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斜盘式轴向柱塞泵


斜盘式轴向柱塞泵

第四小组成员: 孔运 姚云飞 耿智博 赵珠媛 林洋
2014年3月10日

柱塞泵

斜盘式轴向柱塞泵

1 2 3

柱塞泵分类、特点及应用

斜盘式轴向柱塞泵工作原理

斜盘式柱塞泵的流量计算及脉动分析

4

斜盘式柱塞泵中的重要结构及其特点

1.1 柱塞泵类型
柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密 封工作容积的变化来实现吸油和排油的。柱塞 沿径向放置的泵称为径向柱塞泵,柱塞轴向布 置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油, 柱塞数必须大于等于3。
? 轴向柱塞泵
? 斜盘式轴向柱塞泵 ? 斜轴式无铰轴向柱塞泵

? 径向柱塞泵
? 配流轴式径向柱塞泵 ? 阀配流径向柱塞泵

1.1 柱塞泵的类型
柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同,可分为: (1)径向柱塞泵

(2)轴向柱塞泵

轴向柱塞泵按传动轴和旋转缸体的轴线是否 一致分为: (1)斜盘式(直轴式)轴向柱塞泵

(2)斜轴式轴向柱塞泵

1.2 柱塞泵特点及应用

柱塞泵的特点
优点: 1)参数高:额定压力高,转速高,泵的驱动功率大; 2)效率高:容积效率95%左右,总效率90%左右; 3)寿命长; 4)变量方式多; 5)单位功率的重量轻; 6)主要零件受压应力,材料强度性能可充分利用。

1.2 柱塞泵特点及应用
缺点: 1) 结构较复杂,零件数较多; 2) 自吸性差; 3) 制造工艺要求较高,成本较贵; 4) 油液对的污染较敏感,要求较高的过滤精 度,对使用和维护要求较高。

柱塞泵的应用
柱塞泵被广泛用于高压、大流量、大功率的系 统中和流量需要调节的场合,如龙门刨床、拉床、 液压机、工程机械等得到广泛的应用。

2.1 斜盘式柱塞泵主要组成部分
压盘 斜盘 变量机 构 滑履

缸体
配流盘

传动轴

斜盘式柱塞泵主要部件动作演示

2.2 斜盘式柱塞泵工作原理
? 右图为斜盘式轴 向柱塞泵的工作 原理。泵由传动 轴1、斜盘2、柱 塞6、缸体3、配 流盘4、弹簧5等 主要零件组成, 斜盘2和配流盘4 是不动的,传动 轴1带动缸体3和 柱塞6一起转动, 柱塞6靠弹簧5等 机械装置压紧在 斜盘上。

2.2 斜盘式柱塞泵工作原理
? 当传动轴按图示方向旋转 时,柱塞6在其沿斜盘自 下而上回转的半周内在弹 簧作用下逐渐向缸体外伸 出,使缸体孔内密封工作 腔容积不断增加,产生局 部真空,从而将油液经配 流盘4上的进油口吸入; 柱塞在其自上而下回转的 半周内又被斜盘逐渐向里 推入,使密封工作腔容积 不断减小,将油液从配流 盘出油口向外排出,缸体 每转一转,每个柱塞往复 运动一次,完成一次吸油 动作。

改变斜盘的倾角,就可以改变密封工作 容积的有效变化量,实现泵的变量。

3.1 斜盘式柱塞泵流量计算
以下部分计算所得值都是指泵在旋转一周过程中的 平均排量或流量。根据几何关系,斜盘式轴向柱塞 泵的每转排量为:
2

V ? Z ? A ? h ? Z ? ?? / 4 ? d ? D ? tan?
h d

D

? 斜盘式轴向柱塞泵的输出流量为:
q ? z ? ?? / 4 ? d 2 ? D ? n ??V ? tan?
式中 h —柱塞行程, h=D?tan?, m; D—柱塞孔的分布圆直径,m; ?— 转轴和斜盘中心线的夹 角; A—柱塞横截面积,m2; D Z — 柱塞数; n — 泵轴转速,r/s; ?V— 泵的容积效率。

h d

3.2 斜盘式柱塞泵的脉动分析
对柱塞泵进行脉动分析,需要计算单个柱塞在缸体中的 瞬时排量及流量,柱塞泵的排量是转角的函数,其输出 流量是脉动的。 S为柱塞的轴向位移, 为柱塞离开斜盘上死点的转角 (即柱塞相对斜盘中心轴线的转角),则柱塞的相对速 度为: ds d ? D ? D

?

v?

dt
h

?

tan ? ?1 ? cos ? ? ? ? ? tan ? sin ? ? dt ? 2 ? 2

d

D S

3.2 斜盘式柱塞泵的脉动分析
单个柱塞排油时的瞬时理论流量为

qi ?

