了开式和闭式两大类，这两类泵的应用场合、设计思路、使用寿命都有区别，CY 型轴向泵是开式油泵；
(2)紧接着，泵的工作压力正在逐步提高，泵的质量体积往轻往小发展，所以 CY泵经过技术改进，是泵的工作压力提高，其泄露噪声寿命也应随着改进，另外泵的重量要减少；
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1.2 选题的目的
尽管 CY 泵年产量仍然在 30 万台以上，但所用场合在低端市场。在刚研制出来时期，在世界范围内 CY 泵属于较先进的柱塞泵。后来我国的冶金行业的市场几乎被都国外的泵垄断了。这些年，国外对柱塞泵的改进也进行了很多尝试，主要改进方向是节能，即着重对泵的变量控制技术进行优化改进。
本文研究的主要目的是在不考虑流量随负载需要自动调整，提出一种新型的电液比例柱塞泵，斜盘即变量机构由外控油控制，比例电磁铁的电流大小来改变泵阀口大小，这样就实现了流量随电流按比例关系变化。本文中,在 AMESim 软件中建立柱塞泵泵整体仿真模型，探讨转速、负载、电磁铁输入电流、外控流量如何影响泵出口流量。并在产品设计试制造阶段，提前采用 ANSYS Workbench 优化模块进行疲劳分析预测产品的使用寿命或者改善产品的结构。
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2 柱塞泵运动学及动力学分析
2.1 轴向柱塞泵工作原理
下面以 CY 恒压泵为参考对象，简述柱塞泵工作原理，恒压轴向柱塞泵刨面图如图 2.1 所示。
如图 2.1 所示，泵体由缸体、传动轴、比例电磁铁、变量壳体、滑靴和变量头等组成。缸体内含 7 个柱塞孔，孔中心所在分度圆半径相等，孔半径也相等。配流盘不随泵轴转动，其上面的配流窗口分别接通柱塞泵的进油口和排油口，滑靴随泵轴转动，与变量头表面接触。
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2.2 泵运动学分析
从上面的分析可知，柱塞对固定壳体而言，做两个运动：一是在缸体体内做往复运动，二是随缸体一起旋转。
2.2.1 奇、偶数柱塞泵性能比较 将不同的柱塞数 Z 代入式(2.34) 式(2.35)，所得流量不均匀系数数据见表 2.2 由于柱塞数为正整数，所以曲线是不连续的，蓝色粗线代表柱塞数为奇数，红色细线代表柱塞数位偶数。
柱塞泵多个部件之间具有相对运动，主要是利用柱塞副和配流副的相对位移变化来促使柱塞孔容积腔大小的改变，从而完成油的吸入和排出。在工作过程中，柱塞副承担传递力的任务，因此柱塞副的运动特性在很大程度上决定了液压泵的效率。此外，还会影响液压泵的流量工作特性、输入扭矩特性。
本章主要对轴向柱塞泵的主要运动部件柱塞作运动学分析。根据零件的几何位置，分析了柱塞的位移、速度、加速度。此外建立了新的坐标系，介绍滑靴在配流盘上的运动情况。最后，对奇偶数柱塞性能进行对比，得出流量脉动程度随着柱塞数的增加而下降。
3 轴向柱塞泵流量的定量分析 ..................................... 16
3.1 AMESim 介绍 .................................. 16
3.2 定量泵仿真模型的建立 ..................................... 17
4 电液比例变量泵流量分析 ........................................ 29
4.1 比例控制技术介绍 ............................... 29
4.2 流量控制原理 ................................... 30
5 缸体有限元分析及结构优化 ................................. 39
5.1 缸体有限元分析 ........................................ 39
5.1.1 缸体建模 ....................................... 39
5.1.2 网格划分 .................................. 40
5 缸体有限元分析及结构优化
5.1 缸体有限元分析
ANSYS 作为一款通用的大型的有限元分析软件[46]，可分析结构问题，流体问题，电场问题，磁场问题等。ANSYS 软件是首个经 1509001 质量认证，在众多分析设计软件中。同时，它还是中国第一家通过中国压力容器标准化技术委员会认证的产品。
它具有完整的前后处理功能，强大的求解器以及各种辅助和实用的辅助开发技术。广泛用于核工业，铁路，石化，航空航天，机械制造，能源，汽车运输，国防军事，电子，土木工程，造船，生物医学，轻工业，地质，水，家用电器等。工业和科学研究。
ANSYS 软件提 供的分析类型有以下几种[47]：
（l）结构静力分析： （2）结构动力学分析： （3）结构非线性分析： （4）动力学分析： （5）热分析： （6）电磁场分析： （7）流体动力学分析：。 （8）声场分析： （9）压电分析：
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6 总结与展望
6.1 总结
本文以 CY14-1B 柱塞泵为研究对象，完成了缸体有限元分析，并对缸体的结构提出优化方案，使其满足应力等条件同时体积更小，为其他类似结构的设计与实验提供了参考，本文的主要成果概括如下：
（1）对轴向柱塞泵的主要运动部件柱塞作运动学分析，得到柱塞的位移、速度、加速度计算公式。此外建立了新的坐标系，研究滑靴的运动规律。列出泵理论流量、实际流量、瞬时流量的计算公式并对奇偶数柱塞性能进行对比，得出流量脉动程度随着柱塞数的增加而下降。
（2）建立定量柱塞泵的 AMESim 仿真模型，分析配流盘减振槽对柱塞泵压力、流量的影响，采用三角减振槽可以使高压油通过该槽流入柱塞腔而从一定程度上缓解冲击，振动和噪声情况也会随之得到改善。深入研究 CY 柱塞泵一种新型的变量方式，验证了此种变量的优点，从负载、转速等方面研究其流量控制特性。
（3）把常见的柱塞泵缸体，作为研究仿真对象，利用优化模块，对 CY 泵的缸体端面内直径、柱塞孔分度圆半径与应力、应变、体积等关系进行了探讨，以响应曲面的仿真结果形式，来探究输入参数对输出参数的影响情形，提出了缸体体积小质量轻的最优解。
参考文献（略）