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工程设计学报
工程设计学报  2022, Vol. 29 Issue (6): 705-712    DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.089
优化设计     
基于线性回归的单柱塞泵单向阀参数优化
米鑫1(),李虹1(),郭彦青1,高宏伟2,王浩楠1,宁羿帆1
1.中北大学 机械工程学院，山西 太原 030051
2.陕西晟思智能测控有限公司，陕西 西安 710100
Parameter optimization of single plunger pump check valve based on linear regression
Xin MI1(),Hong LI1(),Yan-qing GUO1,Hong-wei GAO2,Hao-nan WANG1,Yi-fan NING1
1.School of Mechanical Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China
2.Shaanxi Sensor Intelligent Measurement and Control Co. , Ltd. , Xi’an 710100, China
 全文: PDF(1990 KB)   HTML
摘要：

针对单柱塞泵系统中配流单向阀参数不合理所导致的吸油不充分、系统响应慢等问题，提出了一种基于线性回归的多参数优化方法。首先，通过AMESim软件进行单柱塞泵系统仿真分析，并利用MATLAB拟合工具箱分别探讨了不同单向阀参数（弹簧预紧力、弹簧刚度和阀芯质量）与进油口流量的关系。然后，在利用主成分分析法消除各参数之间相关性的基础上，以进油口流量为因变量，弹簧预紧力、弹簧刚度和阀芯质量为自变量，各参数的取值范围为约束条件，建立了基于线性回归的单向阀参数优化模型，并采用遗传算法进行优化求解。最后，根据优化前后的单向阀参数，对单柱塞泵系统进行仿真分析和实验验证。仿真结果表明，优化后进油口流量提高了21.3%；实验结果表明，优化后进油口的实际流量提高了16.8%。研究表明，所提出的多参数优化方法是一种有效的方法，可为单柱塞泵系统中配流单向阀的参数优化提供参考。
关键词： 单向阀;  线性回归;  弹簧预紧力;  弹簧刚度;  遗传算法    
Abstract:

Aiming at the problems of insufficient oil suction and slow system response caused by the unreasonable parameters of the distribution check valve in single plunger pump system, a multi parameter optimization method based on linear regression was proposed. Firstly, the simulation analysis of single plunger pump system was carried out by AMESim software, and the relationship between different check valve parameters (spring pre-tightening force, spring stiffness and valve core mass) and oil inlet flow was discussed by using MATLAB fitting toolbox. Then, on the basis of using the principal component analysis method to eliminate the correlation between the parameters, taking the oil inlet flow as the dependent variable, the spring pre-tightening force, spring stiffness and valve core mass as the independent variable, and the value range of each parameter as the constraint condition, a check valve parameter optimization model based on linear regression was established, and the genetic algorithm was used to optimize the solution. Finally, according to the parameters of the check valve before and after optimization, the simulation analysis and experimental verification of the single plunger pump system were carried out. The simulation results showed that the oil inlet flow was increased by 21.3% after optimization; the experimental results showed that the actual oil inlet flow was increased by 16.8% after optimization. The research shows that the proposed multi parameter optimization method is an effective method, which can provide reference for the parameter optimization of the distribution check valve in single plunger pump system.
Key words: check valve    linear regression    spring pre-tightening force    spring stiffness    genetic algorithm
收稿日期: 2022-05-16 出版日期: 2023-01-06
CLC:  TH 137.5  
基金资助: 国际科技合作重点项目计划(201903D421008)
通讯作者: 李虹     E-mail: 1327164740@qq.com;lihong1000@nuc.edu.cn
作者简介: 米 鑫（1996—），男，内蒙古乌兰察布人，硕士生，从事液压技术与数字孪生等研究，E-mail: 1327164740@qq.com，http://orcid.org/0000-0002-3046-6069
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米鑫
李虹
郭彦青
高宏伟
王浩楠
宁羿帆

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米鑫,李虹,郭彦青,高宏伟,王浩楠,宁羿帆. 基于线性回归的单柱塞泵单向阀参数优化[J]. 工程设计学报, 2022, 29(6): 705-712.

Xin MI,Hong LI,Yan-qing GUO,Hong-wei GAO,Hao-nan WANG,Yi-fan NING. Parameter optimization of single plunger pump check valve based on linear regression[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2022, 29(6): 705-712.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.089    或    https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2022/V29/I6/705

图1  单柱塞泵结构示意
图2  单柱塞泵的主要尺寸
图3  单柱塞泵系统仿真模型
图4  进油口流量与弹簧预紧力的关系曲线
图5  进油口流量与弹簧刚度的关系曲线
图6  进油口流量与阀芯质量的关系曲线
弹簧预紧力F/N

弹簧刚度

k/(N/mm)

阀芯质量

m/kg

进油口流量

q/(L/min)

a1a2a3W1W2
850.0130.601 2254.584 40.020 00.999 2-158.185 123.976 4
8.55.50.0230.645 3299.207 20.015 90.999 7-186.009 528.049 0
960.0330.669 9348.419 20.012 91.000 0-216.694 832.539 2
9.56.50.0430.666 1402.397 90.010 61.000 0-250.351 837.463 5
1070.0530.638 7461.317 60.008 80.999 8-287.089 342.837 9
10.57.50.0630.611 9525.349 50.007 50.999 3-327.014 248.678 2
1180.0727.729 8594.661 90.006 40.998 7-370.231 554.999 6
11.58.50.0818.443 9669.420 60.005 50.997 8-416.844 561.817 5
1290.0913.296 1749.788 60.004 80.996 6-466.955 069.146 6
表1  单向阀参数的主成分分析结果
图7  进油口流量实际值与拟合值对比
图8  基于遗传算法的参数优化求解技术路线
图9  基于遗传算法的进油口流量迭代曲线
图10  优化前后进油口流量对比
图11  优化前后单向阀阀芯位移对比
图12  单柱塞泵系统实验装置
传感器型号量程

精度

等级

流量计LWGY10~100 L/min0.5级
转速扭矩传感器HCNJ-106

5 000 N?m

6 000 r/min

±0.5%
表2  实验用传感器参数
型号体积流量/(L/min)阀芯质量/kg
RC14200.006
RC32600.025
表3  不同型号单向阀的参数
对比项单向阀型号进油口流量/(L/min)
优化前RC1430.15
优化后RC3235.22
表4  优化前后进油口实际流量对比
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