專利名稱：一種基于壓力平均的低噪聲軸向柱塞泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種軸向柱塞泵，尤其涉及一種基于壓力平均的低噪音軸向柱塞泵。
背景技術：
軸向柱塞泵由于具有工作壓力高、功率密度大、變量控制方便等優(yōu)點，是液壓傳動系統(tǒng)中應用最廣泛的核心動力元件，但是也存在噪聲大等顯著缺點，隨著綠色環(huán)保成為社會發(fā)展的一大主題，對于降低軸向柱塞泵工作噪聲等級的要求日益迫切。軸向柱塞泵的噪聲分為結構噪聲和流體噪聲，分別主要是由柱塞腔壓力沖擊和泵出口流量脈動引起的，而軸向柱塞泵配流結構直接決定柱塞腔壓力沖擊和泵出口流量脈動。如圖1所示，柱塞在缸孔中往復運動實現軸向柱塞泵的吸油和排油，如果柱塞腔在完成吸油之后立即與排油腰形槽接通，由于存在較大的壓力差，油液從排油腰形槽流入柱塞腔，產生較大的流量倒灌， 而流量倒灌是決定泵流量脈動幅值的主要原因。從排油到吸油轉化時也存在同樣的問題， 因此柱塞腔在完成吸油和排油切換時，需要借助配流盤過渡區(qū)完成高低壓轉換，在轉換過程中會存在壓力正負超調，形成壓力沖擊。為了降低軸向柱塞泵的噪聲等級，配流結構的設計和優(yōu)化至關重要。傳統(tǒng)的軸向柱塞泵的配流結構主要是圍繞配流盤過渡區(qū)進行優(yōu)化設計，包括以下結構
1、阻尼槽柱塞腔通過阻尼槽與腰形槽接通，通過油液的倒灌，實現柱塞腔壓力的高低壓轉換，但是由于阻尼槽初始端的通流面積小，流量倒灌峰值保持在較小范圍內，隨著柱塞腔和腰形槽之間壓力差降低，阻尼槽的面積逐漸增大，所以常見的阻尼槽形狀為如圖1所示三角槽，也有U型槽、階梯組合槽等，優(yōu)化軸向柱塞泵過渡區(qū)配流效果，降低柱塞腔壓力沖擊和柱塞泵出口流量脈動。2、錯配角柱塞在往復運動中存在速度為零的上下死點 σ,和O,，是吸油和排油行程的分界點，配流盤對稱軸線和上下死點連線的夾角β稱為錯配角，錯配角的存在有利于增加柱塞腔的預升壓和預降壓時間，減小通過流量倒灌實現柱塞腔壓力轉換的比例，從而降低流量倒灌總量和瞬時峰值。如果錯配角過大，柱塞腔的預升壓和預降壓時間過大，會造成柱塞腔壓力正負超調，行成壓力沖擊和氣穴氣蝕。3、阻尼孔阻尼孔可以看作是截面面積恒定的阻尼槽，對于柱塞腔完成壓力過渡的作用方式與阻尼槽相同，為了達到和阻尼槽相同的配流效果，可以采用階梯孔結構，以實現節(jié)流面積的逐步增加，但是研究和試驗結果表明其降低壓力沖擊和流量脈動效果不如阻尼槽。但是由于阻尼槽初始階段的通流面積非常小，油液流速過大，容易發(fā)生氣穴現象，在阻尼槽前端設置阻尼孔，柱塞腔先與阻尼孔接通產生部分流量倒灌，可以提前進行預升壓或預降壓，所以孔槽結合是一種廣泛采用的配流結構。由于錯配角配流效果對軸向柱塞泵的工作參數非常敏感，所以錯配角一般不大于4. 5°，以避免壓力沖擊和氣穴氣蝕，因此柱塞腔的高低壓切換主要是依靠流量倒灌實現的，阻尼槽的配流效果受軸向柱塞泵工作參數的影響也比較明顯，為了控制流量倒灌的瞬時峰值，阻尼槽的包角通常比較大，以滿足通流面積緩慢增大的要求，所以腰形槽包角相對減少，柱塞的有效吸油和排油行程減少，泵的平均出口流量降低。綜上所述，現有的配流結構不僅降噪效果對軸向柱塞泵工作參數敏感，而且以減小柱塞的有效吸排油行程為代價，降低了軸向柱塞泵的平均出口流量和容積效率。