关于直轴式轴向柱塞泵的工作原理应注意以下要点-

关于直轴式轴向柱塞泵的工作原理应注意以下要点

发布时间：2021/12/10

　　①变量问题由于斜盘与缸体轴线间保持倾角y，而泵的排量与倾角y相关，故当斜盘倾角y不可调节时即制成定量泵，当斜盘倾角y可调节时，就能改变柱塞行程的长度，从而改变泵的排量大小，即制成变量泵，改变斜盘倾角方向，就能改变吸油和压油的方向，即成为双向变量泵。
　　斜盘的外形尺寸和支承形式直接影响变量泵的外廓尺寸和重量大小。斜盘的常见结构有耳轴式和托架式两种典型结构：前者[图3(a)]的耳轴处支点的反力R1距离柱塞组件的合力F的作用点较远，为了具有足够的刚度和强度，不得不加大斜盘尺寸，故斜盘摆动时占据空间增大；后者[图3(b)]的支点反力R·与柱塞组件的合力F的距离可设计为很近，斜盘刚度问题基本不存在了，同时外形也减小了，故摆动时占据空间减小，大大减轻了泵的重量。
　　②摩擦副直轴式轴向柱塞泵有三对典型摩擦副：柱塞头部与斜盘；柱塞与缸体孔；配流盘与缸体端面。由于组成这些摩擦副的关键零件均处于高相对速度、高接触比压的摩擦工况，其摩擦、磨损情况直接影响泵的容积效率、机械效率、工作压力高低以及使用寿命。
　　③柱塞与斜盘的接触形式直轴式轴向柱塞泵的柱塞头部与斜盘有点接触和面接触两种接触形式。球头型点接触轴向柱塞泵结构简单，但当泵工作时柱塞头部与斜盘接麓点受到很大挤压力。例如，柱塞直径d=20mim、斜盘倾角y=20o、工作压力P=32MPa时，柱塞头部产生的挤压力达F=10.7kN。为了减小挤压力，必须限制柱塞直径d和泵的工作压力声，故点接触轴向柱塞泵不能用于高压、大流量场合。为此，出现了面接触柱塞泵，并在大多数斜盘式轴南柱塞泵产品中获得普遍应用。

　　(a)耳轴式
　　图3斜盘的两种结构
　　如图4所示，面接触柱塞泵通常是在柱塞6的球头加装滑履(又称滑靴)2，且缸孔中的压力油可经柱塞和滑履中间的小孔通至滑履洫室，在滑履与斜盘的接触平面间，形成一液体静压推力支承，使柱塞和斜盘之间变为有润滑的面接触，从而大大降低了柱塞与斜盘的磨损及摩擦损失，使泵的工作压力大幅提高。但其结构也较复杂。图4所示的球窝滑履与柱塞球头大多是采用滚压包球工艺铰接而成。此外，还有连杆滑履[图5(a)]，它基本与球窝滑履相同，但球头做在滑履1上，目的是使柱塞进入缸体孔内的深度深些，以提高连接部的强度和抗污染能力，压在斜盘一端的支承平面上制成几条同心圆槽3以形成辅助支承面，从而降低接触比压；图5(b)所示为带预紧装置的结构，它可避免在初始状态(如停机等)下较大的污染物进入球铰结合面，提高了抗污染能力。

　　图4球窝滑靴柱塞组件和非通轴泵的弹簧回程机构
　　1-程盘；2-滑履；3-钢球；4-弹簧；5-缸体；6-柱塞
　　④缸体孔与柱塞副为了避免应力集中，缸体孔边缘应磨光倒圆；为了延长缸体的使用寿命，柱塞缸孔有的装入耐磨合金缸套(图6)，有的则用烧结或其他方法覆以耐磨层；为了减小侧向力，柱塞表面过去流行开环形槽[图7(a)]，现在看来反而容易引起柱塞的卡紧，故目前多采用光柱塞(图4和图5)。为了减轻重量从而减小惯性力和离心力，改善泵的动态特性，一般柱塞内部都做成结构简单的空心形式(图4)。但空心增大了缸体中的无效“死”容积，-对提高容积效率和降低噪声不利，故一般用轻质金属或轻质塑料进行填充。

