双转子构型液压变压器：设计·分析·实验·仿真·实例

本书针对目前液压变压器亟待解决的关键问题，提出了双转子构型解决方案。双转子构型液压变压器是一种新型液压节能元件，本书全面阐述了其设计、理论、性能以及特点；对双转子构型液压变压器配流盘表面非光滑凹坑润滑承载机理进行了深入与系统的分析，提出了双转子构型液压变压器变量配流等关键部位的设计方法；论述了双转子构型液压变压器的压力转速耦合特性；阐述了双转子液压变压器压力转速耦合模型的建立方法以及降低波动性的策略；研究了双转子液压变压器的压力过渡特性；提出了基于瞬态CFD 的液压变压器压力过渡区设计方法；设计并试制了双转子构型液压变压器的样机，进行了一系列实验研究。
本书可为从事液压元件和系统研究、设计制造、使用维修等人员提供技术支持，也可供大中专院校机械专业类的师生教学使用和参考，更可作为液压专业的研究生教材。

刘忠迅，博士毕业于哈尔滨工业大学机械电子工程专业，黄淮学院机械电子工程系主任，驻马店市机器人先进流体动力驱动技术重点实验室负责人。先后发表论文20余篇，主持/参与国家自然科学基金项目3项、国家科技支撑计划项目1项、省科技攻关项目3项。近三年，主持完成了河南省科技攻关计划项目：“高压高速液压变压器仿生非光滑表面配流副设计关键技术研究”（项目编号212102310095，已结题），作为主要参与人完成国家自然科学基金面上项目：“基于多场耦合理论的高性能液压变压器工作机理研究”（项目编号51775131，已结题），主讲液压与气压传动课程入选“黄淮学院课程思政样板课程”。

《双转子构型液压变压器 设计·分析·实验·仿真·实例》针对目前液压变压器急需解决的关键问题，提出了双转子构型解决方案。双转子构型通过额外的转子能够突破缸体强度的限制，成倍的增加柱塞数量，从而能够缓解液压变压器的波动问题；设计了双转子构型液压变压器双端面配流变量配流机构，采用双端面配流原理解决了传统配流盘转动型液压变压器中存在的节流问题，且所受轴向液压力能够相互抵消。除此之外，本书提出通过采用壳体支撑的转子改善转子的受力状态，通过调整双转子液压变压器配流盘上三个配流窗口包角相对大小的方法改善液压变压器工作特性的首创技术方案。 双转子构型液压变压器是一种新型液压节能元件，本书全面阐述了新型双转子构型液压变压器的设计、理论、仿真以及实验方法与结果，具有自主知识产权，技术国内外领先。

液压技术具有功率密度大、易于调速与控制等特点，广泛应用于工程机械、农业机械、矿山机械等领域。然而受节流效应的影响，目前广泛使用的阀控系统的能量转换率往往很低。本书所研究的液压变压器能够无节流损失地传递能量，同时可对负载能量进行回收再利用，从而能极大提高液压系统的能量转换效率。
本书针对目前液压变压器亟待解决的关键问题，提出了双转子构型解决方案。双转子构型通过额外的转子能够突破缸体强度的限制，成倍地增加柱塞数量，从而能够缓解液压变压器的波动问题； 设计了双转子构型液压变压器双端面变量配流机构，采用双端面配流原理解决了传统配流盘转动型液压变压器中存在的节流问题，且所受轴向液压力能够相互抵消。除此之外，本书提出通过采用壳体支撑改善转子的受力状态，通过调整双转子液压变压器配流盘上三个配流窗口包角相对大小的方法改善液压变压器工作特性的首创技术方案。双转子构型液压变压器是一种新型液压节能元件，本书全面阐述了新型双转子构型液压变压器的设计、理论、仿真以及实验方法与结果。
书中除了第一章对目前现有液压变压器进行概述外，其余章节均为自主知识产权的研究内容。本书可为从事液压元件和系统研究、设计制造、使用维修等人员提供技术支持，也可供大中专院校机械专业的师生教学使用和参考,更可作为液压专业研究生教材，对于提高我国液压基础件的研究水平具有重要的实用价值和指导意义。
此书成形的过程中，得到了国家自然科学基金委员会、河南省科学技术厅和黄淮学院的大力支持，同时得到了哈尔滨工业大学姜继海教授、上海理工大学沈伟教授以及黄淮学院液压与气压传动思政样板课程团队的指导与帮助，在此一并表示感谢。
由于水平所限，书中不足之处在所难免，欢迎广大读者批评指正。

