專利名稱：一種提高高速重載柱塞泵性能的方法及新型錐形缸體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柱塞泵關(guān)鍵摩擦副領(lǐng)域，特別是一種提高高速重載柱塞泵性能的方法及新型錐形缸體裝置。
背景技術(shù)：
軸向柱塞泵由于結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度大、壽命長(zhǎng)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)在流體傳動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著液壓傳動(dòng)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，軸向柱塞泵正向著高壓、高速及大排量的方向發(fā)展。隨著全球環(huán)境的變化，人類對(duì)環(huán)境保護(hù)問題愈來(lái)愈重視，更加要求各種產(chǎn)品都能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保的功能。液壓泵作為整個(gè)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力核心元件，盡量克服液壓泵自身泄露和噪音大的缺點(diǎn)受到越來(lái)越高的重視，液壓柱塞泵技術(shù)正向成為用戶追求的“潔凈液壓、靜音液壓、易用液壓”的方向發(fā)展。高速重載軸向柱塞泵的缸體絕大部分為鑲嵌青銅套的組合式缸體。基體材料多為GCrl5、20Cr、12CrNi3A等合金鋼。鑲嵌缸套通常為ZQSn 10— I青銅、銻青銅、10— 2— 3錫鉛鎳青銅、ZQA19—4青銅等軟材料。大功率軸向柱塞泵隨著缸體體積增大與轉(zhuǎn)速的提高，缸體內(nèi)缸套出現(xiàn)柱塞回程時(shí)銅套與缸體脫落的故障現(xiàn)象的概率越來(lái)越高。一旦銅套被拖出，柱塞泵會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)造成報(bào)廢，主機(jī)系統(tǒng)隨之陷入癱瘓。當(dāng)今液壓泵技術(shù)正向著低重量、小體積、高壓、高溫等大功率重載方向發(fā)展。傳統(tǒng)的柱形缸體，在泵的排量比較大的時(shí)候，配流盤的直徑將會(huì)做得比較大，這不僅增大了泵的整體尺寸，而且增加了泵的重量。因此，研制高壓、高溫、高功率密度的液壓泵技術(shù)已成為發(fā)展的必然需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種提高高速重載柱塞泵性能的方法及新型錐形缸體裝置。本發(fā)明能保證高速重載軸向柱塞泵的體積和重量基本不變的情況下，還能大幅提高其排量、轉(zhuǎn)速、工作可靠性，同時(shí)達(dá)到消音降噪、避免銅套脫落故障，提高高速重載軸向柱塞泵的使用壽命。本發(fā)明的技術(shù)方案:一種提高高速重載柱塞泵性能的方法，通過將缸體的主軸軸線與柱塞軸線呈夾角α設(shè)置，并將缸體上的吸排油孔中心線與主軸軸線呈夾角β設(shè)置，從而提高柱塞泵的工作轉(zhuǎn)速及排量。前述的提高高速重載柱塞泵性能的方法中，所述的夾角α范圍控制在3 8°，夾角β范圍控制在2 5° ;且夾角β小于夾角α。前述的提高高速重載柱塞泵性能的方法中，將缸體外壁錐形設(shè)置，從而減小配油盤直徑，降低缸體配流面運(yùn)動(dòng)的線速度，使P V值變小，進(jìn)一步提高柱塞泵的性能。前述的提高高速重載柱塞泵性能的方法中，所述的缸體外壁包括有靠近吸排油孔的缸體前段外壁和靠近缸體銅套的缸體后段外壁，缸體后段外壁與缸體前段外壁形成夾角Y，夾角Y彡夾角α。實(shí)現(xiàn)前述的提高高速重載柱塞泵性能的方法的新型錐形缸體裝置中，包括缸體和水平設(shè)置在缸體中心的主軸孔，主軸孔周邊均布設(shè)有若干傾斜的柱塞孔，柱塞孔一端連通傾斜設(shè)置的吸排油孔，另一端設(shè)有銅套。