文献综述-轴向柱塞泵设计

文献综述 轴 向柱塞泵 设计 1 前言 本文介绍了国内外 轴 向柱塞泵的研制，生产情况。重点叙述了高太低噪声机电控制式 轴 向柱塞泵毓产品的结构特点及性能指标，并对该产品的发展前景与适用场合进行了简要的分析与展望。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。对作为液压系统动力源 液压泵的要求也愈来愈高。径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。 2 正文 2 1 国内外 轴 向柱塞泵的研制和生产现状 轴 向柱塞泵可分为阀配流与轴配流两大类。阀配流 轴 向柱塞泵存在故障率高、效率低等缺点。国际上 70、 80 年代发展的轴配流 轴 向柱塞泵克服了阀配流配向柱塞泵的不足。由于 轴 向泵结构上的特点，轴配流配向柱塞泵耐冲击、寿命长、控制精度高。使其成为一种优良的高压泵，代表当今国际上液压泵制造的先进水平。但是，它技术含量高、加工制造难度大，国际上只有博世（ 司、沃依特（ 司等少数几家公司能够生产。而博世公司只能生产 90依特公司只生产 110 一 250r 规格的泵。 我国从 80 年代末 90 年代初有很多科研机构与生产厂家开始研究开发这种产品，但都没有取得实质性进展。主要因为在理论上有待深化，在实际生产中不能解决转子与配流轴、滑靴与定子两对摩擦副烧研的问题。有些生产厂家在 柱塞 内孔通过浇铸轴承合金等方法来克服烧研，但效果并不理想，这种办法在小排量泵中使用，虽然能够防止摩擦副烧研的问题，但泵的使用寿命不长。由我国著名的液压专家卢望研究员和材料专 家闰秉均教授及其课题组经过多年研究与开发，取得了 “ 过平衡压力补偿方法及双排 轴 向柱塞泵 ” 和 “ 一种新型高压大排量轴 向柱塞泵 ” 两项技术专利， “ 合金奥氏体一贝氏体球铁开发应用研究 ” 一项国家新材料技术成果。这些技术成果的取得，使我国径向柱塞泵的研制在设计理论与材料工艺方面取得突破性进展。兰州永新科技股份有限公司以上述两项专利与一项新材料技术成果为支持，成功地开发生产的 列机电控制式径向柱塞泵，是国家科技部 “ 八五 ” 攻关和国家科技部火炬计划项目。该泵在多家企业进行了 2 3 年的工业考核试验，性能优良。 泵的技术发展一 如其他产业的发展一样，是由市场需求的推动取得的。如今，历史已进入到二十一世纪，人们在以 环保 、电子等领域高科技发展及世界可持续发展为主所产生的巨大需求的大背景下，对于包括泵行业在内的许多行业或领域都带来了技术的飞速变革和发展。 的技术发展趋势 产品的生命力在于市场的需求。如今的市场需求正是要求有各自的特色特点，做到与众不同；正是这一点，造就了泵产品的多元化趋势。它的多元性主要体现在泵输送介质的多样性、产品结构的差异性和 运行要求的不同性等几个方面。 从输送介质的多样性来看，最早泵的输送对象为单一的水及其它可流动的液体、气体或浆体到现在可输送固液混合物、气液混合物、固液气混合物，直至输送活的物体如土豆、鱼等等。不同的输送对象对于泵的内部结构要求均不同。 除了输送对象对泵的结构有不同要求外，在泵的安装形式、管道布置形式、维护维修等方面对泵的内在或外在的结构提出新要求。同时，各个生产厂商，在结构的设计上又加入了各自企业的理念，更加提高了泵结构的多元化程度。 基于可持续发展和 环保 的总体背景，泵的运行 环境 对泵的设计又提出了众多的要求，如泄漏减少、噪声振动降低、可 *性增加、寿命延长等等均对泵的设计提出了不同的侧重点或几个着重点并行均需考虑，也必然形成泵的多元化形式。 2 2 1 泵设计水平提升与制造技术优化的有机结合 进入信息时代的今天，泵的设计人员早已经利用计算机技术来进行产品的开发设计（如 利用），大大提高了设计本身的速度，缩短了产品设计的周期。而在生 产为主的制造当中，以数控技术 代表的制造技术业已深入到泵的生产当中。但是，从目前国内的情况看，数控技术 要应用在批量产品的生产上。对于单件或小批的生产，目前 术尚未在泵行业当中普遍实施，单件小批的生产仍旧以传统生产 设备 为主。 由于市场要求生产厂商的货期尽可能缩短，尤其对于特殊产品（针对用户要求生产的产品）供货周期缩短，必然要求泵的生产企业加速利用 术，甚至是计算机集成制造系统（ 柔性制造（ 从设计到制造模具、零件加工等各环节协调一致处理，保证一但设计完成，产品零部件的加工也是趋于同期完成，以确保缩短产品的生产周期。 