軸向柱塞泵的工作原理與結(jié)構(gòu)
1.軸向柱塞泵
為了構(gòu)成柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)條件,軸向柱塞泵都具有傾斜結(jié)構(gòu),所以軸向柱塞泵根據(jù)其傾斜結(jié)構(gòu)的不同分為斜盤式(直軸式)和斜軸式(擺缸式)兩種形式。
圖R所示為斜盤式軸向柱塞泵的工作原理,這種泵主體由缸體1、配油盤2、柱塞3和斜盤4組成。幾個(gè)柱塞沿圓周均勻分布在缸體內(nèi)。斜盤軸線與缸體軸線傾斜一角度,柱塞靠機(jī)械裝置或在低壓油(圖中為彈簧)作用下壓緊在斜盤上,配油盤2和斜盤4固定不轉(zhuǎn)。當(dāng)原動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸使缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于斜盤的作用迫使柱塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng),并通過(guò)配油盤的配油窗口進(jìn)行吸油和壓油。
如圖R所示,當(dāng)柱塞運(yùn)動(dòng)到下半圓范圍(π~2π)內(nèi)時(shí),柱塞將逐漸向缸套外伸出,柱塞底部的密封工作容積將增大,通過(guò)配油盤的吸油窗口進(jìn)行吸油;而在0~π時(shí),柱塞被斜盤推人缸體,使密封容積逐漸減小,通過(guò)配油盤的壓油窗口壓油。缸體每轉(zhuǎn)一周,每個(gè)柱塞各完成吸油、壓油一次。
改變斜盤傾角就能改變柱塞行程的長(zhǎng)度,即改變液壓泵的排量;改變斜盤傾角的方向,就能改變吸油和壓油的方向,從而使泵成為雙向變量泵。
配油盤上吸油窗口和壓油窗口之間的密封區(qū)寬度1應(yīng)稍大于柱塞缸體底部通油孔寬度l1。但不能相差太大,否則會(huì)發(fā)生困油現(xiàn)象。一般在兩配油窗口的兩端部開(kāi)有小三角槽,以減小沖擊和噪聲。
2.斜盤武軸向柱塞泵的一般結(jié)構(gòu)
圖S所示為一種斜盤式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)圖,它由右邊的主體結(jié)構(gòu)和左邊的變量調(diào)整機(jī)構(gòu)所組成。
其主體部分由裝在中間泵體16內(nèi)的缸體10、柱塞17、斜盤4和配流盤13所組成,缸體10由傳動(dòng)軸l2帶動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在缸體的各個(gè)軸向柱塞孔內(nèi)各裝有柱塞17,柱塞頭部與滑履1采用球面配合,而外面加以鉚合,使柱塞和滑履既不會(huì)脫落,又使配合球面間能相對(duì)運(yùn)動(dòng);使回程盤2和柱塞滑履一同轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在排油過(guò)程中借助斜盤4推動(dòng)柱塞作軸向運(yùn)動(dòng);彈簧11通過(guò)鋼球8推壓回程盤2,以便在吸油時(shí)依靠回程盤、鋼球和彈簧所組成的回程裝置將滑履1緊緊壓在斜盤4的表面上滑動(dòng),這樣就可以使泵具有白吸能力。在滑履1與斜盤4相接觸的部位有一油室,它通過(guò)柱塞17中間的小孔與缸體10中的工作腔相連,以便使壓力油進(jìn)入油室后在滑履與斜盤的接觸面間形成一層油膜,起到靜壓支承的作用,使滑履作用在斜盤上的力大大減小,磨損也減小。傳動(dòng)軸12通過(guò)其左端的花鍵來(lái)帶動(dòng)缸體10進(jìn)行旋轉(zhuǎn),柱塞在隨缸體旋轉(zhuǎn)的同時(shí)在缸體中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。缸體中柱塞底部的密封工作容積是通過(guò)配流盤13與泵的進(jìn)出口相通的。隨著傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng),液壓泵就連續(xù)地吸油和排油。