前述的新型錐形缸體裝置中，所述的柱塞孔的中心線與主軸孔中心線形成夾角α，夾角α范圍控制在3 8°。前述的新型錐形缸體裝置中，所述的吸排油孔的中心線與主軸孔中心線形成夾角β，夾角β范圍控制在2 5°，且夾角β小于夾角α。前述的新型錐形缸體裝置中，所述的靠近吸排油孔的缸體前段外壁成錐形，靠近銅套的缸體后段外壁為圓柱形，且與缸體前段外壁形成夾角Y ;所述的夾角Y <夾角α。前述的新型錐形缸體裝置中，所述的缸體上在吸排油孔一側(cè)的端面為球面配流結(jié)構(gòu)端面。前述的新型錐形缸體裝置中，所述的若干柱塞孔為5、7、9或11個(gè)奇數(shù)柱塞孔。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過將高速重載軸向柱塞泵的缸體柱塞孔軸線與主軸孔軸線設(shè)計(jì)成具有一定夾角α，使柱塞孔在缸體內(nèi)分布在以主軸孔軸線為中心線，柱塞孔軸線為母線，二者之間夾角為α的圓錐面上。對(duì)應(yīng)缸體內(nèi)開設(shè)有5 —11個(gè)奇數(shù)柱塞孔的錐形分布，為使缸體結(jié)構(gòu)更加符合液壓油的理想流動(dòng)特性，將缸體的吸、排油孔中心線與主軸孔軸線設(shè)計(jì)成具有一定夾角β。從而能最大限度上減輕缸體重量、減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，還能保證缸體足夠剛度。因此，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)適用，不需要對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行大的改動(dòng)，就能大幅提高其工作性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便。斜柱塞錐形缸體這一不同于傳統(tǒng)直柱塞圓柱形缸體的特殊設(shè)計(jì)形式，使的斜柱塞泵 的特性與直柱塞泵的特性相比發(fā)生了顯著的變化。具體如下:
1、由于柱塞在缸體中呈錐形分布，這使在相同空間結(jié)構(gòu)下其柱塞行程增加從
COSS
而致使泵的每轉(zhuǎn)排量增加；2、缸體錐形結(jié)構(gòu)，使缸體與配油盤間的球形接觸面減小，同時(shí)使分油盤吸、排油腔橢圓形孔的分布圓半徑減小，從而有利于減小配油盤直徑，降低缸體配流面運(yùn)動(dòng)的線速度，使P V值變小，還能在相同工作壓力下，使泵自身具有更高的允許轉(zhuǎn)速，流量進(jìn)一步變大；3、柱塞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力有一個(gè)沿著柱塞回程方向的分力，從而有助于柱塞的回程，提高柱塞泵工作時(shí)的自吸能力。本發(fā)明的斜柱塞在運(yùn)動(dòng)分析及受力分析上發(fā)生了顯著的變化，進(jìn)而導(dǎo)致柱塞運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性及泵流量特性的變化。在錐形缸體結(jié)構(gòu)分析、受力分析及工作時(shí)流體特性模擬分析的基礎(chǔ)上，本發(fā)明對(duì)錐形缸體的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比優(yōu)化分析，得出其各項(xiàng)參數(shù)間的最佳配合值。a、根據(jù)軸向柱塞泵排量的不同，缸體柱塞孔軸線與主軸軸線間的夾角α的最優(yōu)值在3 8°之間，夾角α使柱塞轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力得到合理的分解(作用于柱塞孔壁的分力與沿柱塞回程方向的分力)。〈1>作用于柱塞孔壁的力減小，使其柱塞與缸體間的摩擦力變小，這在一定程度上解決了高速重載軸向柱塞泵隨著工作壓力和轉(zhuǎn)速的提高，有效避免回程時(shí)缸體和銅套脫離故障的發(fā)生，大幅提高高速重載柱塞泵的可靠性?！?