（机械工程专业论文）集成型复合控制液压泵.pdf

附：学位论文原创性声明和关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：e l 期：! ! q 2 生旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权贵州大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) ，名 论文作者签名：础导师签名：，i 哦期：垫业垒逝 l 摘要 液压传动与传统的机械传动相比，具有传动功率大、调节控制方便、传动平 稳、调速范围广等一系列优点，在现代机械特别是工程机械行业，越来越广泛地 使用液压传动，而液压泵作为液压系统的核心元件，其技术水平和性能的高低， 在很大程度上决定了主机的整体性能和质量。 由于柱塞泵可以达到很高的压力和转速，变量容易，结构紧凑，单位功率体 积小等优点，在现代液压传动中，柱塞泵是使用最广的液压动力元件之一，从万 吨以上的重型液压机到小型的液压夹具，从一般工业用的固定式机械到行走车 辆，从民用机械到军用武器，都广泛地使用了柱塞泵。绝大多数液压元件本身都 是相对很成熟的，但是为了提高柱塞泵的使用寿命和总体性能，工程师和相关的 研究人员一直没有停止对柱塞泵的改进，特别是轴向柱塞泵。 挖掘机是建设工程施工中重要的设备，对于矿山企业、建筑行业等是必不可 少的，它使用的动力装置就是轴向柱塞泵。挖掘机工作中要完成回转、斗杆、动 臂、铲斗、行走等动作，而且工作环境复杂恶劣，工作时功率很大。为了有效的 利用发动机功率及提高工作性能，既需要实现复合运动，又需要对这些动作能够 进行调节，液压挖掘机的液压回路从最初的单泵系统发展到如今的双泵系统或者 多泵系统。日本液压挖掘机在这样方面有着先进的技术优势，其最大的优势点就 在于液压传动及控制系统。在液压泵方面，国外公司的产品大量采用集成技术， 一是将多台液压泵集成为一体，简化了主机传动装置，便于在主机上安装和维修。 二是在液压泵的控制方面，改变了原来的单一的恒功率控制方式，将压力截断控 制、交叉功率控制、负流量控制等集成于液压泵，形成具有多种控制功能的复合 控制系统以满足挖掘机在节油、提高工作效率及工作平稳性方面的新要求。随着 电子控制技术的发展，在上述复合控制系统的基础上，还出现了采用电液比例控 制技术的变功率控制液压泵，近年来，又出现了数字控制的挖掘机用液压泵。 近年来，我们虽然在提高产品的技术性能方面，也做了大量的工作，但与国 外公司的产品相比，在集成度、性能稳定性和可靠性方面，仍存在较大的差距。 我们的研究也是在借鉴国外液压挖掘机的技术( 主要是日本的产品) 的基础上进 行改进，生产和国外同类产品性能相当的轴向柱塞泵，并形成成套的后续关于同 类产品的研发能力。 由于此种泵是在单独的轴向柱塞泵的基础发展起来的，所以普通轴向柱塞泵 的设计方法都适合于此双联泵的设计，而关于斜轴式和斜盘式轴向柱塞泵的系统 的设计方法也是比较成熟的。首先对液压泵进行运动分析和受力分析以及关键摩 擦副的油油膜分析，进行液压泵各个部件的设计计算，主要是传动轴、传动齿轮 的设计，以及缸体、配流盘支承结构优化设计。为了提高轴向柱塞泵的使用寿命， 对轴向柱塞泵的关键摩擦副在材料上、结构上进行优化，提高润滑油膜的质量， 改善摩擦副的减摩抗磨性能，特别是通过结构上的改进，在配流盘处引入效果较 好的辅助支承。在完成液压泵传动部分的设计的基础上进行多泵集成设计，需解 决将多台泵集成在一起的传动链布局和受力优化设计问题，这里主要是借助 s o l i d w o r k s 三维绘图软件和c o s m o s w o r k 分析软件，既要保证各零部件有足够的 强度、寿命和良好的加工工艺性，又要使液压泵的结构紧凑，便于安装和维修。 然后进行控制机构的分析、设计，这里我们采用把交叉功率控制、负流量控 制、变功率控制三种控制方式集成在一起的复合控制方式，发挥各自的优势，达 到最佳的控制效果。在设计过程中利用a m e s i m 软件进行复核控制方式的静态 和动态仿真，解决多种控制方式集成在一起时调节控制器的设计问题，以尽可能 简洁的方式实现多种控制方式的集成，并保证各种控制之间不会出现相互冲突， 各种控制均具有良好的稳定性。最后对所设计的泵的性能测量结果和仿真结果对 比表明，这种控制方式具有很好的控制效果，达到实际运用的要求，在未启动负 流量控制的情况下，两个泵根据负载情况按总功率变量方式变量，双泵压力可能 不相等，但排量一致，其功率可以通过调节比例电磁铁的输入电流在一定范围内 改变。如果在工作中，系统需要限制油泵所排出的流量，则可在负流量控制口输 入一定的控制压力，油泵将按照控制压力的高低，超越恒功率变量控制，将其排 量减小到所需位置而实现按需供油。 在双联泵本身设计完成以后，要对组成元件的加工工艺和装配提出严格的要 求，这在以前国内对于轴向柱塞泵的设计中是经常被忽略的，而实践经验表明， 一个好的设计方法只有在合理的加工工艺的支持下才能发挥它的作用，所以这里 的加工和装配是为了保证实际生产的泵能够实现原始设计的性能和改进的效果。 