基于傅里叶函数的双作用叶片泵定子曲线设计方法和装置

本技术涉及液压传动，特别涉及一种基于傅里叶函数的双作用叶片泵定子曲线设计方法和装置。

背景技术：

1、柱销式双作用叶片泵凭借其能量密度高、噪声小等优势广泛应用于工程机械，其工作方式包括：当转子旋转时，叶片在自身离心力作用和叶片底部高压油作用下顶在定子内表面，随着定子曲线的变化，在叶片槽内做往复运动，当叶片由小径处向大径运动时，则两叶片间的容积逐渐增大，形成局部真空而吸油，当叶片由大径向小径运动时，两叶片间的容积逐渐减小而排油，转子转一圈，叶片在槽内往复两次，形成两次吸排油。因此，通过合理的定子曲线设计，避免频繁吸排油过程中叶片对定子内曲面的软冲击和硬冲击，降低叶片泵的振动噪声是非常必要的。

2、目前针对与叶片泵定子曲线的设计方法主要是采用高次曲线对局部过渡曲线进行设计，以保证定子曲线具有连续的速度、加速度和跳度。但是基于上述方法所生成的定子曲线无法保证叶片位移曲线的更高阶次导数连续，多段曲线连接点之间存在加速度突变、跳度突变和跃度突变，引起激振。另外，目前采用试错法对定子曲线改进，以避免在特定高转速工况下叶片泵内部产生机械共振，使得振动和噪音加剧，但是试错法会消耗大量的人力、物力和时间成本。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种基于傅里叶函数的双作用叶片泵定子曲线设计方法和装置，其能够改善上述问题。

2、本技术的实施例是这样实现的：

3、第一方面，本技术提供一种基于傅里叶函数的双作用叶片泵定子曲线设计方法，其包括以下步骤：

4、s1：根据目标双作用叶片泵的工况需求参数计算其定子曲线的关键点位置，并由所述关键点位置确定出形状限制条件；

5、s2：根据所述目标双作用叶片泵的固有频率，确定关于所述目标双作用叶片泵的叶片泵转速的免共振限制条件；

6、s3：以最小化加速度和跳度为优化目标，以所述形状限制条件和免共振限制条件为限制，采用多目标优化算法确定由n阶傅里叶函数组成的所述目标双作用叶片泵的定子曲线。

7、其中,s1、s2等仅为步骤标识，方法的执行顺序并不一定按照数字由小到大的顺序进行，比如可以是先执行步骤s2再执行步骤s1，本技术不做限制。

8、可以理解，本技术公开了一种基于傅里叶函数的双作用叶片泵定子曲线设计方法和装置，该方法包括根据目标双作用叶片泵的工况需求参数计算其定子曲线的关键点位置，并得出形状限制条件；根据目标双作用叶片泵的固有频率，确定免共振限制条件；最后，以最小化加速度和跳度为优化目标，以形状限制条件和免共振限制条件为限制，采用多目标优化算法确定由n阶傅里叶函数组成的定子曲线。即能保证定子曲线的位移函数关于时间的任意阶导数连续，不存在加速度突变、跳度突变、跃度突变；同时也能够有效降低最大加速度和最大跳度，减小激振，同时避免额定转速下叶片泵产生机械共振。

9、在本技术可选的实施例中，所述目标双作用叶片泵关于转子中心呈中心对称设计，穿过所述转子中心的中心轴将所述目标双作用叶片泵划分为两个等尺寸部分，单个所述等尺寸部分依次包括第一小圆弧区域、扩张区域、大圆弧区域、预压缩区域、压缩区域和第二小圆弧区域。其中，第一小圆弧区域和第二小圆弧区域对称排布，且角度范围大小一致。

10、在本技术可选的实施例中，所述s1包括以下步骤：

11、s11：根据目标双作用叶片泵的转子尺寸参数计算所述第一小圆弧区域和所述第二小圆弧区域的定子半径，作为小圆弧半径；

12、s12：根据所述目标双作用叶片泵的转子、叶片参数和工况需求参数，计算出所述大圆弧区域的定子半径，作为大圆弧半径；

13、s13：根据所述目标双作用叶片泵的叶片数量，确定所述第一小圆弧区域、所述第二小圆弧区域、所述大圆弧区域和所述预压缩区域的角度范围；

14、s14：根据所述目标双作用叶片泵的预压缩比、所述预压缩区域的角度范围和工况需求参数计算出所述预压缩区域中的最小定子半径，作为预压缩区域代表半径；

15、s15：根据所述小圆弧半径、所述大圆弧半径、所述预压缩区域代表半径，以及所述第一小圆弧区域、所述第二小圆弧区域、所述大圆弧区域和所述预压缩区域的角度范围，确定所述目标双作用叶片泵的关键点位置，并由所述关键点位置确定出形状限制条件。

16、在本技术可选的实施例中，所述s11包括：根据下式计算所述第一小圆弧区域和所述第二小圆弧区域的定子半径，作为小圆弧半径：

17、rmin＝r+a，其中，rmin表示所述小圆弧半径，r表示目标双作用叶片泵的转子半径，a代表0.5mm至1.0mm中的任一数据，可以是本领域技术人员的工程经验值。

