軸向柱塞泵的工作原理與結構

 軸向柱塞泵的工作原理與結構

1．軸向柱塞泵

為了構成柱塞的往復運動條件，軸向柱塞泵都具有傾斜結構，所以軸向柱塞泵根據其傾斜結構的不同分為斜盤式（直軸式）和斜軸式（擺缸式）兩種形式。

圖R所示為斜盤式軸向柱塞泵的工作原理，這種泵主體由缸體1、配油盤2、柱塞3和斜盤4組成。幾個柱塞沿圓周均勻分布在缸體內。斜盤軸線與缸體軸線傾斜一角度，柱塞靠機械裝置或在低壓油（圖中為彈簧）作用下壓緊在斜盤上，配油盤2和斜盤4固定不轉。當原動機通過傳動軸使缸體轉動時，由于斜盤的作用迫使柱塞在缸體內做往復運動，并通過配油盤的配油窗口進行吸油和壓油。

如圖R所示，當柱塞運動到下半圓范圍(π～2π)內時，柱塞將逐漸向缸套外伸出，柱塞底部的密封工作容積將增大，通過配油盤的吸油窗口進行吸油；而在0～π時，柱塞被斜盤推人缸體，使密封容積逐漸減小，通過配油盤的壓油窗口壓油。缸體每轉一周，每個柱塞各完成吸油、壓油一次。

改變斜盤傾角就能改變柱塞行程的長度，即改變液壓泵的排量；改變斜盤傾角的方向，就能改變吸油和壓油的方向，從而使泵成為雙向變量泵。

配油盤上吸油窗口和壓油窗口之間的密封區寬度1應稍大于柱塞缸體底部通油孔寬度l₁。但不能相差太大，否則會發生困油現象。一般在兩配油窗口的兩端部開有小三角槽，以減小沖擊和噪聲。

2．斜盤武軸向柱塞泵的一般結構

圖S所示為一種斜盤式軸向柱塞泵的結構圖，它由右邊的主體結構和左邊的變量調整機構所組成。

其主體部分由裝在中間泵體16內的缸體10、柱塞17、斜盤4和配流盤13所組成，缸體10由傳動軸l2帶動進行旋轉。在缸體的各個軸向柱塞孔內各裝有柱塞17，柱塞頭部與滑履1采用球面配合，而外面加以鉚合，使柱塞和滑履既不會脫落，又使配合球面間能相對運動；使回程盤2和柱塞滑履一同轉動時，在排油過程中借助斜盤4推動柱塞作軸向運動；彈簧11通過鋼球8推壓回程盤2，以便在吸油時依靠回程盤、鋼球和彈簧所組成的回程裝置將滑履1緊緊壓在斜盤4的表面上滑動，這樣就可以使泵具有白吸能力。在滑履1與斜盤4相接觸的部位有一油室，它通過柱塞17中間的小孔與缸體10中的工作腔相連，以便使壓力油進入油室后在滑履與斜盤的接觸面間形成一層油膜，起到靜壓支承的作用，使滑履作用在斜盤上的力大大減小，磨損也減小。傳動軸12通過其左端的花鍵來帶動缸體10進行旋轉，柱塞在隨缸體旋轉的同時在缸體中作往復運動。缸體中柱塞底部的密封工作容積是通過配流盤13與泵的進出口相通的。隨著傳動軸的轉動，液壓泵就連續地吸油和排油。

缸體10通過大軸承9支承在中間泵體上，這樣斜盤4通過柱塞作用在缸體上的徑向分力可以由大軸承承受，使傳動軸l2不受彎矩作用，并改善了缸體的受力狀態，從而保證缸體端面與配流盤更好地接觸。

左邊的變量調整機構用來進行輸出流量的調節。在變量軸向柱塞泵中都設置有專門的變量調整機構，可以用來改變斜盤傾角的大小，以調節泵的流量。

軸向柱塞泵的變量控制形式一般有手動控制和液壓伺服控制兩種。圖S所示為手動變量控制機構，其工作原理為：轉動手輪7，使螺桿6轉動，可以使變量活塞5作上下移動，從而帶動插入變量活塞5下端的斜盤4繞著外殼上的圓弧面進行擺動，使斜盤4的傾斜角度發生變化，達到了手動控制輸出流量的目的。