通过实际的试验和测量表明，实际成产的泵基本实现了课题的要求，为后续研究 奠定了基础，也为此种泵后续的改进指明了方向。在后续研究中要进一步把液压 技术和电子技术结合，把计算机技术用于液压系统，实现数字控制，提高液压系 统的集成度和稳定性 关键字：复合控制轴向柱塞泵交叉功率控制负流量控制变功率控制 4 s u m m a r y c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n , t h e r ea r em u c hm o r e a d v a n t a g e sf o rh y d r a u l i ct r a n s i t i o n , s u c ha sh i g h e rt r a n s f e r r e dp o w e r , e a s i e rm e t h o do f c o n t r o la n da d j u s t m e n t , s m o o t h e rt r a n s m i s s i o n , w i d e rr a n g eo fv e l o c i t y i nm o d e m m e c h a n i c a li n d u s t r i e s ，e s p e c i a l l yt h em e c h a n i c a le n g i n e e r i n gi n d u s t r y , h y d r a u l i c t r a n s m i s s i o ni se m p l o y e dm o r ea n dm o r ew i d e l y a st h ec o r ec o m p o n e n to fh y d r a u l i c s y s t e m ，t h ep e r f o r m a n c eo f t h ep u m p sd e t e r m i n e st h ef u n c t i o na n dp e r f o r m a n c eo f t h e w h o l es y s t e mt og r e a te x t e n l f o rp i s t o np u m p so a nr e a c hh i 【g hw o r k i n gp r e s s u r ea n dr o t a t es p e e d , v a r yt h e d i s p l a c e m e n te a s i l y , h a v ec o m p a c ts t r u c t u r ea n dh i g hp o w e rd e n s i t y , t h e y 珊o n eo f t h ew i d e l yu s e dp o w e rc o m p o n e n t si nh y d r a u l i cs y s t e m t h e ya r ce m p l o y e di nal o to f f i e l d s ，f r o ml a r g eh y d r a u l i cm a c h i n e sw e i g h i n gm o l et h a no n em i l l i o nt o nt os m a l l h y d r a u l i cc l a m p s ，f r o mo r d i n a r ym a c h i n e sf a s t e n e dt ot h ef l o o rt om o b i l ev e h i c l e s ， f r o mc i v i lm a c h i n e r yt om i l i t a r yw e a p o n s h y d r a u l i cc o m p o n e n t sa 托m o s t l ym a t u r e h o w e v e r , m a n ye n g i n e e r sa n dr e s e a r c h e r sa mt r y i n gt i l e i rb e s tt oi m p r o v et h ew o r k i n g l i f ea n dp e r f o m m c e o f p i s t o np u m p s a l lt h et i m e ，u s p e e i a l l yt h ea x i a lp i s t o np u m p t h ee x c a v a t o ri si m p o r t a n te q u i p m e n ti nm o d e r ni n d u s t r y , w h i c hi sd i s p e n s a b l e f o rn l i n ef m m sa n dc o n s t r u c t i o nf l r m s t h ep o w e rc o m p o n e n t so fe x c a v a t o ra r ea l s o a x i