啟東市東方液壓件有限公司
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關(guān)于直軸式軸向柱塞泵的工作原理應注意以下要點(diǎn)
發(fā)布時(shí)間： 2021/12/10
　?、僮兞繂?wèn)題 由于斜盤(pán)與缸體軸線(xiàn)間保持傾角y，而泵的排量與傾角y相關(guān)，故當斜盤(pán)傾角y不可調節時(shí)即制成定量泵，當斜盤(pán)傾角y可調節時(shí)，就能改變柱塞行程的長(cháng)度，從而改變泵的排量大小，即制成變量泵，改變斜盤(pán)傾角方向，就能改變吸油和壓油的方向，即成為雙向變量泵。
　　斜盤(pán)的外形尺寸和支承形式直接影響變量泵的外廓尺寸和重量大小。斜盤(pán)的常見(jiàn)結構有耳軸式和托架式兩種典型結構：前者[圖3(a)]的耳軸處支點(diǎn)的反力R1距離柱塞組件的合力F的作用點(diǎn)較遠，為了具有足夠的剛度和強度，不得不加大斜盤(pán)尺寸，故斜盤(pán)擺動(dòng)時(shí)占據空間增大；后者[圖3(b)]的支點(diǎn)反力R·與柱塞組件的合力F的距離可設計為很近，斜盤(pán)剛度問(wèn)題基本不存在了，同時(shí)外形也減小了，故擺動(dòng)時(shí)占據空間減小，大大減輕了泵的重量。
　?、谀Σ粮? 直軸式軸向柱塞泵有三對典型摩擦副：柱塞頭部與斜盤(pán)；柱塞與缸體孔；配流盤(pán)與缸體端面。由于組成這些摩擦副的關(guān)鍵零件均處于高相對速度、高接觸比壓的摩擦工況，其摩擦、磨損情況直接影響泵的容積效率、機械效率、工作壓力高低以及使用壽命。
　?、壑c斜盤(pán)的接觸形式 直軸式軸向柱塞泵的柱塞頭部與斜盤(pán)有點(diǎn)接觸和面接觸兩種接觸形式。球頭型點(diǎn)接觸軸向柱塞泵結構簡(jiǎn)單，但當泵工作時(shí)柱塞頭部與斜盤(pán)接麓點(diǎn)受到很大擠壓力。例如，柱塞直徑d=20mim、斜盤(pán)傾角y=20o、工作壓力P=32MPa時(shí)，柱塞頭部產(chǎn)生的擠壓力達F=10.7kN。為了減小擠壓力，必須限制柱塞直徑d和泵的工作壓力聲，故點(diǎn)接觸軸向柱塞泵不能用于高壓、大流量場(chǎng)合。為此，出現了面接觸柱塞泵，并在大多數斜盤(pán)式軸南柱塞泵產(chǎn)品中獲得普遍應用。
　　
　　(a)耳軸式
　　圖3斜盤(pán)的兩種結構
　　如圖4所示，面接觸柱塞泵通常是在柱塞6的球頭加裝滑履(又稱(chēng)滑靴)2，且缸孔中的壓力油可經(jīng)柱塞和滑履中間的小孔通至滑履洫室，在滑履與斜盤(pán)的接觸平面間，形成一液體靜壓推力支承，使柱塞和斜盤(pán)之間變?yōu)橛袧櫥拿娼佑|，從而大大降低了柱塞與斜盤(pán)的磨損及摩擦損失，使泵的工作壓力大幅提高。但其結構也較復雜。圖4所示的球窩滑履與柱塞球頭大多是采用滾壓包球工藝鉸接而成。此外，還有連桿滑履[圖5(a)]，它基本與球窩滑履相同，但球頭做在滑履1上，目的是使柱塞進(jìn)入缸體孔內的深度深些，以提高連接部的強度和抗污染能力，壓在斜盤(pán)一端的支承平面上制成幾條同心圓槽3以形成輔助支承面，從而降低接觸比壓；圖5(b)所示為帶預緊裝置的結構，它可避免在初始狀態(tài)(如停機等)下較大的污染物進(jìn)入球鉸結合面，提高了抗污染能力。
　　
　　圖4球窩滑靴柱塞組件和非通軸泵的彈簧回程機構
　　1-程盤(pán)；2-滑履；3-鋼球；4-彈簧；5-缸體；6-柱塞
　?、芨左w孔與柱塞副 為了避免應力集中，缸體孔邊緣應磨光倒圓；為了延長(cháng)缸體的使用壽命，柱塞缸孔有的裝入耐磨合金缸套(圖6)，有的則用燒結或其他方法覆以耐磨層；為了減小側向力，柱塞表面過(guò)去流行開(kāi)環(huán)形槽[圖7(a)]，現在看來(lái)反而容易引起柱塞的卡緊，故目前多采用光柱塞(圖4和圖5)。為了減輕重量從而減小慣性力和離心力，改善泵的動(dòng)態(tài)特性，一般柱塞內部都做成結構簡(jiǎn)單的空心形式(圖4)。但空心增大了缸體中的無(wú)效“死”容積，-對提高容積效率和降低噪聲不利，故一般用輕質(zhì)金屬或輕質(zhì)塑料進(jìn)行填充。
　　
　　(a)球頭做在滑履上 (b)帶預緊裝置的滑履柱塞組件
　　圈5連桿滑履柱塞組件　
　　1，4-滑曩；2，5-柱塞；3一圈槽；6-預緊裝置
　　另外，為了減小柱塞與缸體孔之間的環(huán)形縫隙泄漏，柱塞孔間隙一般控制在0.02-O.04mm.