?
4

d 2vi ?

?
4

d2

D ? tan ? sin ?i 2

泵有多个柱塞,在同一时刻有几个柱塞处于排油区。它们离开上死 点的转角?i各不相同,故泵的瞬时理论流量为所有在排油区柱塞的 瞬时流量之和。 ? D ? D qsh ? ? d 2 ? tan ? sin ?i ? d 2 ? tan ? ? sin ?i 4 2 4 2 泵的柱塞数为Z ,则两相邻柱塞间的夹角为 2? 2? ? Z 假如排油区中离上死点最近的一个柱塞的转角是?1(0??1?2π/Z), 共有m个柱塞处于排油区,则其余柱塞转角分别为?2=?1+2β, ?i=?1+2(i-1)β,…?m=?1+2(m-1)β

3.2 斜盘式柱塞泵的脉动分析
D R ? 因此,此时所有处于排油区柱塞的总流量为 2 m

qsh ? ?

?

?
4

4

d 2 R? tan ? ? sin ? ??1 ? 2 ? i-1? ? ? ?
i ?1

d 2 R? tan ?

sin[?1 ? (m-1) ? ]sin m? sin ?

更详细的讨论,需要针对柱塞数量的奇偶进行分开讨论,此处不 赘述,给出如下结论:
1)柱塞数为偶数的泵:

qsh max ?

?

4

d 2 R?

tan ? sin ?

qshmin ?

?
4

d 2 R?

tan ? tan ?

δq =

(qsh )max- (qsh )min
qt

π1 - cosβ π β π π = = tan = tan Z sinβ Z 2 Z 2Z

3.2 斜盘式柱塞泵的脉动分析
2)柱塞数为奇数的泵:

qsh max ?

?
8

d 2 R?

tan ? sin( ? / 2)

qshmin ?

?
8

d 2 R?

tan ? tan( ? / 2)

δq =

(qsh )max- (qsh )min
qt
5 4.98 14.03 6

π 1 - cos(β / 2) π β π π = = tan = tan 2Z sin(β / 2) 2Z 4 2Z 4Z
7 2.53 7.8 8 9 1.53 4.98 10 11 1.02 3.45 12 13 0.73

3)流量脉动与柱塞数量的关系
Z δq(%)

4)a. 流量不均匀系数,奇数柱塞明显优于柱塞数相近的偶数柱塞,这 就是轴向柱塞泵采用奇数柱塞的原因; b. 当柱塞数量奇偶性确定时,流量不均匀系数随着柱塞数的增加而减小 c. 实际工程中,柱塞泵的柱塞数一般都为奇数,从结构工艺性和脉动率 综合考虑,大多数取z=7或z=9,有时小排量可采用5个 。

4 斜盘式轴向柱塞泵重要结构及特点
斜盘式轴向柱塞泵的重要结 构包括静压平衡滑履、配流 盘、柱塞的回程机构和变量 机构。 其中存在三对重要摩擦副 滑靴与斜盘、缸体与配流盘 以及柱塞与缸体

4.1 静压平衡滑履
若柱塞球头与斜盘之间 直接以点接触,则接触 应力大,极易磨损,故 一般轴向柱塞泵都在柱 塞头部装一滑履,改点 接触为面接触;同时柱 塞和滑履上开有轴向小 孔,使柱塞和滑履、滑 履和斜盘的接触面间隙 形成油膜,起静压润滑 支承作用,减小了相对 运动零件表面的磨损, 因此,保证滑履和斜盘有一个最佳 以利于泵在高压下工作。 油膜厚度,既能减少磨损,又能保 证有较高的容积效率,对于斜盘式 轴向柱塞泵十分重要

滑靴的静压支撑结构

?为 防 止 磨 损 ,
一般轴向柱塞泵 都在柱塞头部装 一滑靴。 ?滑 靴 是 按 静 压 轴承原理设计的, 缸体中的压力油 经过柱塞球头中 间小孔流入滑靴 油室,使滑靴和 斜盘间形成液体 润滑。

