在对液压系统进行热分析时,往往用到的是液压元件的热传递模型。该模型的建立是根据液压元件的结构及其发热和传热特点,将各部分以结点的形式表示出来,一般分为流体结点和壁结点。列出各结点的热量汇流平衡方程,即当前结点吸收热量等于外部向当前结点传递的热量(正或负)与内部生热的代数和。
对于流体结点热平衡方程表示为:油液温升所含热量等于损失所产生的热量、油液传递的热量以及向壁结点对流热量的代数和。
对于壁结点热平衡方程表示为:结构温升所含的热量等于上一元件传来的热量、油液传来的热量、向下一元件传走的热量、向大气对流传递的热量和向周围辐射传递的热量的代数和。
由于元件功能与特性不同,各个元件有着不同的热平衡方程组。一般有一个结点就有一个热平衡方程。这些方程既包含了传导、对流换热和热辐射三种基本热传递方式,也包括了由于油液质量传递而产生的热传递以及由于系统的温升等,其中油液质量转移引起的热传递,压降生热对系统温度计算影响最大。
柱塞泵有三个接口:输入口、输出口和壳体回油口,分别与入口导管L1、出口导管L2和壳体回油管L3相连接。
柱塞泵的热传递模型可分成七个结点:入口壁结点W1、入口流体结点F1、出口壁结点W2、出口流体结点F2、壳体回油壁结点W3、壳体回油流体结点F3以及内部质量结点M。
为简化计算,可以对柱塞泵的结点做一些合并处理。根据轴向变量柱塞泵的结构和材料以及传热学的分析,柱塞泵的入口壁结点W1和出口壁结点W2与内部质量结点M嵌套在一起。当液压油经管路进入柱塞泵入口处时,入口温度与油液温度基本相等,且入口壁结点相当于配流盘吸油区和处于吸油状态的液压缸的质量总和。液压缸相当于内嵌在内部质量结点上,壁结点和内部质量结点之间的热传导均属于导热,液压缸均匀分布于容腔内,故将出口、入口壁结点与内部质量结点作为一个结点来处理。壳体回油壁结点W3,即柱塞泵的泄油部分质量,与入口、出口壁结点具有相同的情况,也可以归并到内部质量结点中。在热量的传递过程中,回油壁结点因为具有较好的导热系数,其温度变化和内部质量结点基本相同。综上,将入口壁、出口壁、回油壁、内部质量这四部分统一归结为一个柱塞泵质量结点,设该结点的温度为TM。但是这并不意味着整个柱塞泵的内部各个部分的温度相同。例如入口壁的温度接近初始温度,通过泄漏损失,液压油流到出口会产生较高的热量。因此,出口壁的温度一定比入口处高。为了将传热学中一些很难计算的参数进行简化处理,将柱塞泵各部分质量结点归结为一个结点,方便了传热学的计算,同时,重点考虑油液的温度变化。TM是柱塞泵各个部分质量温度的平均值,是一个模糊的概括描述。
分析后得到传热学简化模型为:入口流体结点F1、出口流体结点F2、壳体回油流体结点F3以及泵质量结点MM。各个结点之间的传热学模型如图11.2所示。
图11.1 柱塞泵结点模型实体示意图
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