　　
　　圖6帶缸套的缸體
　　　
　　(a)開(kāi)設環(huán)形槽的空心柱塞 (b)填充輕質(zhì)塑料的空心柱塞
　　圖7直軸式泵的柱塞
　?、菖淞鞅P(pán)與缸體端面副 配流盤(pán)在分配油液進(jìn)出的同時(shí)，要承受缸體由于加工精度誤差和運轉中的傾斜力矩作用產(chǎn)生的偏心載荷。缸體端面與配流盤(pán)的間隙過(guò)大將加大泄漏而降低容積效率，反之，則配流盤(pán)磨損加劇。缸體懸浮在配油盤(pán)上是兩者的理想接觸狀態(tài)。
　　若配流盤(pán)和缸體結合面的間隙不均勻，將加劇配油盤(pán)與缸體端面副的磨損，影響泵的性能和壽命。為了控制不均勻間隙，在配流盤(pán)或缸體的結構上采取下列措施。
　　a.平面配流 如圖2所示，由于配流盤(pán)與缸體的結合為平面，故稱(chēng)平面配流。此結構具有加工和維修方便、軸向能自動(dòng)補償等優(yōu)點(diǎn)。因此中小排量的泵和馬達普遍采用此結構。面對大排量的泵和馬達，在配流面處出現的不均勻間隙，則通常采取以下三種措施之一束彌補：一是采用浮動(dòng)配流盤(pán)圖8(a)，以配流盤(pán)1與過(guò)流套5的相對浮動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)補償，二是采用浮動(dòng)缸體[圖S(b)]，以缸體2與過(guò)流套5的相對浮動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)補償，此結構與浮動(dòng)配流盤(pán)比較，加工方便，易選擇壓緊比，但缸體運動(dòng)慣性增大、自位性差、泵自吸性能受影響；三是采用浮動(dòng)過(guò)渡板[圖8(c)]，以過(guò)渡板7與缸體2的相對浮動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)補償，此結構加工、維修方便，但補償量少。
　　
　　(量)浮動(dòng)配藏盤(pán)鰭構 (b)浮動(dòng)缸體結構　(c)浮動(dòng)過(guò)凌板結構
　　圖8平面配流減小不均勻間隙的三種措施
　　1-配流盤(pán)；2-缸體；3-柱塞；傳動(dòng)軸；5-過(guò)流套；6-襯扳；7-過(guò)渡板
　　對于平面配流，有時(shí)也采用在缸體底部端面上覆蓋一層青銅等減摩材料的方法(圖6)，來(lái)減小配流盤(pán)與缸體的結合面的磨損。
　　b.球面配流 如圖9所示，由于配流盤(pán)1與缸體2的結合部為球面，故稱(chēng)球面配流。此結構具有很好的自位性，能自動(dòng)補償。但球面加工需要專(zhuān)用設備，精度要求高，維修不便。
　?、拗幕爻?外伸) 柱塞在缸體孔中往復運動(dòng)是柱塞泵改變密封工作容積、進(jìn)行吸油和壓油的根本?；爻虣C構的作用是保證滑履的端面在任何時(shí)候都緊貼斜盤(pán)斜面而不脫離。柱塞回程(外伸)有采用輔助泵供油使柱塞回程、分散彈簧回程、集中中心彈簧回程和定間隙強迫回程等方法。
　　輔助泵供油給主泵的吸油口，保證工作腔在吸油工況時(shí)具有一定的壓力以克服摩擦力、慣性力等而使柱塞外伸。為了使主泵不吸空，供油泵的流量一般要比主泵流量大10％～15％，多余的油液經(jīng)溢流閥回油箱。為了減少能量損失和系統發(fā)熱，供油壓力不宜過(guò)高，一般調定在0.5MPa左右。這種回程方式可靠，但液壓系統復雜，并伴隨有能量損失，一般不單獨使用。
　　點(diǎn)接觸式泵的柱塞靠分散布置在每個(gè)柱塞底部的彈簧使柱塞外伸(回程)，靠斜盤(pán)作用縮回，自吸能力較差，而且因彈簧高頻工作極易引起疲勞破壞，故此種結構已很少采用。通常
軸向柱塞泵采用圖10所示的中心彈簧回程機構，中心彈簧1的彈簧力通過(guò)套筒、鋼球或球鉸、回程盤(pán)帶動(dòng)滑履和柱塞回程，而靠斜盤(pán)強迫縮回，自吸能力較強，而且在這種結構中，彈簧承受靜載荷，其壓縮量不隨泵主動(dòng)軸的轉動(dòng)而變，故彈簧不會(huì )產(chǎn)生疲勞破壞。目前，這種結構在軸向柱塞泵中被廣泛采用。
