阀配流超高压轴向柱塞泵论文.pdf

ZBG 型阀配流超高压轴向柱塞泵 ZBG 型阀配流超高压轴向柱塞泵 张国荣 管文升 张国荣 管文升 (天津市泽华源泵业科技发展有限公司研发中心 天津 300112) 摘 要：摘 要：本文介绍一种全新的阀配流超高压轴向柱塞泵。其特点是整体式超高压轴向柱塞泵用配油阀 的改进设计。这就使得油泵工作压力可以达到 100Mpa 的超高压水平。是目前国内少有的超高压液压元件。 关键词：关键词：阀配流原理 整体式超高压轴向柱塞泵用配油阀 100Mpa 工作压力 轴向柱塞泵 Summary:Summary: This paper introduces a new valve with high against the flow to the piston pump. Its characteristic is integral to high against the piston pump use oil distributing valve design improvement. This makes the pump pressure can reach 100 MPa super high level. Is the present domestic rare super high pressure hydraulic components. Key wordsKey words: The assignment principle and high against the to piston pump oil distributing valve with 100 MPa pressure axial piston pump 0 0 引言 目前，国内、外的轴向柱塞泵，多采用盘配流的配油方式。使用压力为 31.5MPa。其结 构复杂，加工困难，特别是配油盘，受加工条件的限制，且加工工艺复杂，使得产品在一般 性使用中显得价格较高。对于特殊用户的更高压力要求不能满足。 早在 50 年代， 天津市锻压机床厂就出现了一种阀配流轴向柱塞泵。 型号为 ZB 型轴向柱 塞泵和 ZZB 高低压组合泵。是由该厂陈中先生主设计并结合车间技术骨干人员研发生产的。 其工作压力可以达到 40Mpa 的水平。 该泵特点是体积小、噪音低、工作压力高、抗污染能力强。可以和低压齿轮泵结合组成 高低压组合泵，满足系统高压小流量，低压大流量工况要求，节省功率。 该泵一出现就受到了广大用户的欢迎。一直到 1965 年成立天津市高压泵阀厂后，仍是 该厂的一个重要产品。目前年销售量在 2000 台左右。 1997 年，张国荣先生主持的全面工作以后，针对用 户的特殊需求，开始了在 ZB 泵基础上的 100Mpa 超高压泵的开发研制工作。1998 年样机试 制成功并进行了台架试验。当时的天津工具二厂试制液压钳安全阀开启压力要求 90MPa,用 该泵作为动力源。 ZBG 超高压轴向柱塞泵适用于各种液压机械（塑料、砂轮、磨擦片、榨油机械） 。可广 泛用于流量小压力高的试验机、 液压机及大型液压系统中的保压及耐压工况中， 用于桥涵工 程、大型顶升作业及国防工业等各方面。 该泵的特点是超高压力、小流量、压力平稳、噪音低，抗污染能力强，结构简单便于维 修。可连续高压运转，允许高压停车和带压起动（保压时可随时补压），这是其他类型的轴 向柱塞泵做不到的。 1.1. 产品结构特点： 产品结构特点： ZBG 型超高压轴向柱塞泵是一种定量的液压油泵.其工作原理是: 传动轴上的连体斜盘与轴线成一定夹角,其斜面安装有压力轴承.柱塞缸组件中的 柱塞顶部球面在复位弹簧的作用下,与压力轴承活动圈平面紧贴.传动轴的转动,带动柱 塞沿柱塞缸孔做往复运动.使得液压油通过整体式吸排油阀座和泵体通道,形成油液的 吸入和排出油液压力的升高.传动轴转动一圈,柱塞完成一个吸排油过程. 结构简图见图 1 结构特点有以下几项: 1) 整体式配油阀结构设计，使得液压泵的高压腔密封性大幅提高。简化泵的总体结 构，相对制造成本降低了很多，具有了更好的可修复性，方便使用。 2) 特有的泵体焊接工艺与之配合，具有良好的密封性，可以将泵的出口压力油压力 提高到 100MPa.满足系统超高压的需求。 3) 传动轴的斜盘面与转动轴承贴紧，柱塞顶部设计成圆弧状在回程弹簧的作用下与 转动轴承紧贴。