18、在本技术可选的实施例中，所述s12包括：根据下式计算所述大圆弧区域的定子半径，作为大圆弧半径：

19、

20、其中，rmax表示所述大圆弧半径，b表示转子宽度；z表示叶片数量；s表示叶片厚度；n表示额定转速；q表示额定流量；ηv表示容积效率。

21、在本技术可选的实施例中，所述s13包括：根据下式计算由所述第一小圆弧区域与所述第二小圆弧区域组成的小圆弧区域、所述大圆弧区域和所述预压缩区域的角度范围：

22、

23、其中，β1表示所述小圆弧区域的角度范围，β2表示所述大圆弧区域的角度范围；β3表示所述预压缩区域的角度范围。

24、在本技术可选的实施例中，所述s14：根据下式计算出所述预压缩区域中的最小定子半径，作为预压缩区域代表半径：

25、rpc＝rmax-ξ(p)β3，

26、其中，rpc表示所述预压缩区域代表半径；ξ(p)表示预压缩比；p表示额定压力。

27、在本技术可选的实施例中，所述s15包括：

28、s151：根据所述小圆弧半径确定所述目标双作用叶片泵的第一关键点，所述第一关键点与所述转子中心的连线与所述中心轴的夹角为0，且所述第一关键点对应的定子半径为所述小圆弧半径rmin；

29、s152：根据所述小圆弧半径和所述第一小圆弧区域的角度范围，确定所述目标双作用叶片泵的第二关键点，所述第二关键点与所述转子中心的连线与所述中心轴的夹角为β1/2，且所述第二关键点对应的定子半径为所述小圆弧半径rmin；

30、s153：根据所述大圆弧区域的角度范围、所述预压缩区域的角度范围和所述大圆弧半径，确定所述目标双作用叶片泵的第三关键点，所述第三关键点与所述转子中心的连线与所述中心轴的夹角为(π-β2-β3)/2，且所述第三关键点对应的定子半径为所述大圆弧半径rmax；

31、s154：根据所述大圆弧区域的角度范围、所述预压缩区域的角度范围和所述大圆弧半径，确定所述目标双作用叶片泵的第四关键点，所述第四关键点与所述转子中心的连线与所述中心轴的夹角为(π+β2-β3)/2，且所述第三关键点对应的定子半径为所述大圆弧半径rmax；

32、s155：根据所述大圆弧区域的角度范围、所述预压缩区域的角度范围和所述预压缩区域代表半径，确定所述目标双作用叶片泵的第五关键点，所述第五关键点与所述转子中心的连线与所述中心轴的夹角为(π+β2+β3)/2，且所述第三关键点对应的定子半径为所述预压缩区域代表半径rpc；

33、s156：根据所述小圆弧区域的角度范围和所述小圆弧半径，确定所述目标双作用叶片泵的第六关键点，所述第六关键点与所述转子中心的连线与所述中心轴的夹角为π-β1/2，且所述第六关键点对应的定子半径为所述小圆弧半径rmin；

34、s156：根据所述小圆弧半径，确定所述目标双作用叶片泵的第七关键点，所述第七关键点与所述转子中心的连线与所述中心轴的夹角为π，且所述第七关键点对应的定子半径为所述小圆弧半径rmin。

35、在本技术可选的实施例中，所述s15还包括：由所述第一关键点、所述第二关键点、所述第三关键点、所述第四关键点、所述第五关键点、所述第六关键点、所述第七关键点的坐标确定出所述目标双作用叶片泵的定子曲线s(θ)的形状限制条件：

36、

37、其中，θ表示定子曲线上的单点与所述转子中心的连线与所述中心轴的夹角。

38、在本技术可选的实施例中，所述s2包括：根据下式确定关于所述目标双作用叶片泵的叶片泵转速的免共振限制条件：

39、

40、其中，k表示正整数，dθ/dt表示叶片泵转速，ω0表示叶片泵固有频率，ω表示傅里叶函数角频率。

41、在本技术可选的实施例中，所述s3中的所述多目标优化算法包括：粒子群算法、遗传算法。

42、在本技术可选的实施例中，所述由n阶傅里叶函数组成的所述目标双作用叶片泵的定子曲线满足以下方程：

43、

44、其中，a0为常数项，an和bn为各阶傅里叶系数，k表示正整数，ω表示傅里叶函数角频率。

45、第二方面，本技术公开了一种基于傅里叶函数的双作用叶片泵定子曲线设计装置，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如第一方面任一项所述的方法。

46、第三方面，本技术还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如第一方面任一项所述的方法。

47、有益效果：

48、本技术公开了一种基于傅里叶函数的双作用叶片泵定子曲线设计方法和装置，该方法包括根据目标双作用叶片泵的工况需求参数计算其定子曲线的关键点位置，并得出形状限制条件；根据目标双作用叶片泵的固有频率，确定免共振限制条件；最后，以最小化加速度和跳度为优化目标，以形状限制条件和免共振限制条件为限制，采用多目标优化算法确定由n阶傅里叶函数组成的定子曲线。即能保证定子曲线的位移函数关于时间的任意阶导数连续，不存在加速度突变、跳度突变、跃度突变；同时也能够有效降低最大加速度和最大跳度，减小激振，同时避免额定转速下叶片泵产生机械共振。

49、为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举可选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。