a lp i s t o np u m p s f o ra ne x c a v a t o r , i tm a y b eh a st or o t a t e , s h a k et h ea r m ，m o v et h e a m l , s h o v e l ，a n dw a l k w h a t sm o r e ，t h ew o r k i n ge n v i r o n m e n ti sc o m p l e xa n du s u a l l y b a d 1 1 1 ee x c a v a t o rc o n s u m e sg r e a ta m o u n to f p o w e rw h e nb e i n gw o r k i n g i no r d e rt o p e r f o r m a n c ee x c e l l e n t l ya n d u s et h ep o w e ro f t h ee n g i n ee f f e c t i v e l y , t h ee x c a v a t o rh a s t 0p 芒妇m a n c es e v e r a 王m o v e m e n ts i m u l t a n e o u s l y , f u r t h e r m o r e , i th a st oc o n t r o lt h e s e m o v e m e n ts e p a r a t e l y t h e r e f o r e ，t h eh y d r a u l i cc i r c u i to ft h ee x c a v a t o rd e v e l o p sf r o m t h ei n i t i a ls i n 百ep u m ps y s t e mt ot o d a y sd o u b l e - p u m ps y s t e mo rm u l t i p u m ps y s t e m j a p a n sh y d r a u l i ce x c a v a t o rh a st e c h n i c a la d v a n t a g e so v e ro t h e r si nt h i sr e g a r dw i t h h y d r a u l i ct r a n s m i s s i o na n dc o n t r o ls y s t e m t h eh y d r a u l i cp u m po ft h ef o r e i g n c o m p a n ym o s t l ye m p l o y st h ei n t e g r a t i o nt e c h n o l o g y f i r s t l y , t h e yi n t e g r a t es e v e r a l p u m p st oo n ep u m p ，s i m p l i f r i n gt h et r a n s m i s s i o nd e v i c eo ft h em a i np u m pa n d f a c i l i t a t i n gt h ei n s t a l l a t i o na n d m a i n t e n a n c eo f o t h e rc o m p o n e n t s ，s e c o n d l y , i nr e g a r d w i t ht h ec o n t r o ls y s t e r n , t h e yd o n tu as i n g l ep o w e rc o n t r o lm e t h o da n y 功o r e ， w h i c hi su s e do r i g i n a l l y , b u ti n t e g r a t ep r e s s u 化一c u t - o f fc o n t r o l ，c r o s s - p o w e rc o n t r o l ， a n d n e g a t i v e f l o wc o n t r o li n t oo r ep u m p ，f o r m i n gc o m p o u n dc o n t r o lt h a th a v es e v e r a l c o n t r o lf u n c t i o na tt h es a m et i m et om e e tt h er e q m r e m e n to ff u e l - e f f i c i e n t , i m p r o v e m e n to fe f f i c i e n c ya n ds m o o t h n e s s w j t ht h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i c c o n t r o l ，t h