直轴式轴向柱塞泵设计

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Design of Axial Ram PumpHU Wanqiang(Colege of Electrical and Information Engineering of Xuehang University，Xuchang Henan 461000，China)Abstract：As an important setting of hydraulic system，ram pump finishes inhaling and pushing oil by means of rams reciproca-ring motion in cylinder，which changed working volume.The structure of the axial ram pump was introduced briefly，and the main di-mensions of the important components of ram pump were designed and calculated。

Keywords：Ram pump；Structure design轴向柱塞泵是利用与传动轴平行的柱塞在柱塞孔内往复运动所产生的容积变化来实现吸油、压油等工作过程。由于柱塞和柱塞孔都是圆形零件，加工时可以达到很高的配合精度，因此具有容积效率高 、运转平稳 、流量均匀性好、噪声低、工作压力高等优点 ，被广泛应用于高压 、大流量和流量需要调节的诚 ，诸如液压机、工程机械和船舶中。

如图1所示，直轴式轴向柱塞泵主要由配油盘1、斜盘 15、柱塞 5、缸体2和传动轴 11等零件组成。

l- 配油盘2-缸体 缸套4中间泵体5-柱塞6滑靴7-压盘8-中心弹簧内套1O-外套ll-泵轴l2-前泵体13-壳体l4-变量活塞15-斜盘图1 直轴式轴向柱塞泵结构图从轴端看，传动轴沿逆时针方向旋转时，柱塞5自下向上回转的半周内，既要随转动缸体作圆周运动 ，又要逐渐往外伸出，这样柱塞底部的密封容积不断增加，从而产生局部真空 ，低压油经泵吸油 口、配油盘吸油窗孔吸人泵内。柱塞 自上而下半周内回转时，柱塞则向缸孔内缩回，柱塞底部密封容积不断减小 ，高压油从配油盘的排油孔排出。传动轴每转-圈，柱塞往复运动-次 ，完成-次吸油和排油动作。

作者对该柱塞泵进行设计 ，主要参数为：额定工作压力32 MPa，理论流量 34.5 L/min和额定转速 1 500r/mino1 主要零部件的设计计算1.1 缸 体缸体的排量1 oo00口 - nr/式中：Q为泵的额定流量 (L/min)；n为泵的额定转速 (r/min)；叼 为容 积效率，-般取 0.85～0.98，这里取 r/ 0.92～上述参数代人公式得 g 25 mL/r。

柱塞直径- [互二 ”-，/ZRtanOr式中：z为柱塞个数，根据实际情况取Z7；R为3 -。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。- 柱塞分布圆半径，其计算公式为R Zqa为斜盘倾角，通常a 15。-18。，这里取 a 收稿 日期：2012-04-23作者简介：胡万强 (1975-)，男，讲师，主要从事机电设计及控制方面的教学与研究工作。E-mail：hwq###XCU.edu.cn。

第 10期 胡万强 ：直轴式轴向柱塞泵设计 ·103·16。。经计算得 d17.13 mm，圆整为 18 mm。

缸孔底部因加工成锥形，其最薄处的厚度 (0.4～0.6)d，取 Zd0.45 X 188.1 mm。根据实际情况，底部通油孔中点半径 R。R27 mm。缸孔底部柱塞孔分布见图2。

图2 缸孔底部柱塞孔分布1.2 柱塞基本尺寸柱塞结构见图3。柱塞长度 应等于柱塞的最小留缸长度 fn、最小外伸长度 Al 0.2d和最大行程 2RtanO之 和，通常 P≥30 MPa时 Z。 (2～2.5) d，取 2.23d40 mm，则 L2.5d2Rtana 2.5 X182 X2.45 Xtanl6。60 mm，球头直径d 依经验取 d。 (0.7～0.8)d，这里取 d ：0.77d0.77 X 1814 mm。为使柱塞球头不挡赚靴的注油孔，取 d2≥1.4×sinl6。0.26 mm。

