高壓小流量斜盤式軸向柱塞泵的設(shè)計(jì)計(jì)算

第31卷第10期2010年10月煤礦機(jī)械CoalMineMachineryVol.31No.10Oct.2010高壓小流量斜盤式軸向柱塞泵的設(shè)計(jì)計(jì)算*馮志君1，曾杰2，張建剛（1.廣西工學(xué)院，廣西柳州545006；2.歐維姆機(jī)械有限責(zé)任公司，廣西柳州545005）摘要：介紹了一款新型斜盤式軸向柱塞泵設(shè)計(jì)及計(jì)算，該泵采用缸體固定、斜盤旋轉(zhuǎn)、閥式配流等結(jié)構(gòu)形式，其泵體結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，輸出油液壓力高、流量小，滿足液壓千斤頂?shù)墓┯吞攸c(diǎn)，對實(shí)現(xiàn)液壓千斤頂供油自動(dòng)化具有重要意義。關(guān)鍵詞：斜盤式軸向柱塞泵；斜盤旋轉(zhuǎn)；閥配流；液壓千斤頂中圖分類號：TH322文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1003－0794（2010）10－0022－02DesignandCalculationofSlantingAxialPistonPumpofHighPressureandLowFlowRateFENGZhi-jun1，ZENGJie2，ZHANGJian-gang(1.GuangxiUniversityofTechnology,Liuzhou545006,China；2.OVMMachineryCo.,Ltd.,Liuzhou545005,China)Abstract:Thedesignandcalculationofanewtypeofslantingaxialpistonpumpwereintroduces.Thepumphasthestructureofcylinderbodyfixed,swashplaterotating,andvalvedistributing.Itscharacericticiscompact,smallsize.Anditsoutputoilisthecharactericticofhighpressureandlowflowrate,whichmeetstheoilsupplyingofhydraulichoistingjacks.Itissignificanttoachieveautomationofoilsupplyingforhydraulichoistingjack.Keywords:slantingaxialpistonpump;swashplaterotating;valvedistributing;hydraulichoistingjack0引言隨著現(xiàn)代重型機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，液壓千斤頂已成為安裝和維修重型設(shè)備的必備工具。為提高勞動(dòng)效率、降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，開發(fā)適合液壓千斤頂用的自動(dòng)供油泵以適應(yīng)市場需求。針對液壓千斤頂使用過程中所需要的壓力高、流量小、經(jīng)常露天作業(yè)且可移動(dòng)等特點(diǎn)，某公司自主研發(fā)了一種高壓小流量的斜盤式軸向柱塞泵。本文對此高壓小流量柱塞泵的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)計(jì)算，作一簡要說明。改進(jìn)后的柱塞泵結(jié)構(gòu)如圖1所示，其殼體由上體和下體兩部分組成，柱塞直接安裝在泵殼的下體上，因此下體本身就是柱塞缸的缸體，此缸體是固定的。該泵傳動(dòng)軸帶動(dòng)斜盤旋轉(zhuǎn)，柱塞在斜盤壓力和彈簧回程力的作用下，在缸體內(nèi)完成伸縮動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)其吸排油功能。油泵下體結(jié)構(gòu)如圖2所示，它集配流、柱塞缸缸體、油泵外殼等多個(gè)功能于一體，大大簡化了柱塞泵結(jié)構(gòu)。1柱塞泵的基本結(jié)構(gòu)此高壓小流量柱塞泵的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。5排油吸油1234圖1柱塞泵結(jié)構(gòu)圖圖2油泵下體結(jié)構(gòu)圖1.上體2.主軸3.柱塞4.下體5.回程彈簧它繼承了柱塞泵的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，針對液壓千斤頂?shù)膲毫Ω摺⒘髁啃〉奶厥庑枨?，在基本結(jié)構(gòu)上做了重大改進(jìn)，其特點(diǎn)：（1）柱塞缸缸體固定，斜盤旋轉(zhuǎn)*機(jī)械工程及自動(dòng)化特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)（TS1Z098）；廣西教育廳科研項(xiàng)目（200911LX149）（2）柱塞與斜盤點(diǎn)接觸柱塞與斜盤之間的正壓力FN與柱塞底部的液壓力成正比，還與柱塞缸直徑的平方成正比。高壓大流量的柱塞泵FN力相當(dāng)大，受接觸點(diǎn)擠壓應(yīng)力的限制，為改善柱塞頭部的接觸情況，一般必須采用滑靴結(jié)構(gòu)。液壓千斤頂所需油液壓力高但流量小，所設(shè)計(jì)泵的柱塞直徑相對來說就很小，經(jīng)校核計(jì)算22第31卷第10期結(jié)構(gòu)如圖3所示。高壓小流量斜盤式軸向柱塞泵的設(shè)計(jì)計(jì)算———馮志君，等Vol.31No.10（1）該泵柱塞與斜盤之間可以采用點(diǎn)接觸的方式。