张拉千斤顶高压电动油泵结构方案的选择

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1建筑工程领域对高压电动油泵的要求在建筑等工程领域中，在工程结构构件承受外荷载之前，对受拉构件中的钢筋施加预拉应力.可提高构件的刚度和强度，推迟钢筋混凝土构件裂缝出现的时间，并增加构件的耐久性，在同等强度和寿命条件下，可大大降低建设成本。

在预应力施工中，液压张拉千斤顶通常作为施加预应力的机具，这需要电动油泵 (小型液压站)为其提供动力。国内现有电动油泵采用定量泵通过节流阀的控制来满足千斤顶低压大流量和高压小流量工况变化要求，能耗高，压力低，千斤顶比较笨重；国外有低压大流量和高压小流量两级组合泵形式的电动油泵，但该泵因组成环节多而易漏油，低压时的大流量不足，高压时的压力比较低。因此，合理设计 (高压)电动油泵，为液压张拉千斤顶提供 70MPa以上的工作压力 ，使千斤顶在加载能力不变的情况下，体积更小，重量更轻，以减轻作业人员的劳动强度并提高工作效率，提高千斤顶对施工现场狭窄空间条件的适应能力，是我们面I临的重要课题。以下是设计高压电动油泵的结构方案的比较与选择。

2高压电动油泵的结构方案高压电动油泵要具备给预应力施工的张拉千斤顶提供 70MPa以上的工作压力的能力。

并能快速地适应千斤顶低压大流量和高压小流量工况变化的要求。有可能满足这些要求的高压电动油泵的四种结构方案如下：2.1轴向变量柱塞泵的结构方案轴向变量柱塞泵结构方案如图 1所示.主要由斜盘 1、滑靴 2、柱塞 3、泵体 4和配油 图1 轴向变量柱塞泵结构示意图收稿 日期 ：2013-02-28基金项目 ：广 西壮族 自治区教育厅 2009年科研项 目 (200911MS321)作者简介 ：罗洪波 (1977-)，男，壮族 ，广西忻城人 ，硕士 ，柳 州职业技术 学院机电工程 系讲师 ，主要研 究方向：机 电-体化技术及现代教育技术；覃日强 (1960-)，男，广西上林人，柳州职业技术学院教授、高工。研究方向：机电技术、设备维修与管理；林若森 (1960-)，男，广东兴宁人，工学硕士，柳州职业技术学院教授，研究方向：数控、机 电技术柳州职业技术学院学报 2013年 6月盘 5等部分组成。在预应力施工中，当千斤顶从空载逐步过渡到加载状态时，液压系统的压力将逐步升高，通过油泵 自身的变量控制机构 的控制 ，减少斜盘 的倾斜角度和柱塞的工作行程 ，使油泵的输出流量将逐步降低，保持系统压力在设定值内，从而满足千斤顶的低压大流量和高压小流量的工况变化需求。

预应力施工千斤顶要求油泵最大流量达 6-9L/latin，最高压力达 70-80MPa，市场上的轴向变量柱塞泵中，没有足够大流量、高压力的产品可供选用，需要在主流轴向变量柱塞泵结构的基础上，针对张拉千斤顶高压电动油泵的最大流量和最高压力的要求进行专门的设计和定制。

这种方案是 目前张拉千斤顶高压电动油泵所普遍采用的结构方案。

2.2齿轮齿条摆动油缸驱动双偏心轮式径向变量柱塞泵方案齿轮齿条摆动油缸驱动 双偏心 轮式径 向变量 柱塞泵 ，如 图 2所 示 。主要 由油路 接头 1、油 缸2、齿条 3、内齿轮 4、柱塞及泵体 5、十字滑块联轴器 6、大偏心轮 7、小偏心轮 8、连接环 9和轴承座及机架 10等部分组成，其中齿条为 45斜齿和内斜齿轮相互啮合。油缸活塞杆与齿条的连接可采用整体式 .通过加大主轴的直径并将齿条槽开通至左端，装入齿条后再嵌入镶块的方法解决装配问题 。

图2 齿轮齿条摆动油缸驱动双偏心轮式径向变量柱塞泵结构示意图当千斤顶进入加载状态时，系统油压升高，通过控制油路使油缸 2的活塞带动齿 3左移，使与齿条啮合的内齿轮 4带动小偏心轮 9转动，缩短柱塞的工作行程并降低油泵的输出流量，保持系统压力在设定值内：液压系统在低压状态时，通过控制油路使油缸 2的活塞带动齿条 3右移，使内齿轮带动小偏心轮9转动，增大柱塞的工作行程并增加油泵的输出流量，满足液压系统的流量、压力变化要求。

2.3螺旋摆动油缸驱动双偏心轮式径向变量柱塞泵方案螺旋摆动油缸驱动双偏心轮式径 向变量柱塞泵 ，如图 3所示 ，主要由油路接头 1、螺旋摆动油缸 2、导向轴 3、柱塞及泵体 4、十字滑块联轴器 5、主轴 6、大偏心轮 7、连接环 8、小偏心轮 9和轴承座及机架 11等部分组成。其中导向轴 3与摆动油缸的螺旋轴采用花键等形式周向固定 ，保证活塞移动时螺旋轴能够通过螺旋套带动小偏心轮9转动，实现柱塞行程的调节使油泵的排量能根据工况的需要而变化。