著者

第1章 液压变压器的发展概述001
1.1　液压变压器的发展背景002
1.2　液压变压器的发展历程及研究现状004
1.2.1　直线型液压变压器004
1.2.2　串联型液压变压器006
1.2.3　集成型液压变压器010
1.3　液压变压器的应用019
1.4　液压变压器存在的问题024
1.5　双转子构型液压变压器的提出及
本书的主要内容025

第2章 双转子液压变压器的理论模型及特性分析029
2.1　双转子液压变压器的结构和特点030
2.2　双转子液压变压器的排量特性032
2.2.1　液压变压器排量的数学模型032
2.2.2　配流窗口均布时液压变压器的排量特性035
2.2.3　配流窗口的包角对排量特性的影响036
2.3　双转子液压变压器的瞬时流量特性042
2.3.1　液压变压器瞬时流量的数学模型043
2.3.2　控制角对瞬时流量特性的影响046
2.3.3　配流窗口的包角对瞬时流量特性的影响048
2.3.4　柱塞数量对瞬时流量特性的影响053
2.4　双转子液压变压器的变压比特性060
2.5　小结064

第3章 双转子构型液压变压器结构设计066
3.1　双转子构型液压变压器的双转子支撑模式067
3.2　双转子构型液压变压器的双转子双端面变量配流原理069
3.2.1　液压变压器中配流机构的工作原理069
3.2.2　双转子双端面变量配流原理与特点071
3.3　摆动液压马达驱动型双转子液压变压器结构072
3.4　液压缸驱动型双转子液压变压器结构074
3.5　齿轮驱动型双转子液压变压器结构077
3.6　双转子构型液压变压器配流摩擦副设计079
3.6.1　转子的轴向压紧力及力矩080
3.6.2　油膜对转子的液压支撑力及力矩082
3.6.3　配流盘与转子配流端面的剩余压紧力系数086
3.7　非盘式变量配流结构的双转子构型液压变压器设计087
3.7.1　双转子构型差速变量式液压变压器设计088
3.7.2　双转子构型多级变量式液压变压器096
3.8　小结103

第4章 双转子液压变压器压力特性研究104
4.1　液压变压器的压力调节工作原理105
4.2　双转子液压变压器的压力转速模型106
4.2.1　液压变压器的流体模型107
4.2.2　液压变压器转子瞬时角速度模型111
4.2.3　模型参数与模型的求解115
4.3　双转子液压变压器压力特性的仿真研究117
4.3.1　转速对压力特性的影响117
4.3.2　控制角对压力特性的影响120
4.3.3　斜盘倾角对压力特性的影响124
4.3.4　配流窗口包角对压力特性的影响126
4.4　小结128

第5章 双转子液压变压器减压过渡特性研究130
5.1　减压过渡的特点及减振槽的工作原理131
5.2　基于动网格的CFD 计算方法134
5.2.1　计算域及网格划分134
5.2.2　控制方程136
5.2.3　边界条件与求解策略139
5.3　双转子液压变压器减压过渡特性的仿真研究142
5.3.1　液压变压器工作过程中的油液流动状态142
5.3.2　液压变压器减压过渡过程的特点144
5.3.3　工作参数对减压过渡特性的影响147
5.3.4　减振槽对最小过渡压力以及容积损失的影响152
5.4　小结157

第6章 配流盘表面非光滑凹坑润滑承载特性研究159
6.1　液压变压器配流副非光滑表面流场数值模拟方法160
6.1.1　非光滑凹坑表面流场数值仿真模型的建立160
6.1.2　液压变压器非光滑表面流场的数学模型163
6.1.3　仿生非光滑表面流场的网格划分及数值算法164
6.1.4　液压变压器仿生非光滑表面流场数值模拟及后处理方案168
6.2　油膜厚度不为零时非光滑凹坑流场仿真结果168
6.2.1　六种不同凹坑界面的速度场特性168
6.2.2　配流副油膜表面压力场特性分析174
6.2.3　液压变压器非光滑凹坑表面油膜承载力分析175
6.3　配流副油膜被压溃情况下非光滑凹坑流场仿真结果分析177
6.3.1　凹坑截面速度场分析177
6.3.2　配流副凹坑表面压力场特性分析182
6.3.3　配流副凹坑表面承载力分析182
6.4　小结183

第7章 双转子液压变压器的实验研究184
7.1　壳体直接支撑模式单侧转子压力特性实验研究185
7.1.1　实验装置与实验系统185
7.1.2　实验结果与讨论187
7.2　双转子液压变压器实验台与实验样机190
7.3　双转子构型液压变压器实验研究与分析194
7.3.1　瞬时压力特性195
7.3.2　变压比特性195
7.3.3　减压过渡压力特性197
7.3.4　噪声特性200
7.4　双转子变量配流机构实验研究201
7.5　小结205

参考文献207