eh y d r a u l i cp u m pw i t he l e c t r o - h y d r a u l i cp r o p o r t i o n a lc o n t r o lc a m eo u t0 1 1 t h eb a s i so fd e v e l o p m e n to fc o m p o u n dc o n t r o l ，w h a t sm o r e ，h y d r a u l i cp u m p sw i t h d i g i t a lc o n t r o lf o re x c a v a t o r sa l s oa p p e a r e di nr e c e n ty e a r s i nr e c e n ty e a r s ，t h o u g i lw eh a v ey e td o n eal o to fw o r ki nt h ef i e l do fu p g r a d i n g t h et e c h n i c a lp e r f o r m a n c e ，t h e r ei saw i d eg a pi ni n t e g r a t i o n , r e l i a b i l i t ya n ds t a b i l i t y c o m p a r e dw i t ht h ef o r e i g np r o d u c t s o u rs t u d i e sa a l s oc o n d u c t e do nt h eb a s i so f f o r e i g nt e c h n o l o g y ( e s p e c i a l l yt h ej a p a n e s et e c h n o l o g y ) o u rt a r g e ti st op r o d u c e a x i a lp i t o np u m pc o m p a r a b l e 诵t hf o r e i g np r o d u c t s a n df o r mt h ec a p a b i l i t yt o c o i a t i i n u et h ef o l l o w - u pr e s e a r c h b e c a u s et h i sk i n do fa x i a lp i s t o np u m pi sd e v e l o p e df r o ms e p a r a t ea x i a lp i s t o n p u m p ，t h ed e s i g nm e t h o do ft h ec o m n l o na x i a lp i s t o np u m pi sa l s os u i t a b l ef o rt h i s d o u b l e p u m p t h ed e s i g nm e t h o do fa x i a lp i s t o ni sv e r ym a t u r ea l r e a d y f i r s t , w e c o n d u c tm o t i o na n a l y s c s , s t r e s sa n a l y s e s , a n do i lf i l mo f 出ek e yf r i c t i o np a i r s w eg e t t h es i z ea n ds t r u c t u r eb yt h ec a l c u l a t i o no f 棚c o m p o n e n t s ，m a i n l yi n c l u d i n gt h e t r a n s m i s s i o ns h a o , t r a n s m i s s i o ng e a r s , t h ec y l i n d e rb l o c ka n dt h ec o n t r o lp l a t e ，i n o r d e rt oi m p r o v et h el i f eo fa x i a lp i s t o np u m p ，w eo p t i m i z et h ek e yf r i c t i o np a i r si n t h ef i e l do fm a t e r i a la n ds t r u c t u r e ，i m p r o v i n gt h eq u a l i t yo fo i lf i l ma n dt h ea b i l i t yo f a n t i w e a l a n da n t i - f r i c t i o n f o xe x a m p l e ，w ei n t r o d u c es t a t i cp r e s s u r es u p p o r tb y m o d i f yt h es t r u c t u r eo ft h ec o n