与此同时，除利用计算机制图外，还将在计算机这个载体上实现产品的强度分析、可 *性预估和三维立体设计，将原来需要在生产中发现和解决的 工艺问题和局部结构问题及装配性问题等方面提到生产前进行防范，缩短产品的试制期。 2 2 2 产品的标准化与模块化 在产品出现多元化的同时，泵作为通用产品， 总体总量依旧巨大。在市场中，除出现技术性竞争外，产品的价格竞争尤其是通用化产品的价格竞争是必然趋势。在产品出现多元化的趋势下，要实现产品价格的竞争优势，提高产品零部件的标准化程度，实现产品零部件的模块化是必须的。在众多零部件实现模块化后，通过不同模块的组合或改变个别零件的特性，以实现产品的多元化。同时，只有当零部件标准化程度提高后才有可能基于产品的多元化基础上实际规模化的零部件生产，用以降低产品的生产成本和形成产品的价格竞争优势，也可以在产品多元化的基础上进一步地缩短产品的交货周期。 2 2 3 泵内在特性的 提升与追求外在特性 所谓泵的内在特性是指包括产品性能、零部件质量、整机装配质量、外观质量等在内的产品固有特性，或者简称之为品质。在这一点上，是目前许多泵生产厂商所关注的也是努力在提高、改进的方面。而实际上，我们可以发现，有许多的产品在工厂检测符合发至使用单位运行后，往往达不到工厂出厂检测的效果，发生诸如过载、噪声增大，使用达不到要求或寿命降低等等方面的问题；而泵在实际当中所处的运行点或运行特征，我们称之为泵的外在特性或系统特性。 技术人员在进行产品设计时，为提高某一产品的百分之一效率常常花费不少心思；而泵运行如果偏离设计的高效点，实际运行的效率远不止降低百分之一。现在，泵生产厂家同时为用户配套包括变频在内的控制 设备 及成套 设备 ，实际上已介入到泵的外在特性的追求上了。在此基础上，再关注泵的集中控制系统，提高整个泵及泵站运行效率，则是在泵外特性的追求上更上一层楼。 从销售角度看，推销产品即是在推销泵的内在特性；而关注泵的外特性则是生产厂商不仅是推 销产品，而是在推销泵站（成套项目）。 从使用角度看，好的产品必定是适合运行 环境 的产品而非出厂检测判别的产品。 2 2 4 机电一体化的进一步发展 正如科学技术的发展一样，现阶段科技领域中交叉学科、边缘学科越来越丰富，跨学科的共同研究是十分普遍的事情，作为泵产品的技术发展亦是如此。以屏蔽式泵为例，取消泵的轴封问题，必须从电机结构开始，单局限于泵本身是没有办法实现的；解决泵的噪声问题，除解决泵的流态和振动外，同时需要解决电机 风叶的噪声和电磁场的噪声；提高潜水泵的可靠性，必须在潜水电机内加设诸如泄漏保护、过载保护等措施；提高泵的运行效率，须借助于控制技术的运用等等。这些无一不说明要发展泵技术水平，必须从配套的电机、控制技术等方面同时着手，综合考虑，最大限度地提升机电一体化综合水平。 过去的十多年来，新材料和新 工艺 的运用是推动泵技术发展的一个主要的因素。泵用材料从铸铁到特种金属合金，从橡胶制品、陶瓷等典型非金属材料到工程塑料，在解决泵的耐腐 蚀、耐磨损、耐高温等 环境 上都发挥了突出的作用。同时新 工艺 的运用，又更好地使新材料运用到泵的零部件仍至整个泵当中。如国外有些厂商已设计 并推出了全部采用工程塑料制成的泵。比用一般金属材料生产的泵在强度上毫不逊色，在耐蚀耐磨上更胜一筹。又比如利用新的表面涂覆技术和表面处理技术，同样可解决泵的抗蚀和抗磨问题。新材料的进一步发展和新工艺 的运用深入，在泵领域内的应用将更加广泛。 该设计主要包括有配油盘的设计，参考资料：开路式柱塞泵第四章第 3 节 缸体的设计，参考资料：开路式柱塞泵第四章第 2 节 柱塞、滑靴的设计，参考资料：开路式柱塞泵第四章第 1 节 轴向柱塞泵尺寸总体设计，参考资料：新编液压件使用与维修技术大第三章第三节 柱塞回程机构设计 ，参考资料：液压元件及系统设计第四章第 7 节 向柱塞泵装配图结构，参考资料：液压与气压传动第二章第 4 节 参 考 文 献 1李培 滋王占林主编 .飞机液压传动与伺服控制（上册） 1989 2曾祥荣 叶文柄吴沛容编著 .液压传动 1980 3何存兴主编 .液压元件 1982 4张赤诚等编 .液压传动 1986 5齐任贤主编 .液压传动和液力传动 1981 6上海煤矿机械研究所编 .液压传动设计手册 1976 7（日）市川常雄著 液压技术基本理论 1975 8（美） H E梅里特著 液压控制系统 1979 9成大先主编 .机械设计手册 2004 10闻德生著 .开路式柱塞泵 1998 11吉林工业大学等校编 .工程机械液压与液力传动 1978 12 13马玉贵 、 马治武主编 .新编液压件