隨著軸向柱塞泵高壓高速化趨勢的發(fā)展，設計一種降噪效果對軸向柱塞泵工作參數敏感度低，又不以降低泵出口平均流量為代價的配流結構對于研發(fā)高性能低噪聲軸向柱塞泵非常重要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基于壓力平均的低噪聲軸向柱塞泵，本發(fā)明不僅能夠在較大的工作參數范圍內降低軸向柱塞泵的流量脈動，從而降低軸向柱塞泵噪聲等級，而且能夠提高軸向柱塞泵的平均出口流量和總體效率。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的一種基于壓力平均的軸向柱塞泵， 它包括斜盤、若干個滑靴和柱塞、缸體、配流盤、殼體、主軸、后單向閥、前單向閥和壓力回收容腔等；其中，所述配流盤上具有排油腰形槽和吸油腰形槽，排油腰形槽的頭部具有高壓阻尼槽，吸油腰形槽的頭部具有低壓阻尼槽，后連接阻尼孔位于高壓阻尼槽的頂部，前連接阻尼孔位于低壓阻尼槽的頂部，后連接阻尼孔通過油路與后單向閥的出口端接通，前連接阻尼孔通過油路與前單向閥的進口端接通，后單向閥和前單向閥固定在壓力回收容腔的進口，壓力回收容腔固定在軸向柱塞泵殼體上；所述配流盤固定在殼體內側，缸體端部緊壓在配流盤上，缸體周向均勻分布若干個柱塞腔，柱塞插入柱塞腔中，柱塞的球頭插入滑靴的球窩中，主軸和缸體之間通過花鍵連接，滑靴緊壓在斜盤上。本發(fā)明具有的有益的效果是通過本發(fā)明的配流結構，經過下死點q附近過渡區(qū)的高壓柱塞腔高壓油流入壓力回收容腔，高壓柱塞腔預降壓，壓力回收容腔壓力升高，當低壓柱塞腔經過上死點O,附近時，儲存在壓力回收容腔的高壓油液流入低壓柱塞腔，低壓柱塞腔預升壓，壓力回收容腔壓力降低。借助壓力回收容腔的反復充油和排油，間接實現下死點高壓柱塞腔和上死點低壓柱塞腔的壓力平均。在壓力平均作用下，柱塞腔的預升壓和預降壓效果約等于軸向柱塞泵高壓排油腰形槽和低壓吸油腰形槽壓力差的一半，所以需要通過流量倒灌實現柱塞腔壓力轉換的壓力過渡差值降低近一半，流量倒灌的峰值和總量同時大幅度降低，軸向柱塞泵出口流量脈動降低，斜盤轉動力矩降低，泵出口平均流量增加，由于流體噪聲和結構噪聲振動源幅值降低，柱塞泵的噪聲等級降低將有大幅度降低；而由于流量倒灌總量降低，由倒灌造成的內泄漏降低，柱塞泵效率升高；同時由于配流盤過渡區(qū)包角減小，腰形槽包角增大，柱塞的有效吸排油行程增加，軸向柱塞泵的平均出口流量增加。


圖1是軸向柱塞泵傳統(tǒng)配流結構示意圖； 圖2是柱塞腔流量變化示意圖3是本發(fā)明基于壓力平均配流結構原理示意圖中斜盤1、滑靴2、柱塞3、缸體4、柱塞腔5、配流盤6、殼體7、主軸8、排油腰形槽9、 高壓阻尼槽10、吸油腰形槽11、低壓阻尼槽12、后連接阻尼孔13、前連接阻尼孔14、后單向閥15、前單向閥16、壓力回收容腔17。