当千斤顶进入加载状态时，系统油压升高，通过控制油路使螺旋摆 动油缸 2的活塞 带动 螺旋 轴左移，使与螺旋轴啮合的螺旋套带动小偏心轮9转动。缩短柱塞的工作行程并降低油泵的输出流量.保持系统压力在设定值内：液压系统在低压状态时，通人摆动控制油路压力降低，在弹簧的作用下活塞带动螺旋轴右移，使螺旋套带动小偏心轮 9转动 ，增大柱塞 的工作行程并 图 3 螺旋摆动油缸驱动双偏心轮式径 向变量柱塞泵结构示意图第 13卷 第 3期 罗洪波，覃日强，林若森：张拉千斤顶高压电动油泵结构方案的选择 4-1增加油泵的输出流量，满足液压系统的流量、压力变化要求。

2.4叶片摆动油缸驱动双偏心轮式径向变量柱塞泵方案叶片摆动油缸驱动 双偏 心轮式径向变量柱塞泵 ，如图 4所示 。主要由油路接头 1、轴承座 2、叶片式摆动油缸 3、柱塞及泵体 4、十字滑块联轴器5、大偏心轮 6、连接环 7小偏心轮 8等部分组成，其中叶片式摆动油缸为双缸 同轴对称 的结构 ，两油缸 的叶片对称分布.可保证摆动油缸的质量中心与轴心基本重合.减小油泵运转时的振动。摆动油缸以牙嵌联轴器的方式驱动小偏心轮转动 。与大偏心轮组合形成所需要的偏心距，调节柱塞的工作行程。 图4 叶片摆动油缸驱动双偏心轮式径向变量柱塞泵结构示意图当千斤顶进入加载状态使系统油压升高时，通过控制油路使叶片摆动油缸 3带动小偏心轮 8转动，缩短柱塞的工作行程并降低油泵的输出流量，保持系统压力在设定值内；液压系统在低压状态时，通过控制油路使摆动油缸 3带动小偏心轮8反转，增大柱塞的工作行程和油泵的输出流量。这种自身变量机构可自动调节油泵的输出流量 ，快速适应千斤顶的低压大流量和高压小流量的工况变化要求。

叶片式摆动油缸的结构原理如图 5所示 ，由叶片 1、缸体 2、主轴 3、空心轴 4和分隔板 5等组成，当液压系统的油压稳定时，plP2.叶片处于相对静止状态。当液压系统油压因流量变化升高或降低时.通过油缸控制回路的处理，向摆动油缸内腔-侧加压，使压力 P1或 P2提高 ，推动叶片 1转 动并通过空心轴 4带动偏心机构的小偏心轮转动。

3高压 电动油泵变量结构方案的特点比较× ××Rx 4空心轴， × ×. l。 fB图 5 叶片摆动油缸结构原理 图以上四种的高压电动油泵变量结构方案，具有各 自的优缺点，现从能量效率 、结构可行性两个方面对四种方案进行分析，如表 1所示 ：表 1 高压电动油泵方案的能量效率比较方案种类 能量转换效率在结构上存在配油盘、滑靴等大受力、大面积的滑动摩擦副，能量转换效率低、泵 轴向变量柱塞泵结构方案 体发热量大。

齿轮齿轮条摆动油缸驱动双偏心轮式径向变量柱塞泵方案 没有配油盘、滑靴等大受力、大面积滑动摩擦副，能量转换效率高 。

螺旋摆动油缸驱动双偏心轮式径向变量柱塞泵方案 没有配油盘、滑靴等大受力、大面积滑动摩擦副，能量转换效率高 。

叶片摆动油缸驱动双偏心轮式径向变量柱塞泵方案 没有配油盘、滑靴等大受力、大面积滑动摩擦副，能量转换效率高 。

可见，除第-种方案外，其余方案都满足能量转换效率高的要求。

42 柳州职业技术学院学报 2013年 6月表2 高压电动油泵方案的工艺性和可靠性比较方案种类 工艺性和可靠性比较技术比较成熟，但液压泵的缸体配流面与配流盘问的动间隙密封可靠性差，液压泵工作压力 轴向变量柱塞泵结构方案无法提高到 70MPa以上。

齿轮齿轮条摆动油缸驱动 无动间隙密封结构，可满足 70MPa以上输出压力要求；但油缸活塞杆与齿条的连接工艺复杂 ，双偏心轮式径 向变量柱塞 在主轴中开齿条槽，对主轴的强度影响大，同时齿条与 内齿轮传动时有附加侧压力，增大齿泵方案 条与轴槽移动摩擦阻力大，都影响工作的可靠性。

螺旋摆动油缸驱动双偏心 无动间隙密封结构，可满足 70MPa以上输出压力要求；但主轴的支撑为悬臂式 ，对主轴的可轮式径向变量柱塞泵方案 靠性影响较大。

叶片摆动油缸驱动双偏心 1.无动间隙密封结构 ，可满足 70MPa以上输出压力要求。

轮式径向变量柱塞泵方案 2.叶片式摆动油缸的叶片与缸体的密封性差的问题可以通过不断改进制造工艺加以解决。

从工作的可靠性分析比较可知，在四种方案中只有第四种方案比较适合作为高压电动油泵的设计方案。

4结论通过 以上 比较可知，叶片摆动油缸驱动双偏心轮式径 向变量柱塞泵方案具有组成环节少 ，结构简单，体积小，无动间隙密封结构，输出压力可达 70MPa以上，能满足建筑工程等行业预应力施工的千斤顶小型化、轻量化要求。同时。这种变量泵没有配油盘、滑靴等大受力、大面积滑动摩擦副的新型径向变量柱塞泵，能量转换效率高、泵体发热量低。适合作为预应力施工机具的高压自变量电动油泵设计的方案。