缸體10通過(guò)大軸承9支承在中間泵體上,這樣斜盤4通過(guò)柱塞作用在缸體上的徑向分力可以由大軸承承受,使傳動(dòng)軸l2不受彎矩作用,并改善了缸體的受力狀態(tài),從而保證缸體端面與配流盤更好地接觸。
左邊的變量調(diào)整機(jī)構(gòu)用來(lái)進(jìn)行輸出流量的調(diào)節(jié)。在變量軸向柱塞泵中都設(shè)置有專門的變量調(diào)整機(jī)構(gòu),可以用來(lái)改變斜盤傾角的大小,以調(diào)節(jié)泵的流量。
軸向柱塞泵的變量控制形式一般有手動(dòng)控制和液壓伺服控制兩種。圖S所示為手動(dòng)變量控制機(jī)構(gòu),其工作原理為:轉(zhuǎn)動(dòng)手輪7,使螺桿6轉(zhuǎn)動(dòng),可以使變量活塞5作上下移動(dòng),從而帶動(dòng)插入變量活塞5下端的斜盤4繞著外殼上的圓弧面進(jìn)行擺動(dòng),使斜盤4的傾斜角度發(fā)生變化,達(dá)到了手動(dòng)控制輸出流量的目的。
圖T所示為一種液壓伺服變量控制機(jī)構(gòu),其控制機(jī)構(gòu)由殼體5和隨動(dòng)活塞4所組成。其基本工作原理為:泵輸出的壓力油由通道經(jīng)單向閥a進(jìn)入變量機(jī)構(gòu)殼體5的下腔d,液壓力作用在變量活塞4的下端。當(dāng)與伺服閥閥芯1相連接的拉桿不動(dòng)時(shí)(圖示狀態(tài)),變量活塞4的上腔g處于封閉狀態(tài),變量活塞不動(dòng),斜盤3在某一相應(yīng)的位置上。當(dāng)使拉桿向下移動(dòng)時(shí),推動(dòng)閥芯1一起向下移動(dòng),d腔的壓力油經(jīng)通道e進(jìn)人上腔g。由于變量活塞上端的有效面積大于下端的有效面積,向下的液壓力大于向上的液壓力,故變量活塞4也隨之向下移動(dòng),直到將通道e的油口封閉為止。變量活塞的移動(dòng)量等于拉桿的位移量。當(dāng)變量活塞向下移動(dòng)時(shí),通過(guò)軸銷帶動(dòng)斜盤3擺動(dòng),斜盤傾斜角增加,泵的輸出流入隨之增加;當(dāng)拉桿帶動(dòng)伺服閥閥芯向上運(yùn)動(dòng)時(shí),閥芯將通道f打開(kāi),上腔g通過(guò)卸壓通道接通油箱而卸壓,變量活塞向上移動(dòng),直到閥芯將卸壓通道關(guān)閉為止。它的移動(dòng)量也等于拉桿的移動(dòng)量。這時(shí)斜盤也被帶動(dòng)作相應(yīng)的擺動(dòng),使傾斜角減小,泵的流量也隨之相應(yīng)地減小。
由上述可知,伺服變量機(jī)構(gòu)是通過(guò)操作液壓伺服閥動(dòng)作,利用泵輸出的壓力油來(lái)推動(dòng)變量活塞實(shí)現(xiàn)變量的,在拉桿上加很小的力就可以靈敏地控制較大的活塞4,所以變量活塞4被稱為伺服隨動(dòng)活塞。拉桿可用手動(dòng)方式或機(jī)械方式操作,斜盤可以傾斜士18°,故在工作過(guò)程中泵的吸壓油方向可以變換,因而這種泵就稱為雙向變量液壓泵。
3.通軸武軸向柱塞泵的基本結(jié)構(gòu)
圖S所示的柱塞泵也稱為非通軸式軸向柱塞泵,其主要缺點(diǎn)之一是要采用大型滾柱軸承來(lái)承受斜盤4施加給缸體的巨大徑向分力,軸承的壽命較低,且轉(zhuǎn)速不高,噪聲大,成本高。為此,近年來(lái)發(fā)展了一種通軸式向柱塞泵,圖U所示為它的典型結(jié)構(gòu)。其工作原理和非通軸式基本相同。不同之處主要在于:通軸泵的主軸直接采用了如圖U所示的兩端支承,使斜盤通過(guò)柱塞作用在缸體上的徑向分力可以直接由主軸來(lái)承受,因而取消了缸體外緣的大軸承,使通軸泵的轉(zhuǎn)速得以提高。
