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轴向柱塞泵的工作原理与结构

轴向柱塞泵的工作原理与结构

1.轴向柱塞泵

为了构成柱塞的往复运动条件,轴向柱塞泵都具有倾斜结构,所以轴向柱塞泵根据其倾斜结构的不同分为斜盘式(直轴式)和斜轴式(摆缸式)两种形式。

图R所示为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理,这种泵主体由缸体1、配油盘2、柱塞3和斜盘4组成。几个柱塞沿圆周均匀分布在缸体内。斜盘轴线与缸体轴线倾斜一角度,柱塞靠机械装置或在低压油(图中为弹簧)作用下压紧在斜盘上,配油盘2和斜盘4固定不转。当原动机通过传动轴使缸体转动时,由于斜盘的作用迫使柱塞在缸体内做往复运动,并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。

如图R所示,当柱塞运动到下半圆范围(π~2π)内时,柱塞将逐渐向缸套外伸出,柱塞底部的密封工作容积将增大,通过配油盘的吸油窗口进行吸油;而在0~π时,柱塞被斜盘推人缸体,使密封容积逐渐减小,通过配油盘的压油窗口压油。缸体每转一周,每个柱塞各完成吸油、压油一次。

改变斜盘倾角就能改变柱塞行程的长度,即改变液压泵的排量;改变斜盘倾角的方向,就能改变吸油和压油的方向,从而使泵成为双向变量泵。

配油盘上吸油窗口和压油窗口之间的密封区宽度1应稍大于柱塞缸体底部通油孔宽度l1。但不能相差太大,否则会发生困油现象。一般在两配油窗口的两端部开有小三角槽,以减小冲击和噪声。

2.斜盘武轴向柱塞泵的一般结构

图S所示为一种斜盘式轴向柱塞泵的结构图,它由右边的主体结构和左边的变量调整机构所组成。

其主体部分由装在中间泵体16内的缸体10、柱塞17、斜盘4和配流盘13所组成,缸体10由传动轴l2带动进行旋转。在缸体的各个轴向柱塞孔内各装有柱塞17,柱塞头部与滑履1采用球面配合,而外面加以铆合,使柱塞和滑履既不会脱落,又使配合球面间能相对运动;使回程盘2和柱塞滑履一同转动时,在排油过程中借助斜盘4推动柱塞作轴向运动;弹簧11通过钢球8推压回程盘2,以便在吸油时依靠回程盘、钢球和弹簧所组成的回程装置将滑履1紧紧压在斜盘4的表面上滑动,这样就可以使泵具有白吸能力。在滑履1与斜盘4相接触的部位有一油室,它通过柱塞17中间的小孔与缸体10中的工作腔相连,以便使压力油进入油室后在滑履与斜盘的接触面间形成一层油膜,起到静压支承的作用,使滑履作用在斜盘上的力大大减小,磨损也减小。传动轴12通过其左端的花键来带动缸体10进行旋转,柱塞在随缸体旋转的同时在缸体中作往复运动。缸体中柱塞底部的密封工作容积是通过配流盘13与泵的进出口相通的。随着传动轴的转动,液压泵就连续地吸油和排油。

缸体10通过大轴承9支承在中间泵体上,这样斜盘4通过柱塞作用在缸体上的径向分力可以由大轴承承受,使传动轴l2不受弯矩作用,并改善了缸体的受力状态,从而保证缸体端面与配流盘更好地接触。

左边的变量调整机构用来进行输出流量的调节。在变量轴向柱塞泵中都设置有专门的变量调整机构,可以用来改变斜盘倾角的大小,以调节泵的流量。

轴向柱塞泵的变量控制形式一般有手动控制和液压伺服控制两种。图S所示为手动变量控制机构,其工作原理为:转动手轮7,使螺杆6转动,可以使变量活塞5作上下移动,从而带动插入变量活塞5下端的斜盘4绕着外壳上的圆弧面进行摆动,使斜盘4的倾斜角度发生变化,达到了手动控制输出流量的目的。

图T所示为一种液压伺服变量控制机构,其控制机构由壳体5和随动活塞4所组成。其基本工作原理为:泵输出的压力油由通道经单向阀a进入变量机构壳体5的下腔d,液压力作用在变量活塞4的下端。当与伺服阀阀芯1相连接的拉杆不动时(图示状态),变量活塞4的上腔g处于封闭状态,变量活塞不动,斜盘3在某一相应的位置上。当使拉杆向下移动时,推动阀芯1一起向下移动,d腔的压力油经通道e进人上腔g。由于变量活塞上端的有效面积大于下端的有效面积,向下的液压力大于向上的液压力,故变量活塞4也随之向下移动,直到将通道e的油口封闭为止。变量活塞的移动量等于拉杆的位移量。当变量活塞向下移动时,通过轴销带动斜盘3摆动,斜盘倾斜角增加,泵的输出流入随之增加;当拉杆带动伺服阀阀芯向上运动时,阀芯将通道f打开,上腔g通过卸压通道接通油箱而卸压,变量活塞向上移动,直到阀芯将卸压通道关闭为止。它的移动量也等于拉杆的移动量。这时斜盘也被带动作相应的摆动,使倾斜角减小,泵的流量也随之相应地减小。

