1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 ZB227 轴向柱塞泵的设计 前言 随着科学技术的不断发展，现代设备的自动化水平越来越高。而液压传动及控制系统以其传递功率大、控制精度高、响应速度快、易于实现机电液一体化控制等优点，被广泛应用于各行各业中 1。对作为液压系统动力源 液压泵的要求也愈来愈高。 柱塞泵是液压系统中重要的动力产生元件 ,是现代液压元件中使用非常广泛的液压元件之一 2。 轴向 柱塞泵以其工作压力高、抗冲击。寿命长、控制精度高、噪声低等优点，引起国内外液压泵生产厂家的重视和使用厂家的青睐。它被广泛 应用于冶金、矿山、锻压、注塑、船舶、重型等机械设备中。 轴柱塞泵 /马达的演化历
2、程 轴向柱塞泵 /马达是液压系统中重要的动力元件和执行元件，广泛地应用在工业液压和行走液压领域，是现代液压元件中使用最广的液压元件之一 3。此外，由于轴向柱塞泵 /马达结构复杂，对制造工艺、材料的要求非常高，因此它又是技术含量很高的液压元件之一。 近年来，随着材料、制造、电子等技术的发展，轴向柱塞泵 /马达的新技术层出不穷，例如荷兰 Innas 公司开发的 Float Cup 结构轴向柱塞泵，丹麦的 Saur-Danfoss 公司为工程机械量身定做的 H1 系列的多功能泵，德国 Rexroth 公司推出的电子智能泵等等。而我国自20 世纪六、七十年代开发了 CY 系列和引进 Rexroth 技
3、术的泵 /马达后，轴向柱塞泵 /马达技术进展缓慢。近年来，随着我国经济的腾飞，在工业现代化和大规模城市化进程中，工程机械、塑料机械、冶金、机床和农业机械等领域对轴向柱塞泵 /马达的需求十分旺盛，因此提高我国轴向柱塞泵 /马达的性能显得十分迫切，对轴向柱塞泵 /马达技术革新的要求也十分紧迫！纵览国内外轴向柱塞泵 /马达技术的发展演变对认识轴向柱塞泵 /马达的发展趋势和加快我国轴向柱塞 泵 /马达技术的发展都有着重要的指导意义和现实意义 4。 轴向柱塞泵的 分类比较与发展趋势 轴向柱塞泵 /马达可以分为阀配流式和端面配流式，但是阀配流由于靠单向阀来实现配流，无变量困难、自吸能力差、不可逆，因此其应
4、用越来越少 ， 就端面配流而言，可分为斜盘式和斜轴式 5。由于斜轴泵 /马达的倾角比斜盘泵 /马达的要大，可达到 40 左右，因此作为液压马达启动效果好和输出扭矩大。但其结构复杂，工艺性差，而且不能实现通轴式结构，加上变量结构复杂，使得其作为液压泵在现代液压领域的应用有所减少。斜盘泵除了斜盘倾角比斜轴泵略小之 外，其他各个方面都获得了不的综合性能。 近年来，轴向柱塞泵的发展趋势呈现出了以下一些新的特点。 (1) 高速化、高压化是轴向柱塞泵 /马达的发展方向。这体现了其功率密度的提高，而 且 使 其 可 以 直 接 与 发 动 机 匹 配 ， 应 用 更 为 方 便 。 (2) 无论是定量还是变
5、量的斜轴马达，由于启动性能好和传递扭矩大的特点，都有着较好的前景。 (3) 轻型轴向柱塞泵由于成本仅比叶片泵高 20%左右，但是性能却比其高不少，可以和叶片泵进行竞争，这也是轴向柱塞泵的一个发展方向。 (4) 和电子技术相结合，实现多种控制方式。 Rexroth 公司推出的电子泵，实现对压力流量进行精确的闭环控制。此外变频控制也在液压电梯、注塑机等领域逐步开始应用 7。 轴向柱塞泵 /马达可以分为阀配流式和端面配流式，但是阀配流由于靠单向阀来实现配流，无变量困难、自吸能力差、不可逆，因此其应用越来越少 。 直轴式轴向柱塞泵工作原理 直轴式轴向柱塞泵主要结构如 所示。柱塞的头部安装有滑靴，滑靴底
