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工程车泵-马达关键零部件的轻量化设计
| 论文题名： | 工程车泵-马达关键零部件的轻量化设计 |
| 关键词： | 工程车;液压传动零部件;轻量化设计;动态特性 |
| 摘要： | 国外高压液压柱塞泵、马达经过几十年的发展，已经形成了完整的产品线。液压传动相比传统的机械、电气传动具有很大的力和扭矩、结构紧凑、排列布置机动性强、控制方便、能实现较大范围内的无极变速、防止过载、安全性高、工作平稳、反应快等优点。本文研究的泵、马达液压元件应用于工程车上，为了响应国家的双碳政策，力争在2030年前实现碳达峰、在2060年前实现碳中和这两个重大战略目标，并为了满足客户需求，基于此目标对泵、马达液压元件进行轻量化设计，以此来达到节能减排，防止超载的目的，因此对柱塞泵、马达液压元件进行轻量化设计具有重要意义。 本文采用动态特性分析、试验分析、强度分析和拓扑优化相结合的方法对某型号的工程车上柱塞泵-马达的关键零部件进行轻量化设计，完成如下工作： （1）根据柱塞泵/马达的结构、工作原理及液压系统工作油路，利用AMESim仿真软件搭建斜盘式变量柱塞泵和斜轴式定量柱塞马达组成的液压系统仿真模型。 （2）应用AMESim仿真平台对整个液压系统进行了动态特性分析，分析得到柱塞泵、马达各工作管路压力、柱塞腔内部压力、流量及扭矩等。利用液压泵/马达试验台对斜盘式柱塞泵进行左右限位试验和对斜轴式柱塞马达进行正反转试验。对比仿真与试验分析结果，验证了仿真模型的可靠性，在此基础上提取柱塞腔压力、工作油路和控制油路压力作为后续力学分析的初始条件。 （3）对斜盘式柱塞泵和斜轴式柱塞马达进行受力分析，获取柱塞泵、马达各机械运动零件的力学激励，利用HyperMesh前处理软件和ABAQUS强度分析软件对柱塞泵的缸体、壳体、泵盖和马达壳体进行强度分析，验证了各零件满足刚强度要求且存在富余量，根据结果选取满足刚强度及刚强度富余的零件进行轻量化。 （4）根据零件刚强度、制造工艺等技术要求，选择ZL205A铸造铝合金为轻量化材料，以柱塞泵的壳体、泵盖和马达的壳体为轻量化对象，并通过强度分析验证了材料满足刚强度要求，对比不同材料的零件质量得到泵-马达组成的液压系统整体重量减少了约30%，初步实现了液压系统的轻量化。 （5）利用Tosca优化软件对柱塞泵/马达的壳体进行非参数拓扑优化，根据拓扑优化的最佳材料分布图和实际应用要求对零件进行结构优化，去掉对零件强度、刚度影响小且不必要部位的材料，在原工况的条件下对优化后的模型进行强度分析，验证优化模型的可靠性。通过对比优化前后液压系统质量，得到液压系统整体重量减少了32%，实现了工程车柱塞泵-马达关键零部件的轻量化。 |
| 作者： | 夏松林 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 雷刚;梁宏喜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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