t r o lp l a t e a f t e rt h ed e s i g no ft h ec o m p o n e n t s ，w e c o n d u c tt h ed e s i g no fi n t e g r a t i o n w eh a v et os o l v et h ep r o b l e mo fl a y o u to ft h e s e c o m p o n e n t sa n dt h eo p t i m i z a t i o no ft h es l l a l c t u r eo nt h ew h o l ew i t ht h eh e l po f s o l i d w o r k s3 dg r a p h i c ss o f t w a r ea n dc o s m o s w o r ka n a l y s es o f t w a r e w em u s t e n s u r et h a ta l l c o m p o n e n t sh a v es u f f i c i e n ts t r e n g t h , l i f e a n dg o o dp r o c e s s i n g t e c h n o l o g y , a n dt h es t r u c t u r eo ft h ep u m pi sc o m p a c t , a n di se a s yt oi n s t a l la n d m a i n t a i n t h e nw ea n a l y s e sa n dd e s i g nt h ec o n t r o ls y s t e m h e r ew ee m p l o yc o m p o u n d c o n t r o ls y s t e mb yi n t e g r a t i n gc r o s s - p o w e rc o n t r o ls y s t e m ，n e g a t i v e - f l o ws y s t e m ，a n d v a r i a b l e - p o w e rs y s t e mi n t oo n ep u m p ，p l a y i n gt 0t h e i rr e s p e c t i v ea d v a n t a g e sa n d a c h i e v i n gt h eb e s tc o n t r 0 1 w eu s et h ea m e s i ms o f t w a r et os i m u l a t et h es t a t i ca n d d y n a m i cc o n d i t i o n s ，s o l v i n gt h ep r o b l e mo f t h cd e s i g no f a d j n s t i n ga n d c o n t r o ld e v i c e i nt h ec o m p o u n ds y s t e m , i n t e g r a t i n gt h e s et h r e ec o n t r o lm e t h o d si na s i m p l em a l l r l e r a tt h es a m et i m e , w em u s te n s u r et h a tt h e s ec o n t r o lm e t h o d sw o u l dn o ti n t e r f e r ew i t h e a c ho t h e r , a n dt h ew h o l ec o n t r o ls y s t e mh a sg o o ds t a b i l i t y a tl a s t , w em o a s u l et h e p e r f o r m a n c eo ft h ed e s i g n e dp u m p , a n dc o m p a r et h er e s u l tw i t ht h es i m u l a t i o n t h e y b o t hs h o wt h a tt h ec o m p o u n dc o n t r o ln l a n n e rh a se x c e l l e n tc o n t r o la b i l i t y b e f o r et h e 6 n e g a t i v e - f l o wc o n t r o lm e t h o dw o r k s ，t h et w op u m p sw o r kv a r yi t sd i s p l a c e m e n t a c c o r d i n gt ot h e i rl o a d s , t h e 化f o r c ，t h ep r 船s u r eo ft h et w op u m p sm a yb en o te q u a l ， b u tt h e i rd i s p l a c e m e n ti sb o t hv a r i e db ya d j u s t i n gt h ec u r r e n to f p r o p o r t i o n a ls o l e n o i d i fw eh a v et ol i m i tt h ed i s p l a c e m e n to ft h ep u m p s ，w ec a ni n p u tc e r t a i nc o n t r o l p r e s s u r e 。