1

2

3

4

P 5

滑靴的静压支承原理

?改善了柱塞头部和斜盘的接触情况。
有利于提高轴向柱塞泵的压力。

4.2 配流盘结构
右图中的配流盘结构 特点: 1)配流盘除了有配 流窗口a、b外,还 有一条环形卸荷槽f, 卸荷槽f经若干径向 槽与泵体上的泄油口 相通,使直径超过卸 荷槽的配流盘端面上 的压力降低到零,保 证配流盘端面可靠贴 合。 2)两个通孔c(相 当于叶片泵的配流盘 上的三角槽)起减少 冲击、降低噪音的作 用。四个盲孔起储油 润滑作用。

配流盘解决困油问题的工艺措施
为了保证密封,配油盘吸、排油槽的间隔角应该等于 或略大于缸体底部腰形孔所对应的中心角。柱塞在偏离 上、下死点位置时,柱塞在缸孔中的往复运动会使工作 容积发生变化。柱塞在偏离上、下死点位置时,柱塞在 缸孔中的往复运动会使工作容积发生变化。如果配流盘 吸、排油槽的间隔角大于缸体底部腰形的中心角,就会 在这一区域内产生困油现象。 为防止密闭容积在吸、压油转换时因压力突变引起的 压力冲击,在配流盘的配流窗口前端开有减振槽(阻尼 槽、眉毛槽以及三角槽)或减振孔。

在配流盘上开设减震三角槽或减震阻尼小孔可以减缓压力冲击 的大致原理:当吸油还未结束时,通过减振槽或阻尼小孔已经 使柱塞底部的密封工作腔与排油腔微微相通,排油腔油液经过 这条通道进入密封工作腔,使工作腔压力上升。随着缸体的转 动,减振槽或减振孔的通流面积逐渐增大,阻尼作用逐渐减小, 密封工作腔压力上升速度加快。当密封工作腔进入排油腔时其 压力已经基本上与排油腔压力相等了。

4.3 柱塞的回程机构
? 回程机构主要解决吸油时 柱塞的回程问题。 ? 回程盘是一个圆盘形的零 件,在一个同心圆上开有n 个孔,正好把n个滑履压住, 中间有一个半球形窝,内放 一个钢球,而钢球被内套压 住,内套里有一根小弹簧顶 着,这根小弹簧通过内套、 钢球和回程盘就保证了滑履 式中贴紧斜盘。 ? 小弹簧由于处于中心位置, 在缸体旋转时它并不变形, 因而不会产生疲劳破坏。
滑履 弹簧

斜盘 回程盘

内套

钢球

图: 中心弹簧回程机构

4.4 变量控制机构
? 在斜盘式轴向柱塞泵中,通过改变 斜盘倾角γ的大小就可调节泵的排量, 变量机构的结构形式是多种多样的。 ? 变量机构主要有 : (1)手动变量机构; (2)手动伺服变量机构; (3)液压伺服变量机构。 右图所示,当用手轮1使调节螺杆2, 带动变量活塞4沿轴向移动,通过销轴 7使斜盘8绕其耳轴转动,实现倾角 大小和方向的改变,从而改变排量的 大小和液流方向。

?

手 动 变 量 机 构

手动伺服变量机构
?活塞2的内腔构成了伺服阀的阀体,并
b

3 d e

有c、d和e三个孔道分别沟通缸筒1下腔a、 2 上腔 b 和油箱。泵上的斜盘 4 通过拨叉机 构与活塞 2 下端铰接,利用活塞 2 的上下 移动来改变斜盘倾角γ 。 c

?当用手柄使伺服阀芯3向下移动时,上
面的阀口打开, a 腔中的压力油经孔道 c 通向b腔,活塞因上腔有效面积大于下腔 的有效面积而移动,活塞2 移动时又使伺 服阀上的阀口关闭,最终使活塞 2自身停 止运动。
a 1 p 4

?当手柄使伺服阀芯3向上移动时,下面
的阀口打开, b 和 e 接通油箱,活塞 2 在 a 腔压力油的作用下向上移动,并在该阀 口关闭时自行停止运动。变量控制机构 就是这样依照伺服阀的动作来实现其控 制的。
5

手动伺服变原理简图

液压伺服变量机构
液压伺服变量机构,完全由液压元件自动感觉与控制,进行 调排量。下图所示为液压随动变量机构

由复位平衡弹簧1、拉杆2、先导阀3、随动阀4、外壳5、 销子6、变量头传动件7等组成。


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