>由于摩擦力變小，柱塞與缸體間的磨損減輕，從而起到提高摩擦副使用壽命、降低噪音的作用。〈3>沿柱塞回程方向的分力，使柱塞對(duì)滑履產(chǎn)生一定的壓緊力，對(duì)此壓緊力與滑履底部油膜的建立條件進(jìn)行優(yōu)化分析，在夾角α下滑履可建立起接近理想狀態(tài)的靜壓平衡，減小滑履與斜盤間的磨損量，增加其工作可靠性；b、為減小缸體在完成吸、排油過程中，液壓油經(jīng)過彎道時(shí)因沖擊而造成的噪聲影響，根據(jù)結(jié)構(gòu)分析及流體特性模擬分析，缸體的吸、排油孔中心線與缸體主軸軸線間形成夾角β，使得流體在柱塞孔內(nèi)的流動(dòng)與在吸、排油孔內(nèi)的流動(dòng)更為吻合，減小了沖擊現(xiàn)象，降低了流體邊界層損失和渦流損耗以及渦流噪聲，從而達(dá)到消音降噪的設(shè)計(jì)目的，夾角β的最優(yōu)值在2 5°之間，這使缸體結(jié)構(gòu)更加符合液壓油的理想流動(dòng)特性；c、經(jīng)優(yōu)化分析，缸體外形的錐角Y與夾角α的值大小相接近，缸體后段外壁為圓柱形部分的長(zhǎng)度根據(jù)柱塞行程的不同而改變。這就最大限度上減輕缸體重量、減小其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，達(dá)到進(jìn)一步降低軸向柱塞泵工作噪音的目的。同時(shí)減輕了泵的重量、節(jié)約材料；d、通過對(duì)錐形缸體進(jìn)行優(yōu)化分析后，應(yīng)用本發(fā)明的高速重載軸向柱塞泵的體積與原來(lái)相比下降了大約15%，轉(zhuǎn)速提高10%、噪音降低15%左右；泵的機(jī)構(gòu)更為緊湊，在相同材料下提高了其可靠性。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的側(cè)視圖。附圖中的標(biāo)記為:1-缸體，2-銅套，3-柱塞孔，4-缸體端面，5-吸排油孔，6_主軸孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明限制的依據(jù)。實(shí)施例。一種提高高速重載柱塞泵性能的方法，其特征在于:通過將缸體的主軸軸線與柱塞軸線呈夾角α設(shè)置，并將缸體上的吸排油孔中心線與主軸軸線呈夾角β設(shè)置，從而提高柱塞泵的工作轉(zhuǎn)速及排量；所述的夾角α范圍控制在3 8°，夾角β范圍控制在2 5° ;且夾角β小于夾角α ;將缸體外壁錐形設(shè)置，從而減小配油盤直徑，降低缸體配流面運(yùn)動(dòng)的線速度，使P V值變小，進(jìn)一步提高柱塞泵的性能；所述的缸體外壁包括有靠近吸排油孔的缸體前段外壁和靠近缸體銅套的缸體后段外壁，缸體后段外壁與缸體前段外壁形成夾角Y，夾角Y <夾角α。實(shí)現(xiàn)提高高速重載柱塞泵性能的方法的新型錐形缸體裝置，構(gòu)成如圖1和2所示，包括缸體I和水平設(shè)置在缸體I中心的主軸孔6，主軸孔6周邊均布設(shè)有若干傾斜的柱塞孔3，柱塞孔3 —端連通傾斜設(shè)置的吸排油孔5，另一端設(shè)有銅套2。所述的柱塞孔3中心線與主軸孔6中心線形成夾角α，夾角α范圍控制在3 8°，較好的是5 6°。所述的吸排油孔5中心線與主軸孔6中心線形成夾角β，夾角β范圍控制在2 5° ,且夾角β小于夾角α。所述的靠近吸排油孔5的缸體前段外壁成錐形，靠近銅套2的缸體后段外壁為圓柱形，且與缸體前段外壁形成夾角Y ;所述的夾角Y <夾角α。所述的夾角Y <夾角α，缸體外形設(shè)計(jì)成具有錐角Y的錐形，錐角Y與夾角α的值大小盡可能接近；或者說(shuō)只將缸體外形柱塞端一小段長(zhǎng)度內(nèi)設(shè)計(jì)成圓柱形，這就最大限度上減輕了缸體重量、減小其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。所述在吸排油孔5 —側(cè)的缸體端面4為球面配流結(jié)構(gòu)端面。所述的若干柱塞孔3為5、7、9或11個(gè)奇數(shù)柱塞孔。
權(quán)利要求