a tt h en e g a t i v e - f l o wc o n t r o la g o 曙s i nt h i sw a y , t h ep u m pw i l lj u m po u to f t h ec o n s t a n t - p o w e rc o n t r o l ，a n dv a r yt h eo i ls u p p l ya c c o r d i n gt h ec o n t r o lp r e s s u r e a f t e rt h ed e s i g n , w eg i v es t r i c ts t a n d a r dt ot h ep r o c e s s i n ga n da s s e m b l yo ft h e c o m p o n e n t s ，w h i c hi sa l w a y so v e r l o o k e db yt h ed e s i g n e r si nt h ed e s i g no fa x i a lp i s t o n p m n p t h cp r a c t i c a le x p e r i e n c es h o w s t h a tae x c e l l e n td e s i g no n l yw i l lp l a yi t sp a nb y t h es u p p o r to fg o o dp r o c e s s i n ga n da s s e m b l i n gs k i l l s t h r o u g ht h et e s t sa n d m e a s u r e m e n t s ，i ts h o w e dt h a tt h ea c t u a lp u m pr e a c ht h ed e s i g nt a r g e ta n di n d i c ta d i r e c t i o nt oi m p r o v et h ep u m p i nt h ef o l l o w i n gs t e p s ，w ew i l lt r yt oi n t e g r a t et h e h y d r a n l i ot e c h n o l o g i e sw i t he l e c t r o n l ct e c h n o l o g i e s , a n di n t r o d u c ec o m p u t e r s i n t ot h e d o u b l e - p u m pt oa c h i e v ed i g i t a l c o n t r o ls y s t e m , w h i c hw i l lh e i pt oi m p r o v et h e i n t e g r a t i o na n ds t a b i l i t yo f t h eh y d r a n l i cs y s t e m k e y w o r d s ：c o m p o u n dc o n t r o l ；a x i a lp i s t o n n e g a t i v e f l o wc o n t r o l ；v a r y i i l g p o w e rc o n t r 0 1 7 第一章：绪论： 1 1 集成液压泵简述： 1 1 1 国内外发展状况： 在现代液压传动中，柱塞泵是使用最广的液压动力元件之一，从万吨以上的 重型液压机到小型的液压机具，从一般工业用的固定式机械到行走车辆，从民用 机械到军用武器，都广泛地使用了柱塞裂“。 柱塞泵是依靠柱塞的往复运动，改变柱塞缸内的容积丽吸入和排出液体的 泵，是容积式泵的一种。按照柱塞相对于缸体中心线的位置关系，将泵分为轴向 柱塞泵和柱塞径向泵，轴向柱塞泵比径向柱塞泵结构简单，零件数少，体积小， 重量轻，制造成本低。 轴向柱塞泵按照缸体是否转动，配流方式可以分为阀配流和端面配流。阀配 流轴向柱塞泵由于吸排油阀的滞后现象，限制了泵轴转速，一般不能高于 1 5 0 0 r m i n ，变量困难，而且失去了液压机械的可逆性。相反，端面配流轴向柱 塞泵容易实现无级变量、维修方便。因此现今的轴向柱塞泵主要是端面配流【刀， 端面配流又包括球面配流和平面配流两种，两种方式中配流盘和缸体配流端面的 形状不同。 