　　(a)球头做在滑履上 (b)带预紧装置的滑履柱塞组件
　　圈5连杆滑履柱塞组件　
　　1，4-滑曩；2，5-柱塞；3一圈槽；6-预紧装置
　　另外，为了减小柱塞与缸体孔之间的环形缝隙泄漏，柱塞孔间隙一般控制在0.02-O.04mm.

　　图6带缸套的缸体

　　(a)开设环形槽的空心柱塞 (b)填充轻质塑料的空心柱塞
　　图7直轴式泵的柱塞
　　⑤配流盘与缸体端面副配流盘在分配油液进出的同时，要承受缸体由于加工精度误差和运转中的倾斜力矩作用产生的偏心载荷。缸体端面与配流盘的间隙过大将加大泄漏而降低容积效率，反之，则配流盘磨损加剧。缸体悬浮在配油盘上是两者的理想接触状态。
　　若配流盘和缸体结合面的间隙不均匀，将加剧配油盘与缸体端面副的磨损，影响泵的性能和寿命。为了控制不均匀间隙，在配流盘或缸体的结构上采取下列措施。
　　a.平面配流如图2所示，由于配流盘与缸体的结合为平面，故称平面配流。此结构具有加工和维修方便、轴向能自动补偿等优点。因此中小排量的泵和马达普遍采用此结构。面对大排量的泵和马达，在配流面处出现的不均匀间隙，则通常采取以下三种措施之一束弥补：一是采用浮动配流盘图8(a)，以配流盘1与过流套5的相对浮动进行自动补偿，二是采用浮动缸体[图S(b)]，以缸体2与过流套5的相对浮动进行自动补偿，此结构与浮动配流盘比较，加工方便，易选择压紧比，但缸体运动惯性增大、自位性差、泵自吸性能受影响；三是采用浮动过渡板[图8(c)]，以过渡板7与缸体2的相对浮动进行自动补偿，此结构加工、维修方便，但补偿量少。

　　(量)浮动配藏盘鳍构 (b)浮动缸体结构　(c)浮动过凌板结构
　　图8平面配流减小不均匀间隙的三种措施
　　1-配流盘；2-缸体；3-柱塞；传动轴；5-过流套；6-衬扳；7-过渡板
　　对于平面配流，有时也采用在缸体底部端面上覆盖一层青铜等减摩材料的方法(图6)，来减小配流盘与缸体的结合面的磨损。
　　b.球面配流如图9所示，由于配流盘1与缸体2的结合部为球面，故称球面配流。此结构具有很好的自位性，能自动补偿。但球面加工需要专用设备，精度要求高，维修不便。
　　⑥柱塞的回程(外伸) 柱塞在缸体孔中往复运动是柱塞泵改变密封工作容积、进行吸油和压油的根本。回程机构的作用是保证滑履的端面在任何时候都紧贴斜盘斜面而不脱离。柱塞回程(外伸)有采用辅助泵供油使柱塞回程、分散弹簧回程、集中中心弹簧回程和定间隙强迫回程等方法。
　　辅助泵供油给主泵的吸油口，保证工作腔在吸油工况时具有一定的压力以克服摩擦力、惯性力等而使柱塞外伸。为了使主泵不吸空，供油泵的流量一般要比主泵流量大10％～15％，多余的油液经溢流阀回油箱。为了减少能量损失和系统发热，供油压力不宜过高，一般调定在0.5MPa左右。这种回程方式可靠，但液压系统复杂，并伴随有能量损失，一般不单独使用。
　　点接触式泵的柱塞靠分散布置在每个柱塞底部的弹簧使柱塞外伸(回程)，靠斜盘作用缩回，自吸能力较差，而且因弹簧高频工作极易引起疲劳破坏，故此种结构已很少采用。通常
轴向柱塞泵采用图10所示的中心弹簧回程机构，中心弹簧1的弹簧力通过套筒、钢球或球铰、回程盘带动滑履和柱塞回程，而靠斜盘强迫缩回，自吸能力较强，而且在这种结构中，弹簧承受静载荷，其压缩量不随泵主动轴的转动而变，故弹簧不会产生疲劳破坏。目前，这种结构在轴向柱塞泵中被广泛采用。

