对置式柱塞泵性能界面可视化

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：对置式柱塞泵性能分析可视化界面设计包括GUI 用户界面设计和回调函数在MATLAB提供的开发环境GUI 下完成。柱塞泵性能分析可视化界面的回调函数流程如图10－12 所示。对柱塞泵进行运动学和动力学分析，可以构建柱塞泵的运动学和动力学的公式模型，针对需要考核的性能参数进行可视化界面的编辑，对柱塞泵的整体性能进行仿真和计算。

柱塞泵在运转中，其柱塞的往复行程是一个复杂的过程，曲轴以匀角速度旋转，带动连杆驱动柱塞完成吸、排液的过程，柱塞的加速度以频率p 做近似正弦曲线的变化，因此，柱塞的速度、受力及柱塞泵的整体扰力和曲轴的受力情况是随时间变化而变化的。分析柱塞泵的性能特性是一个复杂的过程，综合利用各类仿真类软件可对柱塞泵的动力性能有直观的认识，也能更好地考核一个柱塞泵的综合素质。但是单一的动力学仿真很难对柱塞泵的整体性能有完全的了解。

对置式柱塞泵性能分析可视化界面设计包括GUI 用户界面设计和回调函数在MATLAB提供的开发环境GUI 下完成。柱塞泵性能分析GUI 界面包括输入连杆长度、连杆质量、曲柄长度、曲柄质量、输出压力等9 个参数变量；在可视化界面，则有柱塞运动加速度示意图、流量脉动示意图、曲轴等效驱动力矩示意图、柱塞泵扰力示意图4 个子界面，共需要4 个坐标轴对象；同时，针对所需最大驱动力矩、流量脉动频率、一谐水平最大扰力和一谐竖向4 个输出数据，可以直观地了解往复泵的性能极限，考核曲轴能否承受最大的力矩，如图10－11 所示。

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图10-11　GUI 可视化界面编辑界面

GUI 布局完成后，需要对对象参数重新设置。重新设置对象Tag，便于区分输入／输出对象及回调函数的编写。为了该可视化界面程序的可读性，对Tag 值进行再次编写。在该可视化界面中，全局变量的定义和读取是回调函数的核心，在回调函数开始位置，通过global is－Pause 完成全局变量的定义和声明。输入文本框中可输入参数变量，在回调函数中，通过函数完成读取。然后经过回调函数的计算，将曲线和数据分别输出到坐标轴和文本框。柱塞泵性能分析可视化界面的回调函数流程如图10－12 所示。分析柱塞泵的整体性能时，需要输入柱塞的具体参数，回调函数读取参数变量并赋值于函数中的标识符号，执行回调函数中的曲线生成命令，输出可视化的变化曲线；回调函数利用for 循环语句，利用已知的参数变量和计算公式求出柱塞泵的性能极限，将数值赋值于输出文本框，然后显示于可视化界面。

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图10-12　回调函数流程

在模拟分析中，模拟仿真的步长可以在输入对话框中选取，曲柄转角每360°是一个周期，每隔5°选取一次输出数值。根据已知参数，依次在输入对话框中输入，然后单击“计算”按钮，得到可视化界面坐标轴的输出结果和输出对话框的计算结果，如图10－13和图10－14 所示。

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图10-13　GUI 可视化界面开始界面

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图10-14　对置式柱塞泵性能分析的可视化界面

根据模拟分析结果可以看出，以曲柄滑块机构连接动力端和液力端的往复式柱塞泵的一个特点就是流量脉动，且随着液缸数量的增加，脉动频率会随之增加，但是脉动幅度会减小。在扰力方面，根据扰力公式可以看到单个液缸的扰力按照正弦（或余弦）规律变化，柱塞泵整体扰力也按照相同的规律变化。同时，扰力也会随着液缸数量的增加而减小，所以，一般情况下，增加液缸的数量来减小扰力对设备基础的影响是一种有效的方式。

通过直观的GUI 可视化界面，可以读取往复泵的各运动部件的参数，使柱塞泵运动学和动力学形态可视化，同时，输出柱塞泵的性能数据。在柱塞泵的设计和检校中，可以更加快速地了解一个柱塞泵的整体性能，提高了柱塞泵整体性能的计算和分析效率。对柱塞泵进行运动学和动力学分析，可以构建柱塞泵的运动学和动力学的公式模型，针对需要考核的性能参数进行可视化界面的编辑，对柱塞泵的整体性能进行仿真和计算。该性能分析可视化界面直观，具有操作简便性、观察直观等特点，能有效反映出一台柱塞泵的整体性能，为柱塞泵的设计和考核提供了支持。

对置式柱塞泵性能界面可视化

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