具體實施例方式柱塞腔運動一周，存在兩次流量倒灌，圖2為典型的軸向柱塞泵柱塞腔流量變化曲線，速度為零的點上下死點，是吸油和排油的分界點，與速度正負相反的流量即為流量倒灌。其中從高壓排油腰形槽到低壓柱塞腔的流量倒灌峰值決定柱塞泵出口流量脈動下峰值，同時也降低了柱塞泵的有效排油量，從高壓柱塞腔到低壓吸油腰形槽的流量倒灌使壓力能轉化成能量耗散，是一種內泄漏。本發(fā)明的配流結構把上下死點附近柱塞腔間接接通， 油液從下死點^附近的高壓柱塞腔流入上死點附近的低壓柱塞腔，過渡區(qū)的高低壓柱塞腔同時實現預降壓和預升壓，實現壓力平均，圖2中的兩處流量倒灌的峰值和總量同時大幅度減小，在降低軸向柱塞泵噪聲等級同時，還能提高泵的有效出口流量和總體效率。下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。如圖3所示，本發(fā)明基于壓力平均的軸向柱塞泵包括斜盤1、若干個滑靴2和柱塞3、缸體4、配流盤6、殼體7、主軸8、后單向閥15、前單向閥16、壓力回收容腔17。其中， 配流盤6分布有排油腰形槽9和吸油腰形槽11，排油腰形槽9的頭部具有高壓阻尼槽10， 吸油腰形槽11的頭部具有低壓阻尼槽12，配流盤6固定在殼體7內側，缸體4端部緊壓在配流盤6上，缸體4周向均勻分布若干個柱塞腔5，柱塞3插入柱塞腔2中，柱塞3的球頭插入滑靴2的球窩中，主軸8和缸體7之間通過花鍵連接，滑靴2緊壓在斜盤1上。主軸8旋轉時帶動缸體7旋轉，由于滑靴2壓緊在斜盤1上，柱塞3隨缸體4旋轉過程中，滑靴2帶動柱塞3在缸體4內軸向往復滑動，柱塞腔5體積周期性的增大和減小，并周期性地與高壓阻尼槽10、排油腰形槽9、低壓阻尼槽12、吸油腰形槽11接通，形成軸向柱塞泵的吸排油過程。后連接阻尼孔13位于高壓阻尼槽10的頂部，保證柱塞腔5脫離吸腰形槽11之后立即與后連接阻尼孔13接通，前連接阻尼孔14位于低壓阻尼槽12的頂部，保證柱塞腔5脫離排油腰形槽9之后立即與前連接阻尼孔14接通，后連接阻尼孔13通過油路與后單向閥15 的出口端接通，前連接阻尼孔14通過油路與前單向閥16的進口端接通，后單向閥15和前單向閥16固定在壓力回收容腔17的進口，壓力回收容腔17固定在軸向柱塞泵殼體7上。由于通常軸向柱塞泵的柱塞3個數為奇數，所以不會出現兩個柱塞腔5同時分別與后連接阻尼孔13和前連接阻尼孔14接通的情況，以柱塞腔A與下死點過渡區(qū)的前連接阻尼孔14接通為起點詳細說明本發(fā)明的工作過程
1、下死點柱塞腔A預降壓柱塞腔A與下死點過渡區(qū)的前連接阻尼孔14接通時，上死點附近的后連接阻尼孔13沒有與任何柱塞腔2接通，由于柱塞腔A剛脫離排油腰形槽9，柱塞腔A的壓力P約等于排油腰形槽9的壓力IV大于壓力回收容腔17的壓力Pc，所以前單向閥16打開，柱塞腔A內高壓油液流入壓力回收容腔17內，柱塞腔A的壓力P逐漸降低， 實現預降壓，壓力回收容腔17的壓力Pc逐漸升高；當P=Pc時，前單向閥16關閉，柱塞腔A 與吸油腰形槽11之間剩余的壓力差通過低壓阻尼槽12消除，柱塞腔A的壓力P逐漸降低到吸油腰形槽11的壓力&，完成從高壓到低壓的過渡，進入吸油階段，而此時壓力回收容腔 17的壓力Pc維持恒定。2、上死點柱塞腔B預升壓在柱塞腔A的預降壓過程即將完成時，柱塞腔B與上死點過渡區(qū)的后連接阻尼孔13接通，此時下死點附近前連接阻尼孔14沒有與任何柱塞腔2 接通，由于柱塞腔B剛脫離吸油腰形槽11，柱塞腔B的壓力P約等于吸油腰形槽11的壓力Pl，而此時的壓力回收容腔17已完成從柱塞腔A的充油，所以壓力回收容腔17的壓力Pc大于柱塞腔B的壓力P，后單向閥15打開，壓力油從壓力回收容腔17進入柱塞腔B，柱塞腔B 的壓力P逐漸升高，實現預升壓，壓力回收容腔17的壓力Pc逐漸降低；當P=Pc時，后單向閥 15關閉，排油腰形槽9與柱塞腔B之間剩余的壓力差通過高壓阻尼槽10消除，柱塞腔B的壓力P逐漸升高到排油腰形槽9的壓力PH，完成從低壓到高壓的過渡，進入排油階段。
