CY軸向柱塞泵的柱塞滑靴副設(shè)計(jì)研究

顧金華

（南通巴蘭仕機(jī)電有限公司,江蘇 啟東 226200）

CY軸向柱塞泵的柱塞滑靴副設(shè)計(jì)研究

顧金華

（南通巴蘭仕機(jī)電有限公司,江蘇 啟東 226200）

CY軸向柱塞泵是典型的斜盤式軸向柱塞泵，柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在工作容積增大時(shí)吸油，工作容積減小時(shí)排油。其主要零部件有柱塞、滑靴、配油盤、缸體。配油盤與缸體、滑靴與斜盤這兩對(duì)高速運(yùn)動(dòng)副均采用了液壓靜力平衡（靜壓支承）的最佳油膜厚度設(shè)計(jì)，使上述兩對(duì)運(yùn)動(dòng)面之間處在純液體磨擦下運(yùn)轉(zhuǎn)，并省去了重型推力軸承，因而它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、效率高、重量輕、噪音低、壽命長(zhǎng)、自吸能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，它適用于鍛壓機(jī)械、機(jī)床、船舶、航空、冶金機(jī)械、塑料機(jī)械、工程機(jī)械和礦山機(jī)械等液壓設(shè)備。

斜盤;柱塞泵;軸向;CY泵

1 CY泵簡(jiǎn)介

CY系列柱塞泵是由濟(jì)南鑄造鍛壓研究所設(shè)計(jì)開發(fā)的國(guó)產(chǎn)泵。其最主要的結(jié)構(gòu)為三對(duì)摩擦副，即缸體與配油盤，滑靴與斜盤，柱塞與缸體。在1972 年到1980 年的八年時(shí)間中，上海高壓油泵廠完成了25mL/r 泵的試制改進(jìn)，啟東高壓油泵廠完成了250mL/r 泵的試制改進(jìn)。

1982 年，上海高壓油泵廠和啟東高壓油泵廠的產(chǎn)品均通過(guò)了機(jī)械部的鑒定，CY泵系列趨于成熟。它在當(dāng)時(shí)的液壓泵中屬于上乘產(chǎn)品。CY泵的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 CY泵的結(jié)構(gòu)

柱塞的球頭通過(guò)模具鉚壓在滑靴內(nèi)，回程盤通過(guò)壓緊彈簧推鋼球的力壓緊在滑靴上并隨著滑靴柱塞組轉(zhuǎn)動(dòng)。在排油時(shí)柱塞通過(guò)斜盤的推力實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)；在吸油時(shí)依靠回程盤的壓緊力加上滑靴的油膜吸力而使滑靴不脫離斜盤。主軸通過(guò)特殊公差的矩形花鍵在只承受轉(zhuǎn)矩的情況下帶動(dòng)缸體旋轉(zhuǎn)，缸體與柱塞行成的密封腔通過(guò)配油盤與泵體的進(jìn)出油口相通，隨著主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，柱塞作連續(xù)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，液壓泵就實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的吸油和排油。

2 CY泵柱塞滑靴副分析

CY泵滑靴的受力情況比較復(fù)雜，不僅要承受壓緊力，還要承受離心力，傾覆力。

2.1 靜壓支承的概念

液體靜壓支承是靠外部的壓力油供給給摩擦表面，借助液壓靜壓力來(lái)承載載荷，如果這個(gè)承載力與載荷相平衡，會(huì)形成一層潤(rùn)滑油膜將摩擦副的工作表面分隔開，我們稱之為完全平衡型靜壓支承。如果承載力小于載荷，雖然不能使摩擦副的工作表面分隔開，但壓力油會(huì)滲入摩擦表面，在減小壓緊力的同時(shí)起到潤(rùn)滑作用，我們稱之為不完全平衡型靜壓支承。CY泵的滑靴副就是典型的不完全平衡型靜壓支承。