1.一種提高高速重載柱塞泵性能的方法，其特征在于:通過將缸體的主軸軸線與柱塞軸線呈夾角α設(shè)置，并將缸體上的吸排油孔中心線與主軸軸線呈夾角β設(shè)置，從而提高柱塞泵的工作轉(zhuǎn)速及排量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高高速重載柱塞泵性能的方法，其特征在于:所述的夾角α范圍控制在3 8°，夾角β范圍控制在2 5° ;且夾角β小于夾角a。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高高速重載柱塞泵性能的方法，其特征在于:將缸體外壁錐形設(shè)置，從而減小配油盤直徑，降低缸體配流面運(yùn)動(dòng)的線速度，使P V值變小，進(jìn)一步提高柱塞泵的性能 。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高高速重載柱塞泵性能的方法，其特征在于:所述的缸體外壁包括有靠近吸排油孔的缸體前段外壁和靠近缸體銅套的缸體后段外壁，缸體后段外壁與缸體前段外壁形成夾角Y，夾角Y <夾角α。
5.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的提高高速重載柱塞泵性能的方法的新型錐形缸體裝置，其特征在于:包括缸體(I)和水平設(shè)置在缸體(I)中心的主軸孔(6)，主軸孔(6)周邊均布設(shè)有若干傾斜的柱塞孔(3)，柱塞孔(3) —端連通傾斜設(shè)置的吸排油孔(5)，另一端設(shè)有銅套(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型錐形缸體裝置，其特征在于:所述的柱塞孔(3)中心線與主軸孔(6)中心線形成夾角α，夾角α范圍控制在3 8°。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型錐形缸體裝置，其特征在于:所述的吸排油孔(5)中心線與主軸孔(6)中心線形成夾角β，夾角β范圍控制在2 5°，且夾角β小于夾角a。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的新型錐形缸體裝置，其特征在于:所述的靠近吸排油孔(5)的缸體前段外壁成錐形，靠近銅套(2)的缸體后段外壁為圓柱形，且與缸體前段外壁形成夾角Y ;所述的夾角Y彡夾角α。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的新型錐形缸體裝置，其特征在于:所述在吸排油孔(5)—側(cè)的缸體端面(4)為球面配流結(jié)構(gòu)端面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的新型錐形缸體裝置，其特征在于:所述的若干柱塞孔(3)為.5、7、9或11個(gè)奇數(shù)柱塞孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高高速重載柱塞泵性能的方法及新型錐形缸體裝置，方法是通過將缸體的主軸軸線與柱塞軸線呈夾角α設(shè)置，并將缸體上的吸排油孔中心線與主軸軸線呈夾角β設(shè)置，從而提高柱塞泵的工作轉(zhuǎn)速及排量；新型錐形缸體裝置構(gòu)成包括缸體(1)和水平設(shè)置在缸體(1)中心的主軸孔(6)，主軸孔(6)周邊均布設(shè)有若干傾斜的柱塞孔(3)，柱塞孔(3)一端連通傾斜設(shè)置的吸排油孔(5)，另一端設(shè)有銅套(2)。本發(fā)明能保證高速重載軸向柱塞泵的體積和重量基本不變的情況下，還能大幅提高其排量、轉(zhuǎn)速、工作可靠性，同時(shí)達(dá)到消音降噪、避免銅套脫落故障，提高高速重載軸向柱塞泵的使用壽命。
文檔編號(hào)F04B53/16GK103147975SQ20131007149
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者陸仕, 舒代雄, 滕生磊, 王祥, 羅娜, 史進(jìn)武 申請(qǐng)人:中航力源液壓股份有限公司