4.斜軸武軸向柱塞泵
(1)斜軸式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)。圖V所示為斜軸式單向變量泵的一種典型結(jié)構(gòu),它由主軸、泵殼、軸承、帶連桿的柱塞、中心軸、缸體、配流盤和變量機(jī)構(gòu)等主要部分組成。主軸由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),并通過(guò)連桿、柱塞帶動(dòng)缸體旋轉(zhuǎn)。由于缸體軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相交一個(gè)角度,當(dāng)缸體旋轉(zhuǎn)時(shí),柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng),并通過(guò)配流盤吸油和壓油。配流盤與變量殼體的接觸面做成弧形,通過(guò)一個(gè)撥銷將配流盤與變量機(jī)構(gòu)連接起來(lái)。
(2)斜軸式軸向柱塞泵的白動(dòng)補(bǔ)償原理。這種泵通過(guò)右邊的白動(dòng)補(bǔ)償調(diào)整機(jī)構(gòu)可以在輸出壓力減小時(shí)自動(dòng)地通過(guò)增加流量來(lái)補(bǔ)償和調(diào)整壓力。當(dāng)負(fù)載壓力升高時(shí),壓力油通過(guò)噴嘴2作用到先導(dǎo)活塞3的上端,并推動(dòng)導(dǎo)桿4和控制閥芯9,由于此推力大于調(diào)節(jié)彈簧兒的作用力,控制閥芯9將向下移動(dòng),使壓力油通過(guò)閥套10的徑向孔進(jìn)入變量活塞13的下腔,由于活塞下端的面積大而上端面積小,活塞13將向上移動(dòng),從而帶動(dòng)缸體16使擺角變小,減小了泵的流量,實(shí)現(xiàn)了變量的目的。與此同時(shí),套在導(dǎo)桿上的大小彈簧也受到壓力。該壓力通過(guò)導(dǎo)桿作用于先導(dǎo)活塞上,使先導(dǎo)活塞下端受到的力與上端的液壓力相平衡,導(dǎo)桿對(duì)控制閥芯的壓力減小,使控制閥芯上移直到閥套徑向孔被關(guān)閉,于是變量活塞就固定在某一個(gè)位置上。反之,當(dāng)負(fù)載壓力減小時(shí),調(diào)節(jié)彈簧通過(guò)作用力控制閥芯、導(dǎo)桿傳到活塞上的壓力大于先導(dǎo)活塞上端的壓力時(shí),控制閥芯在調(diào)節(jié)彈簧的作用下向上移動(dòng),將變量活塞大腔的控制油與低壓腔溝通,變量活塞小端壓力高而大端壓力低,變量活塞又在液壓力的差值作用下向下移動(dòng),通過(guò)撥銷使缸體與主軸之間的擺角增大、流量增大。同時(shí),大小彈簧對(duì)先導(dǎo)活塞的壓力減小,先導(dǎo)活塞在上面壓力的作用下叉推動(dòng)導(dǎo)桿和控制閥芯下移,直到與調(diào)節(jié)彈簧力相平衡,這時(shí)變量活塞又在某一位置處于新的平衡狀態(tài)。因此,這種變量方式是使流量隨著壓力的變化而自動(dòng)作相應(yīng)的變化,可以大致保持流量與壓力的乘積不變,即恒功率變量。
(3)斜軸式軸向柱塞泵的特點(diǎn)。與斜盤式泵相比較,這類泵的最大特點(diǎn)是變量范圍大,這種斜軸式泵由于柱塞和缸體所受的徑向作用力較小,泵的強(qiáng)度較高,允許的傾角較大,所以變量范圍較大。一般斜盤式泵的最大傾角為20°左右,而斜軸式泵的最大傾角可達(dá)40°。另一方面,由于其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,外形尺寸和質(zhì)量均較大,由于它靠擺動(dòng)缸體來(lái)改變流量,故其體積和變量機(jī)構(gòu)的慣量較大,變量機(jī)構(gòu)動(dòng)作的響應(yīng)速度較低。