壓力回收容腔17通過與高壓柱塞腔A和低壓柱塞腔B的間隔接通，壓力不斷的升高和降低，間接把下死點的柱塞腔A內的高壓油轉移到上死點的低壓柱塞腔B內，分別實現預降壓和預升壓。壓力回收容腔17內的壓力升高降低一次，稱為一個循環(huán)，對于9柱塞軸向柱塞泵，柱塞泵旋轉一周，壓力回收容腔17內的壓力循環(huán)9次。由于通過壓力平均實現的預升壓和預降壓承擔了柱塞腔5壓力轉換過程中近一半的壓力差，理論分析顯示柱塞腔的流量倒灌量峰值和總量大幅度降低，軸向柱塞泵流量脈動和斜盤轉矩脈動都有50%以上的減小，軸向柱塞泵噪聲等級大幅度降低，同時泵出口平均流量和總效率也有明顯升高。而且由于基于壓力平均的配流結構能實現柱塞腔近一半的壓力差轉換的功能效果基本不受軸向柱塞泵工作參數影響，所以本發(fā)明配流結構能保證軸向柱塞泵工作噪聲在較廣泛的工作參數范圍內都有大幅度降低。
權利要求
1.一種基于壓力平均的軸向柱塞泵，其特征在于，它包括斜盤(1)、若干個滑靴(2)和柱塞(3)、缸體(4)、配流盤(6)、殼體(7)、主軸(8)、后單向閥(15)、前單向閥(16)和壓力回收容腔(17)等；其中，所述配流盤(6)上具有排油腰形槽(9)和吸油腰形槽(11)，排油腰形槽(9)的頭部具有高壓阻尼槽(10)，吸油腰形槽(11)的頭部具有低壓阻尼槽(12)，后連接阻尼孔(13)位于高壓阻尼槽(10)的頂部，前連接阻尼孔(14)位于低壓阻尼槽(12)的頂部， 后連接阻尼孔(13)通過油路與后單向閥(15)的出口端接通，前連接阻尼孔(14)通過油路與前單向閥(16)的進口端接通，后單向閥(15)和前單向閥(16)固定在壓力回收容腔(17) 的進口，壓力回收容腔(17)固定在軸向柱塞泵殼體(7)上。
2.根據權利要求1所述基于壓力平均的軸向柱塞泵，其特征在于，所述配流盤(6)固定在殼體(7)內側，缸體(4)端部緊壓在配流盤(6)上，缸體(4)周向均勻分布若干個柱塞腔 (5)，柱塞(3)插入柱塞腔(2)中，柱塞(3)的球頭插入滑靴(2)的球窩中，主軸(8)和缸體 (7)之間通過花鍵連接，滑靴(2)緊壓在斜盤(1)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于壓力平均的軸向柱塞泵，它包括斜盤、若干個滑靴和柱塞、缸體、配流盤、殼體、主軸、后單向閥、前單向閥和壓力回收容腔。高壓柱塞腔結束排油過程進入配流盤過渡區(qū)之后，柱塞腔內高壓油經過前單向閥流入壓力回收容腔，高壓柱塞腔預降壓，壓力回收容腔壓力升高，而低壓柱塞腔結束吸油過程進入配流盤過渡區(qū)之后，儲存在壓力回收容腔的高壓油液經過后單向閥流入低壓柱塞腔，低壓柱塞腔預升壓，壓力回收容腔壓力降低。在壓力平均作用下，柱塞腔的預升壓和預降壓效果約等于軸向柱塞泵高壓排油腰形槽和低壓吸油腰形槽壓力差的一半，軸向柱塞泵出口流量脈動降低，斜盤轉動力矩降低，泵出口平均流量增加。
文檔編號F04B1/22GK102155372SQ201110089678
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權日2011年4月11日
發(fā)明者張軍輝, 徐兵, 楊華勇 申請人:浙江大學