CY軸向柱塞泵的柱塞滑靴副設計研究

顧金華

（南通巴蘭仕機電有限公司,江蘇 啟東 226200）

CY軸向柱塞泵的柱塞滑靴副設計研究

顧金華

（南通巴蘭仕機電有限公司,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)作往復運動，在工作容積增大時吸油，工作容積減小時排油。其主要零部件有柱塞、滑靴、配油盤、缸體。配油盤與缸體、滑靴與斜盤這兩對高速運動副均采用了液壓靜力平衡（靜壓支承）的最佳油膜厚度設計，使上述兩對運動面之間處在純液體磨擦下運轉(zhuǎn)，并省去了重型推力軸承，因而它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高、重量輕、噪音低、壽命長、自吸能力強等優(yōu)點，它適用于鍛壓機械、機床、船舶、航空、冶金機械、塑料機械、工程機械和礦山機械等液壓設備。

斜盤;柱塞泵;軸向;CY泵

1 CY泵簡介

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

1982 年，上海高壓油泵廠和啟東高壓油泵廠的產(chǎn)品均通過了機械部的鑒定，CY泵系列趨于成熟。它在當時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)

柱塞的球頭通過模具鉚壓在滑靴內(nèi)，回程盤通過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。在排油時柱塞通過斜盤的推力實現(xiàn)運動；在吸油時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。主軸通過特殊公差的矩形花鍵在只承受轉(zhuǎn)矩的情況下帶動缸體旋轉(zhuǎn)，缸體與柱塞行成的密封腔通過配油盤與泵體的進出油口相通，隨著主軸的轉(zhuǎn)動，柱塞作連續(xù)的往復運動，液壓泵就實現(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，借助液壓靜壓力來承載載荷，如果這個承載力與載荷相平衡，會形成一層潤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，但壓力油會滲入摩擦表面，在減小壓緊力的同時起到潤滑作用，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，但隨著液壓泵的運轉(zhuǎn)，壓力是變動的，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。當負載上升時，油膜厚度減小，使節(jié)流邊的泄漏量減小，阻尼作用加強，使油腔內(nèi)壓力上升，重新與載荷達到平衡。柱塞采用中空結(jié)構(gòu)，減輕其重量。其球頭部位銑掉一塊，可以使柱塞在擺動角度后仍能使液壓油順利經(jīng)過滑靴上的阻尼小孔，進入滑靴底部然后經(jīng)滑靴與斜盤間的油膜縫隙進入泵殼。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。根據(jù)帕斯卡原理，滑靴底部有油腔的各點壓力一樣，于是產(chǎn)生了如圖2所示的壓力分布，對滑靴形成了一個反推力，即靜壓支承。

圖2 排油時的滑靴副受力情況

圖中液壓力F作用于柱塞將滑靴推向斜盤，根據(jù)理論力學可知，承壓油膜將產(chǎn)生對滑靴的反作用力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，設其反推力為N1。承壓油膜的支撐力是承壓油膜靠自身的強度、泵在運轉(zhuǎn)時壓力由低到高的一個擠壓過程以及油液從內(nèi)向外流動時產(chǎn)生的熱膨脹提供。N1這個力必須保證足夠的大，以防止油膜支撐力過大造成油膜失效。但N1也不能太大，以防止吸油過程中滑靴脫離斜盤。這里我們通常根據(jù)經(jīng)驗，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，滑靴的使用壽命將大大延長，而且泵的容積效率也會有所提高。在減小支撐力的同時，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)輔助支撐的設計增加了承壓面積，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題。

圖3 幾種常用的滑靴結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語

當今世界，制造技術(shù)飛速發(fā)展，CY軸向柱塞泵歷經(jīng)幾十年而無重大改進，在當今的液壓元件中已屬于中低端產(chǎn)品，但它對摩擦副靜壓支承理論的應用值的我們學習。它是我們液壓界前輩的一個經(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（第2版）[M].北京.機械工業(yè)出版社,1999.

[3]吳宗澤.機械設計師手冊（第2版）[M].北京.機械工業(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。