圖T所示為一種液壓伺服變量控制機構，其控制機構由殼體5和隨動活塞4所組成。其基本工作原理為：泵輸出的壓力油由通道經單向閥a進入變量機構殼體5的下腔d，液壓力作用在變量活塞4的下端。當與伺服閥閥芯1相連接的拉桿不動時（圖示狀態），變量活塞4的上腔g處于封閉狀態，變量活塞不動，斜盤3在某一相應的位置上。當使拉桿向下移動時，推動閥芯1一起向下移動，d腔的壓力油經通道e進人上腔g。由于變量活塞上端的有效面積大于下端的有效面積，向下的液壓力大于向上的液壓力，故變量活塞4也隨之向下移動，直到將通道e的油口封閉為止。變量活塞的移動量等于拉桿的位移量。當變量活塞向下移動時，通過軸銷帶動斜盤3擺動，斜盤傾斜角增加，泵的輸出流入隨之增加；當拉桿帶動伺服閥閥芯向上運動時，閥芯將通道f打開，上腔g通過卸壓通道接通油箱而卸壓，變量活塞向上移動，直到閥芯將卸壓通道關閉為止。它的移動量也等于拉桿的移動量。這時斜盤也被帶動作相應的擺動，使傾斜角減小，泵的流量也隨之相應地減小。

由上述可知，伺服變量機構是通過操作液壓伺服閥動作，利用泵輸出的壓力油來推動變量活塞實現變量的，在拉桿上加很小的力就可以靈敏地控制較大的活塞4，所以變量活塞4被稱為伺服隨動活塞。拉桿可用手動方式或機械方式操作，斜盤可以傾斜士18°，故在工作過程中泵的吸壓油方向可以變換，因而這種泵就稱為雙向變量液壓泵。

3．通軸武軸向柱塞泵的基本結構

圖S所示的柱塞泵也稱為非通軸式軸向柱塞泵，其主要缺點之一是要采用大型滾柱軸承來承受斜盤4施加給缸體的巨大徑向分力，軸承的壽命較低，且轉速不高，噪聲大，成本高。為此，近年來發展了一種通軸式向柱塞泵，圖U所示為它的典型結構。其工作原理和非通軸式基本相同。不同之處主要在于：通軸泵的主軸直接采用了如圖U所示的兩端支承，使斜盤通過柱塞作用在缸體上的徑向分力可以直接由主軸來承受，因而取消了缸體外緣的大軸承，使通軸泵的轉速得以提高。

4．斜軸武軸向柱塞泵

(1)斜軸式軸向柱塞泵的結構。圖V所示為斜軸式單向變量泵的一種典型結構，它由主軸、泵殼、軸承、帶連桿的柱塞、中心軸、缸體、配流盤和變量機構等主要部分組成。主軸由原動機帶動旋轉，并通過連桿、柱塞帶動缸體旋轉。由于缸體軸線與轉動軸線相交一個角度，當缸體旋轉時，柱塞在缸體內作往復運動，并通過配流盤吸油和壓油。配流盤與變量殼體的接觸面做成弧形，通過一個撥銷將配流盤與變量機構連接起來。

(2)斜軸式軸向柱塞泵的白動補償原理。這種泵通過右邊的白動補償調整機構可以在輸出壓力減小時自動地通過增加流量來補償和調整壓力。當負載壓力升高時，壓力油通過噴嘴2作用到先導活塞3的上端，并推動導桿4和控制閥芯9，由于此推力大于調節彈簧兒的作用力，控制閥芯9將向下移動，使壓力油通過閥套10的徑向孔進入變量活塞13的下腔，由于活塞下端的面積大而上端面積小，活塞13將向上移動，從而帶動缸體16使擺角變小，減小了泵的流量，實現了變量的目的。與此同時，套在導桿上的大小彈簧也受到壓力。該壓力通過導桿作用于先導活塞上，使先導活塞下端受到的力與上端的液壓力相平衡，導桿對控制閥芯的壓力減小，使控制閥芯上移直到閥套徑向孔被關閉，于是變量活塞就固定在某一個位置上。反之，當負載壓力減小時，調節彈簧通過作用力控制閥芯、導桿傳到活塞上的壓力大于先導活塞上端的壓力時，控制閥芯在調節彈簧的作用下向上移動，將變量活塞大腔的控制油與低壓腔溝通，變量活塞小端壓力高而大端壓力低，變量活塞又在液壓力的差值作用下向下移動，通過撥銷使缸體與主軸之間的擺角增大、流量增大。同時，大小彈簧對先導活塞的壓力減小，先導活塞在上面壓力的作用下叉推動導桿和控制閥芯下移，直到與調節彈簧力相平衡，這時變量活塞又在某一位置處于新的平衡狀態。因此，這種變量方式是使流量隨著壓力的變化而自動作相應的變化，可以大致保持流量與壓力的乘積不變，即恒功率變量。

(3)斜軸式軸向柱塞泵的特點。與斜盤式泵相比較，這類泵的最大特點是變量范圍大，這種斜軸式泵由于柱塞和缸體所受的徑向作用力較小，泵的強度較高，允許的傾角較大，所以變量范圍較大。一般斜盤式泵的最大傾角為20°左右，而斜軸式泵的最大傾角可達40°。另一方面，由于其結構較復雜，外形尺寸和質量均較大，由于它靠擺動缸體來改變流量，故其體積和變量機構的慣量較大，變量機構動作的響應速度較低。