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基于Fluent的电液泵流场与温度场有限元分析

付永领 阳加远 朱德明

付永领, 阳加远, 朱德明等 . 基于Fluent的电液泵流场与温度场有限元分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(8): 1647-1653. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0605
引用本文: 付永领, 阳加远, 朱德明等 . 基于Fluent的电液泵流场与温度场有限元分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(8): 1647-1653. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0605
FU Yongling, YANG Jiayuan, ZHU Deminget al. Finite element analysis of flow field and temperature field of electro-hydraulic pump by Fluent[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(8): 1647-1653. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0605(in Chinese)
Citation: FU Yongling, YANG Jiayuan, ZHU Deminget al. Finite element analysis of flow field and temperature field of electro-hydraulic pump by Fluent[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(8): 1647-1653. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0605(in Chinese)

基于Fluent的电液泵流场与温度场有限元分析

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0605
详细信息
    作者简介:

    付永领  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:新型液压伺服系统理论与试验研究、集成机电液控伺服系统、飞机机电系统的综合控制、特种机器人等

    阳加远  男, 硕士研究生。主要研究方向:集成一体化电液泵

    通讯作者:

    付永领, E-mail: 13901397185@126.com

  • 中图分类号: TH137

Finite element analysis of flow field and temperature field of electro-hydraulic pump by Fluent

More Information
  • 摘要:

    介绍三相异步电机-轴向柱塞式电液泵(EHP)的集成结构与工作原理,计算电液泵机械损耗,在Ansoft软件中建立电液泵电机模型,仿真分析电液泵的电磁损耗,并在此基础上建立有限元耦合模型,借助Fluent软件仿真分析液压油在壳体内腔的流动与温度分布状态,以及关键零部件的温度分布。有限元分析结果表明,液压油可以在流道内充分流动,并且额定工作状态下,当进口液压油温度为35℃时,电机定子最高温度不超过58℃,转子最高温度不超过40℃,散热效果好于传统电动机-泵组。针对定子内部温度较高的现象,研究了定子四周打4个直径10 mm的通孔后的温度分布情况,并与打孔前进行了对比,结果表明,打孔后电机定子最高温度降低了0.6℃,局部区域温度降低超过3℃,散热效果改善明显。

     

  • 图 1  轴向柱塞式电液泵结构示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of axial piston EHP

    图 2  Ansoft电机模型

    Figure 2.  Ansoft motor model

    图 3  电液泵三维简化模型

    Figure 3.  3D simplified model of EHP

    图 4  内部流体剖面图

    Figure 4.  Sectional view of internal fluid

    图 5  电液泵网格划分模型

    Figure 5.  EHP meshing model

    图 6  额定工况下液压油流动速度迹线

    Figure 6.  Speed streamline of hydraulic oil under rated condition

    图 7  额定工况下的温度分布剖面图

    Figure 7.  Sectional view of temperature distribution under rated condition

    图 8  打孔前后电液泵温度分布

    Figure 8.  Temperature distribution of EHP before and after hole drilling

    图 9  打孔前后电机定子轴向最高温度分布曲线

    Figure 9.  Motor stator's axial maximum temperature distribution curves before and after hole drilling

    表  1  电机主要参数

    Table  1.   Main parameters of motor

    参数数值
    定子外径/mm290
    定子内径/mm187
    转子内径/mm90
    铁芯长度/mm190
    气隙长度/mm0.6
    极对数2
    输出功率/kW22
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    表  2  电磁损耗参数

    Table  2.   Electromagnetic loss parameters

    W
    损耗类型数值
    定子铜耗892.93
    定子铁耗432.04
    转子铝耗482.53
    摩擦损耗293.65
    杂散损耗110.00
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    表  3  柱塞泵主要参数

    Table  3.   Main parameters of piston pump

    参数数值
    Z9
    dz/mm14.2
    μ/(Pa·s)0.04
    Rf/mm50
    Δp/MPa28
    R/mm92.9
    β/(°)20
    ω/(rad·s-1)1 460
    fc10.1
    fc20.1
    fc30.08
    fb0.002
    注:dz—柱塞直径;Rf—分度圆直径。
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    表  4  机械损耗

    Table  4.   Mechanical losses

    W
    损耗类型数值
    黏性摩擦损耗配流副335.34
    柱塞副300.84
    滑靴副17.67
    滑动摩擦损耗配流副46.48
    柱塞副2.10
    滑靴副38.30
    滑靴球绞21.06
    油隙摩擦损耗1 491.60
    轴承摩擦损耗5.73
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    表  5  材料属性

    Table  5.   Material property

    材料密度/
    (kg·m-3)
    比热容/
    (J·kg-1·
    K-1)
    热导率/
    (W·m-1·
    K-1)
    运动黏度/
    (Pa·s)
    46#液压油8721 8000.130.04
    硅钢片7 850502.458.2
    铸铝2 719871202.4
    碳钢8 030502.4816.27
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    表  6  热源参数

    Table  6.   Heat source parameters

    参数体热源面热源
    定子产热率/
    (W·m-3)
    转子产热率/
    (W·m-3)
    转子轴承面产热率/
    (W·m-2)
    斜盘面产热率/
    (W·m-2)
    配流盘面产热率/
    (W·m-2)
    数值169 445.80281 531.6064.8511 134.8767 630.48
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-07-19
  • 录用日期:  2016-08-26
  • 刊出日期:  2017-08-20

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