柱塞式中dz=姨3lbb——斜盤傾角，設(shè)計(jì)值γ＝6.5°；γ———柱塞數(shù)，設(shè)計(jì)數(shù)Z＝6；Z———結(jié)構(gòu)參數(shù)，Z=6時(shí)取m＝3.1,對dz數(shù)值進(jìn)m—行圓整化，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取dz=10mm。柱塞長度圖3柱塞（3）采用配流閥為提高油泵輸出壓力，采用閥配流方式，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。13L≥l0+Smax+lmin式中——最小留孔長度；l0———柱塞最大行程；Smax———柱塞最小外伸長度。lmin—（2）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一般取柱塞長度Ls=（3.2～5.5）dz，壓油腔排油口這里取L=5dz=50mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，常取柱塞頭球半徑Rs=（1.5～2.25）dz，這里取Rs=2dz=20mm。另為改善柱塞和柱塞套的接觸條件，在柱塞面上應(yīng)開幾條圓形斷面環(huán)形槽，取環(huán)形槽半徑R=0.5mm，環(huán)形槽間隔t=7mm。在缸體上各柱塞孔直徑所占的弧長約為分布圓周長的75%，即4吸油口圖4配流閥結(jié)構(gòu)圖1、2.單向閥3.配流閥座4.緊固螺釘當(dāng)柱塞向外伸出運(yùn)動(dòng)時(shí)，柱塞孔內(nèi)密封工作腔容積不斷增加，產(chǎn)生局部真空，在大氣壓的作用下，油箱的油液推開單向閥2，從吸油口進(jìn)入柱塞缸底部，完成吸油過程，與此同時(shí)單向閥1在另外2個(gè)柱塞排出高壓油的作用下，將柱塞腔的排油口堵死，使壓油腔與吸油口隔開。當(dāng)柱塞向內(nèi)縮回運(yùn)動(dòng)時(shí)，柱塞孔內(nèi)密封工作腔容積不斷減小，柱塞腔里的油液壓力逐漸升高，使得單向閥2關(guān)閉，單向閥1被推開，油液從柱塞腔流經(jīng)壓油腔，到排油口完成壓油過程。3個(gè)相通的柱塞依此順序吸油和排油，使得油泵的流量很小。（4）柱塞與柱塞套配合柱塞的往返運(yùn)動(dòng)對泵體上的柱塞孔磨損很嚴(yán)重，為提高柱塞及柱塞孔的耐磨性，特設(shè)計(jì)與柱塞相配合的柱塞套，柱塞與柱塞套均選用GCr15材料，并將柱塞套鑲嵌在泵下體的柱塞孔內(nèi)，這樣既增加了柱塞與柱塞套間的耐磨性，又減小了對泵下體材料的要求。式中Zdz=0.75f——柱塞分布圓的直徑。Df—代入數(shù)據(jù)后并圓整化，得Df=60mm。（3）3結(jié)語通過以上對高壓小流量柱塞泵的結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵零部件的幾何尺寸計(jì)算可以看出：此油泵整體尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單，能夠滿足液壓千斤頂?shù)膶?shí)際要求，可以實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)供油的需求，從而大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。參考文獻(xiàn)：［1］聞德生.斜盤型開路式軸向柱塞泵［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1993.［2］徐繩武.柱塞式液壓泵［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1985.［3］紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京:高等教育出版社,2001.［4］黃天成,呂倫.柱塞泵泵頭體應(yīng)力集中及疲勞壽命分析［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2008(12):193-194.［5］劉曉紅,于蘭英.液壓軸向柱塞泵配流盤氣蝕機(jī)理［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào),2008(11)：203-208.作者簡介：馮志君（1968-），女，河北深縣人，講師，在讀博士生，研究方向：設(shè)備故障智能監(jiān)測與診斷，電子信箱：fzjwywmz@163.com.2主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算油泵設(shè)計(jì)的主要參數(shù)：工作壓力50MPa,流量Qlb=4L/min,轉(zhuǎn)速nb=1420r/min。根據(jù)流量公式，柱塞直徑≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥責(zé)任編輯：王海英收稿日期：2010－05－1機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究與實(shí)踐兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司機(jī)械制修廠從設(shè)計(jì)變量的選擇、目標(biāo)函數(shù)的建立、約束條件的確定、數(shù)學(xué)模型的尺度變換、數(shù)據(jù)表和線圖資料的使用、優(yōu)化結(jié)果的分析與處理等方面對機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)建模和求解問題進(jìn)行了研究。機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的限制多種多樣，但都?xì)w屬于兩大類：第一類性態(tài)約束是預(yù)測可能被破壞或失效的特性，具體表現(xiàn)為設(shè)計(jì)對象的某項(xiàng)