[发明专利]一种平衡式双排大排量轴向柱塞泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴向柱塞泵，特别是一种平衡式大排量双排轴向柱塞泵，可显著提高泵的功率密度以及自吸性，同时显著改善缸体与柱塞的受力状况，并同时减少泵的脉动与噪声。

背景技术

液压传动技术经过几十年的发展，已成为现代传动与控制的关键技术，广泛应用于船舶、冶金、航天等各领域；液压泵作为液压传动系统中能量转换元件，为液压传动系统的动力源，它的优劣直接影响着整个液压传动系统的性能。随着现代机械工业的高速发展，轴向柱塞泵的需求量也与日俱增，同时对轴向柱塞泵的工作性能、使用寿命和噪声都提出了更高的要求，但目前，国内工程机械企业所使用的液压泵大多从国外公司进口，因此研发高性能的轴向柱塞泵具有极其重要的意义，并有着较为广泛的市场应用价值。同时随着航空航天控制技术的发展与便携式功率传输设备的需求量加大，要求柱塞泵能以更小的体积输出更大的功率。因此提高柱塞泵的功率密度显得极其重要。

现有柱塞泵在配流盘进行吸油排油时，总是保持一侧高压，一侧低压，使得轴向柱塞泵的缸体、驱动轴受到倾覆力矩，导致柱塞泵在高速、重载情况下，缸体与配流盘的摩擦副油膜受到破坏，加剧了配流盘与缸体接触面的磨损，同时加大了系统泄漏，降低容积效率。针对该问题，目前可采用的方案有：球面配流方式，减少缸体因受倾覆力矩而产生的偏载，但该偏载仍存在，同时随着柱塞泵压力与排量的加大，其偏载将进一步加大，此时采用球面配流方式补偿方式将无法解决这一问题；另外一种方式是采用平衡式轴向柱塞泵（如参考专利201210126844.1），其采用双排柱塞泵，斜盘包含多个层次设置的台阶斜面，与配流盘的各排油口相匹配，使配流盘的轴向液压力保持平衡。该方案能较好的解决柱塞泵轴向力不平衡问题，但由于其斜盘台阶面交叉点不在驱动轴轴线上，导致轴向力无法做到完全平衡，导致缸体仍受倾覆力矩的作用，同时其加大了径向和轴向尺寸，并导致越外圈的柱塞悬空量越大，加大了柱塞的变形，导致外圈柱塞与缸体摩擦副的磨损加剧。

自吸性作为泵重要指标，该指标限制着泵轴的临界自吸转速（发生气穴时的转速），当泵轴转速超过该转速时，将导致气穴现象的产生，从而产生冲击压力，而冲击压力导致的噪音与振动均很大，引起气蚀，缩短柱塞泵寿命等。目前可采用锥形缸体，通过降低缸体配流面的线速度提高泵轴的临界自吸转速。但该方式主要作用在于显著提高柱塞的回程能力，并不能大幅度提高柱塞泵的自吸能力。

实际工程液压传动系统中，常常需要高压大流量的液压源，要实现高压大流量可采取以下措施：

1．增大缸孔直径，但这将加剧柱塞泵的流量脉动问题。目前柱塞泵流量脉动相对叶片泵、内齿轮泵等泵其流量脉动已经较大，为在保持柱塞泵现有的高压优势的情况下，一般对柱塞泵的流量脉动指标也提出了更高的要求，因此较少采用该方式；

2．增大柱塞行程。柱塞行程取决于滑靴、柱塞与缸孔的承载能力，目前该部分关键在于材料问题，但受限于材料性能极限指标，该部分已较难有显著提高；

3．增加缸孔数量。缸孔数量的增加将导致缸体以致整个泵体加大，同时将导致柱塞泵自吸性减低；

4．采用多台液压泵串联工作，但这将导致整个泵体加大，不利于提高柱塞泵的功率密度，在航空航天等一些对体积质量控制非常严格的场合并不适用。

5．采用多排缸孔缸体的轴向柱塞泵（参考专利201010173706.X）。该方式可在不显著增大柱塞泵体积和质量情况下，加大排量，但该方案其缸体与驱动轴所受倾覆力矩与缸孔的排数成正比，双排缸孔将加大缸体和驱动轴的倾覆力矩。

因此如何在尽量不加大柱塞泵体积与质量情况下，提高泵流量、压力，以及降低流量脉动系数是当前泵研发的课题之一，亦成为当前业界积极创新改进的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种平衡式大排量双排柱塞泵，具有排量大、缸体与驱动轴所受倾覆力矩小、流量脉动小、功率密度大，可在不明显增大柱塞泵的体积和重量下，实现高压、大排量。

本发明的技术方案在于：