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關于直軸式軸向柱塞泵的工作原理應注意以下要點

發布時間： 2021/12/10

　　①變量問題由于斜盤與缸體軸線間保持傾角y，而泵的排量與傾角y相關，故當斜盤傾角y不可調節時即制成定量泵，當斜盤傾角y可調節時，就能改變柱塞行程的長度，從而改變泵的排量大小，即制成變量泵，改變斜盤傾角方向，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。斜盤的常見結構有耳軸式和托架式兩種典型結構：前者[圖3(a)]的耳軸處支點的反力R1距離柱塞組件的合力F的作用點較遠，為了具有足夠的剛度和強度，不得不加大斜盤尺寸，故斜盤擺動時占據空間增大；后者[圖3(b)]的支點反力R·與柱塞組件的合力F的距離可設計為很近，斜盤剛度問題基本不存在了，同時外形也減小了，故擺動時占據空間減小，大大減輕了泵的重量。
　　②摩擦副直軸式軸向柱塞泵有三對典型摩擦副：柱塞頭部與斜盤；柱塞與缸體孔；配流盤與缸體端面。由于組成這些摩擦副的關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。
　　③柱塞與斜盤的接觸形式直軸式軸向柱塞泵的柱塞頭部與斜盤有點接觸和面接觸兩種接觸形式。球頭型點接觸軸向柱塞泵結構簡單，但當泵工作時柱塞頭部與斜盤接麓點受到很大擠壓力。例如，柱塞直徑d=20mim、斜盤傾角y=20o、工作壓力P=32MPa時，柱塞頭部產生的擠壓力達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，故點接觸軸向柱塞泵不能用于高壓、大流量場合。為此，出現了面接觸柱塞泵，并在大多數斜盤式軸南柱塞泵產品中獲得普遍應用。
　　

　　(a)耳軸式
　　圖3斜盤的兩種結構
　　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(又稱滑靴)2，且缸孔中的壓力油可經柱塞和滑履中間的小孔通至滑履洫室，在滑履與斜盤的接觸平面間，形成一液體靜壓推力支承，使柱塞和斜盤之間變為有潤滑的面接觸，從而大大降低了柱塞與斜盤的磨損及摩擦損失，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(如停機等)下較大的污染物進入球鉸結合面，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；2-滑履；3-鋼球；4-彈簧；5-缸體；6-柱塞
　　④缸體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，柱塞表面過去流行開環形槽[圖7(a)]，現在看來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，改善泵的動態特性，一般柱塞內部都做成結構簡單的空心形式(圖4)。但空心增大了缸體中的無效“死”容積，-對提高容積效率和降低噪聲不利，故一般用輕質金屬或輕質塑料進行填充。
　　

　　(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)開設環形槽的空心柱塞 (b)填充輕質塑料的空心柱塞
　　圖7直軸式泵的柱塞
　　⑤配流盤與缸體端面副配流盤在分配油液進出的同時，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生的偏心載荷。缸體端面與配流盤的間隙過大將加大泄漏而降低容積效率，反之，則配流盤磨損加劇。缸體懸浮在配油盤上是兩者的理想接觸狀態。
　　若配流盤和缸體結合面的間隙不均勻，將加劇配油盤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，由于配流盤與缸體的結合為平面，故稱平面配流。此結構具有加工和維修方便、軸向能自動補償等優點。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：一是采用浮動配流盤圖8(a)，以配流盤1與過流套5的相對浮動進行自動補償，二是采用浮動缸體[圖S(b)]，以缸體2與過流套5的相對浮動進行自動補償，此結構與浮動配流盤比較，加工方便，易選擇壓緊比，但缸體運動慣性增大、自位性差、泵自吸性能受影響；三是采用浮動過渡板[圖8(c)]，以過渡板7與缸體2的相對浮動進行自動補償，此結構加工、維修方便，但補償量少。
　　

　　(量)浮動配藏盤鰭構 (b)浮動缸體結構　(c)浮動過凌板結構
　　圖8平面配流減小不均勻間隙的三種措施
　　1-配流盤；2-缸體；3-柱塞；傳動軸；5-過流套；6-襯扳；7-過渡板
　　對于平面配流，有時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)，來減小配流盤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1與缸體2的結合部為球面，故稱球面配流。此結構具有很好的自位性，能自動補償。但球面加工需要專用設備，精度要求高，維修不便。
　　⑥柱塞的回程(外伸) 柱塞在缸體孔中往復運動是柱塞泵改變密封工作容積、進行吸油和壓油的根本。回程機構的作用是保證滑履的端面在任何時候都緊貼斜盤斜面而不脫離。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％，多余的油液經溢流閥回油箱。為了減少能量損失和系統發熱，供油壓力不宜過高，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。
　　點接觸式泵的柱塞靠分散布置在每個柱塞底部的彈簧使柱塞外伸(回程)，靠斜盤作用縮回，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的彈簧力通過套筒、鋼球或球鉸、回程盤帶動滑履和柱塞回程，而靠斜盤強迫縮回，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軸的轉動而變，故彈簧不會產生疲勞破壞。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；6；10-滑量；1-柱塞；8，13-缸體； 15-球餃
　　⑦困油現象及其解決措施.配流盤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與吸油腔相通，在其容積減小時與排油腔相通。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，工作容腔增大，通過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，工作容腔與壓油窗M和吸油窗M均不相通；當柱塞內縮時，工作容腔減小，通過孔道向排油窗口壓油。
　　

　
　　(a)無減振槽的配流盤　　b)有減振糟的配流盤
　　圖11 困油現象及配流盤上的卸荷減振檀　
　　為了保證密封，配流盤吸、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、下止點位置時，柱塞在缸孔中的往復運動會使工作容積發生變化。若配流盤吸、壓油窗口的間隔角大于缸體底部腰形孔道的包角，就會在△P區域內產生困油現象，致使柱塞底部容腔與吸、壓油窗口突然接通時產生壓力沖擊[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設圖11(b)所示的卸荷減振槽(也稱三角眉毛槽)。為了減小液壓沖擊，可以使柱塞工作容腔離開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渡到吸油窗口的過程中進行預卸壓.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如圖12所示，斜軸式軸向柱塞泵由傳動主軸l、連桿2、柱塞3、缸體4、中心軸5、球面配流盤6及殼體和后蓋(圖中未闡出)等組成。缸體與傳動主軸軸線相對成一鎂斜角7，軸端部的驅動盤7用萬向鉸鏈、連桿與缸體中的每個柱塞相連。當原動機帶動泵的傳動主軸旋轉時，由連桿一柱塞副交替“撥動"缸體在具有腰形窗1：1的配漉盤上作滑動旋轉。由于主軸和缸體軸線有一夾角，柱塞由下止點向上止點方向運動時便獲得一個吸油行程，通過吸油口及配流盤的腰形窗口將油液吸入缸體。當柱塞由上止點向下止點運動時，便產生壓油行程，將充滿缸體孔里的油液經配流盤和出油口攆出。從驅動軸方向看，如果泵是順時針方向旋轉(右轉)，則吸油口在后盞的左側，而壓油口在后盞的右側。仍是從驅動軸方向看，如果驅動軸逆時針方向旋轉(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-傳動主軸；2-連桿；3-柱塞；缸體；5-中心軸；6-球面配流盤；7-驅動量

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