由上述可知,伺服变量机构是通过操作液压伺服阀动作,利用泵输出的压力油来推动变量活塞实现变量的,在拉杆上加很小的力就可以灵敏地控制较大的活塞4,所以变量活塞4被称为伺服随动活塞。拉杆可用手动方式或机械方式操作,斜盘可以倾斜士18°,故在工作过程中泵的吸压油方向可以变换,因而这种泵就称为双向变量液压泵。

3.通轴武轴向柱塞泵的基本结构

图S所示的柱塞泵也称为非通轴式轴向柱塞泵,其主要缺点之一是要采用大型滚柱轴承来承受斜盘4施加给缸体的巨大径向分力,轴承的寿命较低,且转速不高,噪声大,成本高。为此,近年来发展了一种通轴式向柱塞泵,图U所示为它的典型结构。其工作原理和非通轴式基本相同。不同之处主要在于:通轴泵的主轴直接采用了如图U所示的两端支承,使斜盘通过柱塞作用在缸体上的径向分力可以直接由主轴来承受,因而取消了缸体外缘的大轴承,使通轴泵的转速得以提高。

4.斜轴武轴向柱塞泵

(1)斜轴式轴向柱塞泵的结构。图V所示为斜轴式单向变量泵的一种典型结构,它由主轴、泵壳、轴承、带连杆的柱塞、中心轴、缸体、配流盘和变量机构等主要部分组成。主轴由原动机带动旋转,并通过连杆、柱塞带动缸体旋转。由于缸体轴线与转动轴线相交一个角度,当缸体旋转时,柱塞在缸体内作往复运动,并通过配流盘吸油和压油。配流盘与变量壳体的接触面做成弧形,通过一个拨销将配流盘与变量机构连接起来。

(2)斜轴式轴向柱塞泵的白动补偿原理。这种泵通过右边的白动补偿调整机构可以在输出压力减小时自动地通过增加流量来补偿和调整压力。当负载压力升高时,压力油通过喷嘴2作用到先导活塞3的上端,并推动导杆4和控制阀芯9,由于此推力大于调节弹簧儿的作用力,控制阀芯9将向下移动,使压力油通过阀套10的径向孔进入变量活塞13的下腔,由于活塞下端的面积大而上端面积小,活塞13将向上移动,从而带动缸体16使摆角变小,减小了泵的流量,实现了变量的目的。与此同时,套在导杆上的大小弹簧也受到压力。该压力通过导杆作用于先导活塞上,使先导活塞下端受到的力与上端的液压力相平衡,导杆对控制阀芯的压力减小,使控制阀芯上移直到阀套径向孔被关闭,于是变量活塞就固定在某一个位置上。反之,当负载压力减小时,调节弹簧通过作用力控制阀芯、导杆传到活塞上的压力大于先导活塞上端的压力时,控制阀芯在调节弹簧的作用下向上移动,将变量活塞大腔的控制油与低压腔沟通,变量活塞小端压力高而大端压力低,变量活塞又在液压力的差值作用下向下移动,通过拨销使缸体与主轴之间的摆角增大、流量增大。同时,大小弹簧对先导活塞的压力减小,先导活塞在上面压力的作用下叉推动导杆和控制阀芯下移,直到与调节弹簧力相平衡,这时变量活塞又在某一位置处于新的平衡状态。因此,这种变量方式是使流量随着压力的变化而自动作相应的变化,可以大致保持流量与压力的乘积不变,即恒功率变量。

(3)斜轴式轴向柱塞泵的特点。与斜盘式泵相比较,这类泵的最大特点是变量范围大,这种斜轴式泵由于柱塞和缸体所受的径向作用力较小,泵的强度较高,允许的倾角较大,所以变量范围较大。一般斜盘式泵的最大倾角为20°左右,而斜轴式泵的最大倾角可达40°。另一方面,由于其结构较复杂,外形尺寸和质量均较大,由于它靠摆动缸体来改变流量,故其体积和变量机构的惯量较大,变量机构动作的响应速度较低。