　　
　　(a)非通軸泵的彈簧回程機構 (b)通軸泵的彈簧回程機構
　　圖10 中心彈簧回程機構
　　1-中心彈簧；4，11-回程盤(pán)；6；10-滑量；1-柱塞；8，13-缸體； 15-球餃
　?、呃в同F象及其解決措施.配流盤(pán)的主要作用是使柱塞和缸體孔組成的工作容腔在其容積增大時(shí)與吸油腔相通，在其容積減小時(shí)與排油腔相通。如圖11(a)所示，腔口為吸油窗口，1：3為壓油窗目，虛線(xiàn)表示的腰形孔為缸體底部的通油孔道。柱塞從缸孔中外伸時(shí)，工作容腔增大，通過(guò)這一通油孔道從吸油窗口吸油；當此孔道處于吸、排油槽之間時(shí)，工作容腔與壓油窗M和吸油窗M均不相通；當柱塞內縮時(shí)，工作容腔減小，通過(guò)孔道向排油窗口壓油。
　　　
　　(a)無(wú)減振槽的配流盤(pán)　　b)有減振糟的配流盤(pán)
　　圖11 困油現象及配流盤(pán)上的卸荷減振檀　
　　為了保證密封，配流盤(pán)吸、壓油窗口的間隔角應等于或略大于缸體底部腰形孔所對應的中心角。柱塞在偏離上、下止點(diǎn)位置時(shí)，柱塞在缸孔中的往復運動(dòng)會(huì )使工作容積發(fā)生變化。若配流盤(pán)吸、壓油窗口的間隔角大于缸體底部腰形孔道的包角，就會(huì )在△P區域內產(chǎn)生困油現象，致使柱塞底部容腔與吸、壓油窗口突然接通時(shí)產(chǎn)生壓力沖擊[圖1 1(a)]及噪聲。
　　緩解困油現象的措施是在配流窗口的端部開(kāi)設圖11(b)所示的卸荷減振槽(也稱(chēng)三角眉毛槽)。為了減小液壓沖擊，可以使柱塞工作容腔離開(kāi)吸油檀后并不立即與排油槽相通，利用圈漓現象對工作容腔中的油液進(jìn)行一定的預壓縮，然后再與排油窗口相通。用同樣方法可使柱塞工作容腔從排油窗口過(guò)渡到吸油窗口的過(guò)程中進(jìn)行預卸壓.設置減振槽后可以使液壓沖擊大為改善。
　　(2)斜軸式軸向柱塞泵的工作原理及要點(diǎn) 如圖12所示，斜軸式軸向柱塞泵由傳動(dòng)主軸l、連桿2、柱塞3、缸體4、中心軸5、球面配流盤(pán)6及殼體和后蓋(圖中未闡出)等組成。缸體與傳動(dòng)主軸軸線(xiàn)相對成一鎂斜角7，軸端部的驅動(dòng)盤(pán)7用萬(wàn)向鉸鏈、連桿與缸體中的每個(gè)柱塞相連。當原動(dòng)機帶動(dòng)泵的傳動(dòng)主軸旋轉時(shí)，由連桿一柱塞副交替“撥動(dòng)"缸體在具有腰形窗1：1的配漉盤(pán)上作滑動(dòng)旋轉。由于主軸和缸體軸線(xiàn)有一夾角，柱塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)方向運動(dòng)時(shí)便獲得一個(gè)吸油行程，通過(guò)吸油口及配流盤(pán)的腰形窗口將油液吸入缸體。當柱塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運動(dòng)時(shí)，便產(chǎn)生壓油行程，將充滿(mǎn)缸體孔里的油液經(jīng)配流盤(pán)和出油口攆出。從驅動(dòng)軸方向看，如果泵是順時(shí)針?lè )较蛐D(右轉)，則吸油口在后盞的左側，而壓油口在后盞的右側。仍是從驅動(dòng)軸方向看，如果驅動(dòng)軸逆時(shí)針?lè )较蛐D(左轉)，則吸油口在后蓋的右側，麗壓油口在后蓋的左側。
　　
　　圖12斜軸式軸向柱塞累的工作原理
　　1-傳動(dòng)主軸；2-連桿；3-柱塞；缸體；5-中心軸；6-球面配流盤(pán)；7-驅動(dòng)量
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