端面配流的轴向柱塞泵又分为斜盘式和斜轴式两种，斜轴式采用了驱动盘结 构，使柱塞缸体不承受侧向力，所以，缸体对配流盘的倾覆可能性小，有利于柱 塞副与配流副部位工作，另外，允许倾角大。但是斜轴式轴向柱塞泵结构复杂， 工艺性差，需要使用大载荷量止推轴承，成本高；斜盘式轴向柱塞泵由于配流盘 与缸体、滑靴与柱塞这两对高速运动副采用了静压支承，省去了大载荷量止推轴 承，结构紧凑、零件少、工艺性好，成本低，因而发展迅速嗍。而斜盘式轴向柱 塞泵按照出轴方式的不同可分为前斜盘式和后斜盘式两种，斜轴式也分为无铰斜 轴式和双铰斜轴式。 早在1 9 0 2 年，美国h a r v e yw a l l i a m 教授和r e y n l dj a n n y 工程师就设计了 第一台端面配流的斜盘泵，于1 9 0 5 年使用在军舰的炮塔液压传动装置上，后来， 有人就把斜盘泵称为j a n n y 烈7 】 1 0 t 1 1 1 】。斜盘泵的结构特点是：采用轴支承缸体 的通轴式结构，缸体中心线和传动轴中心线重合，缸体传动，用斜盘摆动实现变 量，柱塞靠连杆驱动产生往复运动。图1 是j a n n y 型轴向柱塞泵，采用单铰传动， 8 后来演变成无铰点接触式结构。 图卜1 j a n n y 型轴向柱塞泵 斜轴式柱塞泵发展较晚，1 9 3 0 年，瑞士h a n st h o m a 教授设计了第一台斜轴 泵。后人常把斜轴泵称为t h o m a 泵川1 1 0 1 】。它的特点是：缸体中心线与传动轴 中心线成一夹角，传动轴与斜盘做成一体( 称为驱动盘) ，依靠连杆推动柱塞往 复运动，用摆动缸体实现变量，使柱塞缸体不承受侧向力，缸体对配油盘的倾复 可能性小，有利于柱塞副与配油部位工作，允许的倾角大图2 是早期出现的斜 轴泵，采用驱动盘通过双铰带动缸体旋转，后来经过不断改进和发展，采用了无 铰式连杆传动驱动缸体。 图卜2 早期出现的斜轴泵 1 、缸体2 、柱塞3 、连杆4 、传动轴5 、法兰6 、双万向铰7 、配流盘 2 0 世纪5 0 年代中期，美国o e n i s o n 公司和英国l u c a s 公司摆脱j a n n y 泵的 传统，设计了轴承支承缸体，传动轴不穿过斜盘，悬臂带动缸体转动的斜盘泵。 9 见图3 ，这种泵的优点是：斜盘作用在柱塞上的侧向力的合力点，通过大轴承的 中心平面，使大轴承作为缸体的支承，柱塞上的侧向力对缸体不产生倾覆力矩， 使泵的传动轴只传递扭矩，不传递弯矩，有效地保障了缸体和配流盘之间接触良 好。采用这种结构，再加上制造工艺水平的提高，使斜盘泵的压力提高到3 5 m p a ， 转速大幅提高，引起斜盘泵历史上一次飞跃【7 】1 9 】 1 7 1 。 轴承 变量活塞 柱署 图1 - 3 ：d e n i s o n 公司2 - 7 0 0 型轴向柱塞泵 最初的泵其柱塞头部与斜盘的接触形式是点接触式和线接触式，因此在斜盘 上必须安装滚动轴承或滑动轴承，以减少柱塞头部和斜盘之间的磨损。由于轴承 总是受偏载。大大降低了其寿命，使泵的转速、压力、流量参数不可能很高。这 样就使依靠泵本身供液的静液压支承滑靴式结构，成为轴向柱塞泵发展史上的 重大突破，它使泵参数产生了极大的提高，最早采用滑靴的是美国d e n i s o n 泵i f 8 2 1 。如图4 为柱塞头部与斜盘的三种不同接触形式。 弩掣 嗲举号 图1 - 4 柱塞头部的接触形式 a 、b 、c 点接触式d 线接触式e 滑靴式 2 0 世纪6 0 年代中期，由于液压设备对液压系统集成化的要求，特别是行走 1 0 车辆闭式回路系统的应用，轴支承缸体的通轴泵获得了新的发展，泵的传动轴穿 过缸体和斜盘，斜盘的位置移到了油泵的前端( 少数结构其斜盘仍在后部) 川1 1 3 。 由于有此结构上的特点，通轴泵主传动轴的尾端就可安装一低压小排量的油泵， 作为闭式系统的辅助泵，也可再集成用作其它油源的齿轮泵或再集成一个通轴 泵。在主泵的壳体上可以安装若干闭式系统的阀组，这样就可使通轴泵具有集成 多种元件的复合功能，从而大大简化液压系统的设计，减少元件间的管道，避免 因管路振动而漏油失效。这是斜盘式轴向柱塞泵发展的另一次飞跃。如图5 就是 一套完整的无级调速系绀。5 】。 图卜5 ：闭式系统静液压传动装置 2 0 世纪7 0 年代后，斜轴泵经过不断改进和发展，又将外壳连同缸体和配流 盘摆动以实现变量改为外壳不动，摆动配流盘和缸体实现变量。但是在与斜盘泵 的竞争中，有三大弱点：一是缸体的疲劳强度强度较低；二是承受柱塞轴向推力 的滚动轴承，由于受重载偏心负荷的作用，轴承的寿命较短；三是泵的变量靠摇 架带动缸体摆动，故结构复杂，体积和重量较大，成本高。德国r e x r o t h 公司依 据t r i 0 t 型单向变量斜轴式液压马达a 6 v 的结构，发展了用销轴拨动配流盘带 动缸体摆动进行变量的a 7 、斜轴式单向变量泵们i 。如图6 示，该泵采用双金属 缸体：用两个压力角为4 0 度的径向推力球轴承承受柱塞的径向力和轴向推力， 并使第一个轴承的压力角线通过中心杆球头中心；配流盘与缸体的配流面为球 面，球面配流盘也支承一部分侧向力，使缸体具有良好的自位性；配流盘的背面 为圆柱面，在变量壳体上滑动进行变量。