f. 、 ll /L、图3 柱塞结构图1.3 滑靴的设计计算滑靴结构见图4。包球直径 -般略小于柱塞直径d，这里取 d 16 mm。滑靴的设计采用 剩余压紧力设计法”，其基本特点是作用在柱塞底部的油压P经中心孔直接作用于柱塞滑靴底部，中心孔不起阻尼作用，油腔压力P 近似等于柱塞底部油压力P。其次是压紧力等于分离力，压紧力为 F 1Tr2- ，分离力为Fr詈 ，设计过程中为保证摩擦副功率损 失较少 以及 减少 泄 漏量，通常取压紧力与分离力之 比--压 紧 系数 占 在1.05～1.10之 间，即 为： 图4 滑靴结构图Fy1.1。 2， 可 先取： (0.35～0.44)d0.38 X 187 mm，可得 r6110 mm。已知 d 14 mm，根据有关公式，取 内径 2 mm。

1.4 配油盘的设计计算配油盘是轴向柱塞泵的关键零件之- ，其作用是分配油液 ，帮助轴向柱塞泵完成吸、排油任务。为了防止油液突然膨胀和压缩所产生的噪声和功率损耗 ，可采用带减震孔型的配油盘 (如图5所示)。设柱塞腔油液的溶剂 ，压力由P。升至P所需的压缩量为△ ，对应的柱塞位移量为 缸，缸体的封闭加压范围角为 △ ，封闭减压范围角为 △ ，则经过计算得 s[ - ( )]- s - ]式中：Vo为柱塞本身的排油腔体积 (cm )；P、P。分别为高、低压腔的压力 (MPa)；E为液体的弹性模数 ，E (1.4～2) ×10 MPa。根据计算可得 s 1- 118。

图5 配油盘结构图在 dt 时间内，由I Lg1人的液体体积为， 且Q 式中：Q 为从阻尼孔流人的流量 (cm /s)；∞为缸体的角速度 (rad/s)；V为上死点 ( 0)处柱塞腔· 1O4· 机床与液压 第 41卷的容 积 (am。)； 为 工 作 液 体 的 动 力 黏 度(N·s/m )；d 为阻尼孔直径 (am)；Z 为阻尼孔长度(cm)。从而得睾：1T2 8/a△xo V×10～～△ 。o.3rad，△ 0.22 rad代入上式，得相对于 △ 。的阻尼孔尺寸 d 0.25 em，2 1.2 am，相对于 △ 的阻尼孔尺寸 dk0.26 am，Zk1.2 cm。

1.5 压盘尺寸的确定压盘结构见图6。由受力分析可知，滑靴中心在斜盘上的运行轨迹是-椭圆，其长轴为 R/cos0，短轴为 R，所 以压盘上滑靴芭孔 中心 的半径(即 压 盘 滑 靴 孔 的 分 布 半 径 ) 为 R ( ) (t ) 28 滑靴的包球外径 d，已知，盘孔与 d：的最袖隙为 △ ，则盘孔直径 d。为 (d 2zi )，再加上两倍的因偏心而向外(或向内)移动量(- --RCOS0 )，即 、 ，图6 压盘结构图dp d，2△tR- R )162×0.52(27- - 28)18 mm式中：△ 为最袖隙，取值 0.5 mm。

压盘最大外径 2R 2zi COS- COs cl 1o282×186.176 90 mm式中：△ 为接触余量，取值△ 1 mm。

1.6 斜盘尺寸的确定斜盘的最大外径，应能保证滑靴底面全部落在其上 D 2R 282 x 288.17 mm，圆整为 D90 mm。

2 结束语对直轴式轴向柱塞泵的作用和结构进行了简要介绍，根据柱塞泵 工作 要求和特点 ，对其 主要零件(如缸体、柱塞、滑靴、配油盘、压盘、斜盘)的主要尺寸进行了设计计算。实验证明：该柱塞泵设计科学合理，能够满足实际生产需要。