轴向柱塞泵优化方案

（1）轴向柱塞泵的工作原理

轴向柱塞泵是将多个柱塞沿缸体的轴向布置，并且柱塞中心线和缸体中心线平行或重合的一种泵。轴向柱塞泵有两种形式，即直轴式（斜盘式）和斜轴式（摆缸式）。

1）直轴式轴向柱塞泵

直轴式轴向柱塞泵的工作原理如图3.3 所示。泵主体由斜盘1、柱塞2、缸体3、配流盘4及传动轴5 组成。柱塞沿周向均匀分布在缸体内，斜盘轴线与缸体轴线倾斜一定角度α，柱塞在机械装置和压力油作用下压紧在斜盘上，配流盘和斜盘固定不动。当原动机通过传动轴使缸体转动时，由于斜盘的作用，迫使柱塞在缸体内作往复运动，并通过配流盘的配流窗口进行吸油和压油。当缸体按如图3.3 所示的旋转方向旋转时，左半部分（见图3.3（b））柱塞向外伸出，柱塞底部的密封工作容积增大，形成局部真空，通过配流盘的吸油窗口a 吸油；右半部分柱塞被斜盘推入缸体，使柱塞底部容积减小，通过配流盘的压油窗口b 压油。缸体每转一周，每个柱塞各完成吸、压油一次。如改变斜盘倾角α，就能改变柱塞行程的长度，即改变液压泵的排量。改变斜盘倾角方向，就能改变吸油和压油的方向，因此，轴向柱塞泵可用作双向变量泵。

图3.3　直轴式轴向柱塞泵的工作原理

1—斜盘；2—栓塞；3—缸体；4—配流盘；5—转动轴；6—弹簧

配流盘上吸油窗口和压油窗口之间的密封区弧长L 应稍大于柱塞缸体底部通油孔宽度L1。但不能相差太大，否则会产生困油现象。一般在两配流窗口的两端部开有小三角槽，以减小冲击和噪声。

2）斜轴式轴向柱塞泵

斜轴式轴向柱塞泵的工作原理如图3.4 所示。它由传动轴1、万向铰链2、柱塞3、缸体4及配流盘5 构成。其缸体轴线相对传动轴轴线成一定倾角，传动轴端部分别用万向铰链、连杆与缸体中的每个柱塞相连接。当传动轴转动时，通过万向铰链、连杆使柱塞和缸体一起转动，并迫使柱塞在缸体中作往复运动，借助配流盘进行吸油和压油。同样的，改变倾角，可改变泵的排量，从而改变泵的输出流量。斜轴式轴向柱塞泵的优点是变量范围大，泵的强度较高，但与直轴式相比，其结构较复杂，外形尺寸和质量均较大。

（2）排量和流量计算

如图3.4 所示，以斜盘式轴向柱塞泵为例，设柱塞的直径为d，柱塞分布圆直径为D，斜盘倾角为α 时，柱塞的行程为s=D tan α，故当柱塞数为z 时，轴向柱塞泵的排量为

图3.4　斜轴式轴向柱塞泵的工作原理

1—转动轴；2—万向铰链；3—柱塞；4—缸体；5—配流盘

设泵的转速为n，容积效率为ηV，则泵的实际输出流量为(www.xing528.com)

由式（3.11）可知，改变轴向柱塞泵的斜盘（或缸体）的倾角，即可改变轴向柱塞泵的排量和输出流量。

实际上，由于柱塞在缸体孔中运动的速度不是恒速的，因此，输出的瞬时流量是有脉动的。当柱塞数为奇数时，脉动较小，并且柱塞数越多脉动越小，一般常用柱塞泵的柱塞个数为7，9或11。

（3）柱塞泵的变量机构

下面介绍常用的轴向柱塞泵的手动变量和伺服变量机构的工作原理。

1）手动变量机构

如图3.5 所示，转动手轮1，使丝杠2 转动，螺母3 带动拨叉4 上下移动，并通过球头杆5拨动斜盘6，从而改变斜盘的倾角α 达到变量的目的。当流量达到要求时，可用锁紧螺母将其锁紧。这种变量机构结构简单，但操纵费力，并且不能在工作过程中变量。

2）伺服变量机构

如图3.6 所示为轴向柱塞泵的伺服变量机构。其工作原理是：泵输出的压力油p 进入变量机构壳体1 的下腔a，液压力作用在变量活塞2 的下端。当与伺服阀阀芯3 相连接的拉杆不动时（图示状态），变量活塞2 的上腔b 处于封闭状态，变量活塞不动，斜盘4 处于相应的位置上。当使拉杆向下移动时，推动阀芯3 一起向下移动，a 腔的压力油经通道c 进入上腔b。由于变量活塞2 上端的有效作用面积大于下端的有效作用面积，故变量活塞2 也随之向下移动，直到通道c 的油口封闭为止，变量活塞的移动量等于拉杆的位移量。变量活塞向下移动时，通过销轴5 带动斜盘4 摆动，斜盘倾斜角α 增加，泵的输出流量也随之增加；当拉杆带动伺服阀阀芯向上运动时，阀芯3 将通道d 打开，上腔b 通过泄压通道e 回油箱，变量活塞2 向上移动，直到阀芯将泄压通道d 关闭为止，变量活塞的移动量也等于拉杆的移动量。此时，斜盘也被带动作相应的摆动，使倾斜角α 减小，泵的流量也随之相应地减小。

由上述可知，伺服变量机构是通过操作液压伺服阀动作，利用压力油推动变量活塞继而使斜盘倾角变化来实现变量的。拉杆可用手动方式或机械方式操作，施加在拉杆上的力较小，控制灵敏；斜盘倾角变化范围一般为±18°，在工作过程中泵的吸、压油方向可以变换，因此，这种泵可用作双向变量泵。

除了以上介绍的两种变量机构以外，轴向柱塞泵还有很多种变量机构，如恒功率变量机构、恒压变量机构和恒流量变量机构等。这些变量机构与轴向柱塞泵的泵体部分组合就成为各种不同变量方式的轴向柱塞泵。

图3.5　手动变置机构

1—手轮；2—丝杠；3—螺母；4—拨叉；5—球头杆；6—斜盘

图3.6　伺服变量机构

1—壳体；2—变量活塞；3—伺服阀芯；4—斜盘；5—销轴