t r i m o t 型斜轴泵的出现，是斜轴泵在 技术发展上的重大突破，给斜轴泵的应用，开辟了新的途径。 图l - 6 ：a 7 y 变量斜轴泵 根据机床和注塑机液压系统的要求，为了节省功率消耗，减少系统发热，需 要使用恒压变量泵，从前多使用叶片泵，由于柱塞泵设计和制造水平的提高，特 别是对变量泵的需求日益增多，各厂家纷纷从材料、加工等方面降低成本，提高 寿命，促进了轻型柱塞泵的发展【刁【l 珂。如图7 为美国v i c k e r s 公司p v b 轻型柱塞 泵，其重要特点是变量机构很简单，采用单作用的变量缸，并用弹簧使变量斜盘 复位【1 4 1 。 图卜7 ：美国v i c k e r s 公司p v b 轻型柱塞泵 德国r e x r o t h 公司生产的a 4 v 型泵是斜线柱塞式斜盘泵，如图8 ，柱塞与传 动轴成一交角，故柱塞的离心力有助于柱塞的回程，也有利于减小配流盘直径， 降低缸体配流面运动的线速度。泵用渐开线花键轴传动缸体，为防止滑靴作用于 柱塞上的侧向力对传动轴产生附加弯矩，缸体上花键配合长度的中点位于柱塞球 头中心的平面上；缸体上花键配合长度很短，提高了缸体的自位能力。缸体和配 流盘之问采用球面配流，有利于补偿轴向偏载引起的附加力矩对缸体产生的倾复 1 6 5 【1 6 】【3 1 1 。 图1 8 ：l r e x r o f l l 公司a 4 v 型泵的三维造型图 l i n d e 公司生产的0 2s e r i e s 泵斜盘倾角从传统的1 8 度增大到了2 l 度，因 此排量更大，最大排量较通常的斜盘式泵增加约1 6 ；结构更紧凑，体积比原来 缩小了1 8 ，其结构的最大不同之处在于( 如图9 ) ：普遍的结构是滑靴包柱塞， 而0 2s e r i e s 元件的滑靴与铰接球头加工成一体，而球窝做在柱塞上，即为柱塞 包滑膨1 剐【2 1 1 。 普通系列0 2 系列 图卜9 ：l i n d e 公司0 2s e r i e s 与普通滑靴 荷兰i n n a s 公司设计了一种全新结构的轴向柱塞泵，起名为f l o a t i n gc u p p u m p ，如图l o 所示，结构为双层柱塞，类似于将两个轴向柱塞泵面对面的扣在 一起，它可以最大限度地平衡泵工作产生的轴向力，减轻轴承的工作负载，减少 压力、流量脉动，降低噪声【3 2 3 3 1 。 图卜1 0 ：新型f l o a t i n gc u p 轴向柱塞泵 1 9 6 6 年，我国综合了国外后斜盘式柱塞泵的特点，设计出c y l 4 1 型轴向柱塞 泵，如图l l 所示。该型泵的柱塞较长，泵壳为分段结构，吸排油孔道平缓流畅， 配油盘顺缸体转向转过一定的角度。该泵经过3 0 多年来的实践，对c y l 4 1 型轴向 柱塞泵的问题相继做过四次大的改进，前两次以标准化和缩小体积为主。改进为 c y l 4 1 a 型轴向柱塞泵。第三次针对常发生的配油盘烧损和斜盘磨损等问题，以 及工艺问题，做了较大的结构改进，形成了c y l 4 一i b 型轴向柱塞泵。第四次针对 c y l 4 - i b 型所存在的噪声高，转速低，易发生松靴和脱靴可靠性不高，高转速时 自吸能力差，规格不全，无通轴式驱动等问题，开发了q * * c y l 4 一i b k 系列用于开 式油路低噪声的轴向柱塞泵和q t * * c y l 4 一i b k 系列通轴式的轴向柱塞泵。主要有以 下几方面的改进措施：( i ) 采用了非对称流道设计，即吸入边通道截面面积大， 流速低，压出通道面积小，流速高。新系列泵吸入通道包括吸入管道、进油口、 泵体上腰形槽、配油盘腰形槽面积均比原c y l 4 4 b 泵加大4 0 以上，即吸入流速降 低4 0 以上，它有利于提高泵自吸转速，减少吸空、降低噪声、减少松靴、脱靴。 ( 2 ) 研制新型有保持架滚针轴承取代原用短圆柱滚柱轴承。( 3 ) 根据在高低压 转换过程中缸体内不同的余隙容积，在配油盘上设计了不对称的阻尼槽，用于缓 减压力冲击而降噪。( 4 ) 通过改进中心弹簧安装结构、设计新的弹簧；改进回程 盘结构，防止滑靴与回程盘偶然产生干涉；减轻柱塞重量：以减小柱塞回程的惯 1 4 性力；合理控制柱塞与缸孔之间的间隙；增加滑靴包锁部位的壁厚，增加滑靴拉 脱强度的措施来减少松靴、脱靴，提高泵的可靠性。( 5 ) 对变量结构进行改进。 ( 6 ) 增加排量密度，发展通轴结构。以上措施从一个侧面也反映了轴向柱塞泵 的结构变化和发展过程【2 1 1 - 2 5 1 。 图卜1 1 ：c y l 4 1 b 轴向柱塞泵结构 燕山大学闻德生等提出了一种新型结构开路式柱塞泵，它是是一种双端 面进油，单端面排油，靠吸油自冷却的新型轴向柱塞泵，在柱塞和滑靴中心开有 进油孔，使柱塞和滑靴成为进油口，即液压油可通过柱塞和滑靴中心孔进入到控 制腔室内。其突出优点是省略了泄漏回油管路，实现了自冷却，并能有效地提高 转速、抑制噪声l 盔, 1 4 ：3 2 1 。 图1 - 1 2 ：开路式柱塞泵 l 、传动轴2 、配流盘3 、柱塞4 、回程弹簧5 、斜盘 上世纪八十年代，经过引进技术和国产化，我国挖掘机及其配套液压件企业 有了很大发展，国产的挖掘机液压泵技术水平与国外产品是基本接