2.2 柱塞滑靴副中靜壓支承的應(yīng)用

柱塞滑靴副的靜壓支承可以看做是定壓供油支承，壓力油從滑靴底部的間隙泄漏，通常這個(gè)間隙稱為節(jié)流邊，滑靴底部的壓力油產(chǎn)生的力和節(jié)流邊內(nèi)的壓力產(chǎn)出的力即為承載力。而承載力的大小主要取決于壓力油壓力的大小。如果壓力不變，承載力也就不變，但隨著液壓泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，壓力是變動(dòng)的，于是在柱塞和滑靴上打小孔作為節(jié)流器，使支承具有雙重阻尼，即進(jìn)口阻尼和節(jié)流邊阻尼。兩者協(xié)同調(diào)節(jié)油腔內(nèi)壓力。當(dāng)負(fù)載上升時(shí)，油膜厚度減小，使節(jié)流邊的泄漏量減小，阻尼作用加強(qiáng)，使油腔內(nèi)壓力上升，重新與載荷達(dá)到平衡。柱塞采用中空結(jié)構(gòu)，減輕其重量。其球頭部位銑掉一塊，可以使柱塞在擺動(dòng)角度后仍能使液壓油順利經(jīng)過(guò)滑靴上的阻尼小孔，進(jìn)入滑靴底部然后經(jīng)滑靴與斜盤間的油膜縫隙進(jìn)入泵殼。由于縫隙正常情況下只有幾微米至十幾微米，液體在縫隙中的流速可忽略不計(jì)。根據(jù)帕斯卡原理，滑靴底部有油腔的各點(diǎn)壓力一樣，于是產(chǎn)生了如圖2所示的壓力分布，對(duì)滑靴形成了一個(gè)反推力，即靜壓支承。

圖2 排油時(shí)的滑靴副受力情況

圖中液壓力F作用于柱塞將滑靴推向斜盤，根據(jù)理論力學(xué)可知，承壓油膜將產(chǎn)生對(duì)滑靴的反作用力N。它由承壓油膜的反推力和承壓油膜的支撐力組成。而承壓油膜的反推力與滑靴底部油壓和底部的面積成正比。油泵的輸出壓力可近似認(rèn)為等于滑靴底部油壓，滑靴密封帶上的壓力按線性分布分析，設(shè)其反推力為N1。承壓油膜的支撐力是承壓油膜靠自身的強(qiáng)度、泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)壓力由低到高的一個(gè)擠壓過(guò)程以及油液從內(nèi)向外流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱膨脹提供。N1這個(gè)力必須保證足夠的大，以防止油膜支撐力過(guò)大造成油膜失效。但N1也不能太大，以防止吸油過(guò)程中滑靴脫離斜盤。這里我們通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取95%的推力系數(shù)，即N1=0.95F。在選取了合適的壓緊系數(shù)時(shí)，滑靴的使用壽命將大大延長(zhǎng)，而且泵的容積效率也會(huì)有所提高。在減小支撐力的同時(shí)，CY泵滑靴還采用特殊結(jié)構(gòu)增大了底部接觸面積，減小了接觸比壓。圖3 所示為幾種滑靴結(jié)構(gòu)的示意圖。CY泵采用了圖3 中b 所示的結(jié)構(gòu)形式，其內(nèi)輔助支撐的設(shè)計(jì)增加了承壓面積，有效的減少了滑靴內(nèi)凸現(xiàn)象的產(chǎn)生；外輔助支撐增加了滑靴的抗傾覆能力，解決了滑靴的塌邊問(wèn)題。

圖3 幾種常用的滑靴結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今世界，制造技術(shù)飛速發(fā)展，CY軸向柱塞泵歷經(jīng)幾十年而無(wú)重大改進(jìn)，在當(dāng)今的液壓元件中已屬于中低端產(chǎn)品，但它對(duì)摩擦副靜壓支承理論的應(yīng)用值的我們學(xué)習(xí)。它是我們液壓界前輩的一個(gè)經(jīng)典作品。

[1]俞佑民.在啟東8年的CY泵研發(fā)試制心得[Z]. 1982

[2]左健民.液壓與氣壓傳動(dòng)（第2版）[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

[3]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（第2版）[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.016

顧金華（1986-）,男,助理工程師。