6、面始终贴着斜盘平面运动。当缸体带动柱塞旋转时，由于斜盘平面相对缸体平面（ xoy 面 ） 存在一倾斜角 ，迫使柱塞在柱塞腔 内作直线往复运动。如果缸体按图示 n 方向旋转，在 180 360 范围内，柱塞由下死点 (对应 180 位置 )开始不断伸出，柱塞腔容积不断增大，直至上死点 (对应 0 位置 )止。在这过程中，柱塞腔刚好与配油盘吸油窗相通，油液被吸人柱塞腔内，这是吸油过程。随着缸体继续旋转，在 0 180 范围内，柱塞在斜盘约束下由上死点开始不断进入腔内，柱塞腔容积不断减小，直至下孔点止。在这过程中，柱塞腔刚好与配油盘排油窗相通，油液通过排油窗排出。这就是排油过程。由此可见，缸体每转一
7、跳各个往塞有半周吸油、半周排油。如果缸体不断旋转，泵便连续地吸油和排油 4。 图 1 直轴式轴向柱塞泵工作原理 关键技术及其国内外研究现状 轴向柱塞泵 /马达在其发展历程中柱塞副、配流副和柱塞与斜盘的接触副（现在基本上是滑靴结构）这三个摩擦副始终没 有发生大的变化 6。它们是吸油、压油、配流完成泵 /马达工作的最重要的环节，也是产生能量耗散、泄漏、流量脉动的地方，泵 /马达的性能和寿命与这些摩擦副息息相关，因此摩擦副的改造和优化也就成了轴向柱塞泵 /马达的最重要的关键技术之一 7。 减 震 降 噪 技 术 减振降噪是关系到轴向柱塞泵 /马达发展前途的关键技术 8。随着社会的进步，人们对工作环境
8、的要求越来越高，噪声是工作环境优劣的一个重要衡量指标。世界各国对液压泵的噪声也有着明确的规定。在液压设备中，泵 /马达是液压设备的主要噪声源。轴向柱塞泵 /马达由于缸体 输出的油液的不连续和吸油、压油腔的分离结构使其产生了较大的流量脉动和液压噪声，此外还有复杂流道产生的气穴噪声。液压噪声和机械噪声的交织形成了轴向柱塞泵的 整 体 噪 声 10 。 MANRING 教授通过考虑油液的压缩性和泄漏进行分析验证了奇数和偶数柱塞泵 /马达的脉动差别不大的结论。我国的王意、叶敏、许贤良等通过研究配流过程推导出了相似的结论 。 哈 尔 滨 工 业 大 学 、 燕 山 大 学 也 开 展 了 降 噪 方 面
9、 的 研 究 。 德国亚琛工业大学通过研究在泵 /马达的壳体上设置减震结构 ， 在一定程度降低柱塞泵的振动，此项成果已经在 Rexroth 的泵 /马达上应用。 参 考 文 献 1 徐绳武 . 轴向柱塞泵和马达的发展动向 J . 液压气动与密封， 2003(4)： 10-15. 2 路甬祥 . 流体传动与控制技术的历史进展与展望 J .机械工程学报， 2001（ 03） . 1-9. 3 王伟健 . 低噪声柱塞泵的设计与研究 D .兰州理工大学 , 2006 . 4 翟培详 . 斜盘式轴向柱塞泵设计 M. 北京：煤炭工业出版社， 1978. 5 那成烈 . 轴向柱塞泵可压缩流体配流原理 M .
10、北京：兵器工业出版社， 2003. 6 艾青林 , 周华 , 张增猛 , 等 .轴向柱塞泵配流副与滑靴副润滑特性试验系统的研制 J . 液压与气动， 2004(11)： 22-25. 7 赵亚风 . 高压低噪声机电控制式柱塞泵 (JBP 系列 )的结构特点及性能 J . 重型机械 , 2001, (01) . 8 许耀铭 . 油膜理论与液压泵和马达的摩擦副设计 M .北京：机械工业出版社， 1984. 9 严桃平 . 新型 柱塞泵的结构分析 . J淮阴工学院学报 , 2002, (03) .1-10. 10 管洪 . 泵的噪声 J . 噪声与振动控制 , 1985, (05) .20-30.
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