傅里叶非圆齿轮驱动的高性能植保用差速泵的建模、优化及试验研究

Saving and efficient large-scale plant protection machinery require pumps have constant flow, high efficiency and high pressure, but the current pump used on the plant protection machinery flow changed with pressure and efficiency is not high.The issues raised high-performance differential Velocity Vane pump driven by Fourier noncircular gear and design platforms to meet the requirements of the large efficient plant protection machinery. The team intends to pump performance requirements of large-scale plant protection machinery, carry out studying on the Fourier section curve non-circular gear characteristics, establish Fourier pitch curve noncircular gear transmission ratio, pressure angle,convexity and concavity and other characteristics analysis model,establish the differential pump flow, head, power, efficiency, trapped fluid volume and pressure pulsation and other performance analysis models and methods. With the goal is ideal drive requirements and pump parameters, constraints of the optimization model is Fourier section curve with good driving characteristics, establish the optimization model; experimental test to verify the model; Finally, establish the pump parametric design platform. The successful implementation of the subject, reveal intrinsic relationship of the performance of the differential Velocity Vane pump driven by Fourier noncircular gear with drive system parameters and pump parameters,establish the basic model and parametric design platform,which provide technical support for developing high-performance plant protection machinery differential Velocity Vane pump.

节约型高效大型植保机械用泵要求恒定流量、高效率和高压力，但是目前植保机械上使用的液泵存在流量随压力变化明显、效率不高等问题。本项目提出傅里叶非圆齿轮驱动的高性能差速泵以满足现代农业高效大型植保机械的要求。 项目组拟根据大型植保机械对液泵性能的要求，首先开展傅里叶非圆齿轮传动特性研究，建立傅里叶非圆齿轮的传动比、压力角、凹凸性等分析模型；建立差速泵流量、扬程、功率、效率、困液量和压力脉动等性能指标的分析模型；以理想的驱动要求和差速泵结构参数为目标，以傅里叶非圆齿轮传动特性为约束条件，建立优化模型并进行参数优化；研制试验台架并进行试验研究，以验证或修正所建立的模型；最后建立新型差速泵参数化设计平台。 本项目的成功实施，将揭示傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵性能和驱动系统及差速泵结构参数的内在关系，所建立的参数化设计平台将为开发植保机械高性能差速泵提供技术支撑。

该研究严格按照项目计划书的进度开展。在研究中，我主要对傅里叶非圆齿轮驱动的四叶片差速泵的设计理论和方法进行研究，对差速泵的流量特性展开分析，建立了傅里叶非圆齿轮驱动的四叶片差速泵分析模型，分别有傅里叶非圆齿轮节曲线方程、傅里叶非圆齿轮中心距计算模型、傅里叶非圆齿轮副传动比计算模型、差速泵结构参数与排量和流量的基本关系计算模型，在模型基础上编写了计算软件，即傅里叶非圆齿轮驱动的四叶片差速泵分析设计软件，以上工作的主要目的是建立数学模型并通过计算机仿真检验节曲线建立是否合理，是否符合传动要求，参数调整与节曲线形状的关系，与差速泵结构和性能的关系等定量研究。根据上述研究，又提出混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵，混合阶数在提高和改善非圆齿轮的传动性能和泵的特性方面有优势，为此分析了阶数与泵结构参数的基本关系，建立了混合高阶傅里叶非圆齿轮传动数学模型，主要内容有混合高阶傅里叶非圆齿轮节曲线方程、混合高阶傅里叶非圆齿轮传动比方程，在差速泵基本理论研究基础上，再进行傅里叶非圆齿轮驱动差速泵优化设计理论和方法研究，建立了混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵的排量、瞬时流量脉动率和不根切最大齿轮模数子目标函数，利用功效系数法建立目标评价函数，编写分析软件进行参数影响分析，并获得节曲线参数边界，运用遗传算法编写多目标优化软件获得非劣解集，对差速泵的节曲线参数对性能的影响展开分析，最终获得最佳节曲线参数，理论研究的结论是1阶对2阶具有理想的性能，最优双泵并联的排量达到3870.44ml，比1阶对3阶差速泵增加3%；脉动率为22.04%，降低11.3%。该优化结果为设计高性能差速泵提供基础数据。在以上理论研究基础上，对差速泵的结构进行设计，加工差速泵的零部件并进行装配，最后搭建试验台，测试差速泵的流量、脉动等泵的性能参数。