　　(a)非通轴泵的弹簧回程机构 (b)通轴泵的弹簧回程机构
　　图10 中心弹簧回程机构
　　1-中心弹簧；4，11-回程盘；6；10-滑量；1-柱塞；8，13-缸体； 15-球饺
　　⑦困油现象及其解决措施.配流盘的主要作用是使柱塞和缸体孔组成的工作容腔在其容积增大时与吸油腔相通，在其容积减小时与排油腔相通。如图11(a)所示，腔口为吸油窗口，1：3为压油窗目，虚线表示的腰形孔为缸体底部的通油孔道。柱塞从缸孔中外伸时，工作容腔增大，通过这一通油孔道从吸油窗口吸油；当此孔道处于吸、排油槽之间时，工作容腔与压油窗M和吸油窗M均不相通；当柱塞内缩时，工作容腔减小，通过孔道向排油窗口压油。

　　(a)无减振槽的配流盘　　b)有减振糟的配流盘
　　图11 困油现象及配流盘上的卸荷减振檀　
　　为了保证密封，配流盘吸、压油窗口的间隔角应等于或略大于缸体底部腰形孔所对应的中心角。柱塞在偏离上、下止点位置时，柱塞在缸孔中的往复运动会使工作容积发生变化。若配流盘吸、压油窗口的间隔角大于缸体底部腰形孔道的包角，就会在△P区域内产生困油现象，致使柱塞底部容腔与吸、压油窗口突然接通时产生压力冲击[图1 1(a)]及噪声。
　　缓解困油现象的措施是在配流窗口的端部开设图11(b)所示的卸荷减振槽(也称三角眉毛槽)。为了减小液压冲击，可以使柱塞工作容腔离开吸油檀后并不立即与排油槽相通，利用圈漓现象对工作容腔中的油液进行一定的预压缩，然后再与排油窗口相通。用同样方法可使柱塞工作容腔从排油窗口过渡到吸油窗口的过程中进行预卸压.设置减振槽后可以使液压冲击大为改善。
　　(2)斜轴式轴向柱塞泵的工作原理及要点如图12所示，斜轴式轴向柱塞泵由传动主轴l、连杆2、柱塞3、缸体4、中心轴5、球面配流盘6及壳体和后盖(图中未阐出)等组成。缸体与传动主轴轴线相对成一镁斜角7，轴端部的驱动盘7用万向铰链、连杆与缸体中的每个柱塞相连。当原动机带动泵的传动主轴旋转时，由连杆一柱塞副交替“拨动"缸体在具有腰形窗1：1的配漉盘上作滑动旋转。由于主轴和缸体轴线有一夹角，柱塞由下止点向上止点方向运动时便获得一个吸油行程，通过吸油口及配流盘的腰形窗口将油液吸入缸体。当柱塞由上止点向下止点运动时，便产生压油行程，将充满缸体孔里的油液经配流盘和出油口撵出。从驱动轴方向看，如果泵是顺时针方向旋转(右转)，则吸油口在后盏的左侧，而压油口在后盏的右侧。仍是从驱动轴方向看，如果驱动轴逆时针方向旋转(左转)，则吸油口在后盖的右侧，丽压油口在后盖的左侧。

　　图12斜轴式轴向柱塞累的工作原理
　　1-传动主轴；2-连杆；3-柱塞；缸体；5-中心轴；6-球面配流盘；7-驱动量

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