传动轴转动、斜面角度的变化使得柱塞吸油和压油，产生的液压 作用力。 4) 变盘配流为阀配流方式。这是吸收了轴向柱塞泵的结构特点和配油阀的抗污染能 力强优势，制作一个形状为圆型工件。其中，吸排油阀为一体结构，加工简单。 5) 柱塞缸作为独立元件结构设计，柱塞在柱塞缸的配合孔中沿与转动轴轴向平行的 方向做往复运动，通过一体式配油阀的配合，完成泵的吸压油过程。 6) 弹簧复位的柱塞组件结构设计，使得泵的主要结构简化，运动可靠。有利于利用 数控机床的可变化性和高自动化程度，大大降低制造成本，便于批量生产。 图 1 2.主要技术参数 2.主要技术参数 1998 年 5 月完成排量 1ml/r 超高压轴向柱塞泵台架试验。同时给用户试用效果良好。 与其配套的超高压溢流阀等元件同时进行了开发和验证. 3.结构设计和工艺要求 3.结构设计和工艺要求 a) 整体式配油阀结构设计整体式配油阀结构设计 原有的 ZB 泵吸排油阀座是分体结构设计方式.现将其变为整体式结构设计方式。 这是根 据超高压液压泵工况要求的特点和配油阀的可修复性优势进行的.结构简图见图 2 图 2 参照图 2 可以看出， 首先制作一个形状为圆形整体式配油阀本体， 然后加工出相关 沟槽和通道.其中设计有通油窗口、吸排油钢珠槽等结构，与泵体和柱塞缸等零件相结 合构成过油通道。 整体式配油阀结构中，标准钢珠是一个不可缺少的零件(见图 3)。他的位置决定了 液压泵本身的吸排油过程中液压油走向和压力。 它与配油阀的阀口的密封程度取决于阀 口的制作精度和装配工艺,这是关键点。 理论排量（ml/r） 1 2.5 4 转 速（rpm） 1800 1800 1800 额定压力（MPa） 100 100 100 噪 声（dB） 65 70 75 寿 命（h） 10000 10000 10000 总 效 率 85 85 85 图 3 使用时，随着传动轴的旋转，柱塞缸组件,泵体和整体式吸排油阀座这三件配合产 生油液的流动和升压。 传动轴的整体斜盘面与转动压力轴承 4 的定圈贴紧，设计成圆弧状的柱塞顶部,在 回程弹簧的作用下与转动轴承动圈平面紧贴。 传动轴转动、 斜面角度的变化使得柱塞做 往复运动,完成吸油和压油，产生液压作用力。 b) 泵体通道焊接工艺泵体通道焊接工艺: 泵体是该泵的关键零件,其直接承受液压油的流动过程,如何设计泵体中的过油通道,并 使排列在体中的 5 个整体式吸排油阀座、 柱塞缸组件相互沟通， 以形成一个完整的油流过程 是一件重要的工作。而采用怎样的工艺能够达到预想效果，又是产品性能保证、质量控制、 制造成本控制的关键。 公司的技术人员大胆采用了分件制作， 组装焊接再加工的工艺方法， 结合整体式吸排油 阀座零件，使得吸排油过程完全在同一个泵体内完成。由于泵体采用优质碳素结构钢材料， 使得泵的出口油压力可以达到 100MPa . 结构简图见图 4 图 4 从简图中可以看出，高压出油通道、整体式吸排油阀座通道、柱塞缸的油路通道已经形成 了完整连接。 钢球 c) 高刚度传动轴设计：高刚度传动轴设计： 液压行业使用很广的轴向柱塞泵，传动轴多为一端支撑式的结构设计，俗称半轴泵。 柱塞沿转动轴轴线方向往复运动， 即行程改变来完成吸压油过程， 就必须依靠与转动轴 成一定角度的斜盘来实现。 这就有一个柱塞压力的径向分力问题。 传递给泵的传动轴就会产 生一定的径向颠覆力矩。因此要求传动轴设计时必须考虑其刚度或采用其它方式加以克服。 泵的压力越高，这个颠覆力矩就会越大。 我们在考虑 100Mpa 超高压轴向柱塞泵的传动轴时，为了增加轴的刚度，同时尽量缩小 传动轴的径向尺寸，采用了两端支撑的传动轴结构方案，俗称通轴泵。传动轴两端均安装有 轴承， 用来减少转动摩擦力提高转速。 其中， 设计有转动轴承安装台阶、 压力轴承安装台阶、 支撑轴承安装台阶。 特别是压力轴承安装台阶与轴中心线有一定角度。 这个角度决定了柱塞 行程和液压泵的流量大小。 外伸直轴平键结构简图见图 5 图 5 d) 多种外连接方式多种外连接方式 液压泵本身与驱动机械的连接方式， 在使用中由于安装位置、 空间大小会有不同的需求。 因此，设计者考虑了这一因素，结合 ZBG 传动轴自身的条件，共有 4 种连接方式供用户选 择。即内平键、内花键、外平键、外花键。上述连接方式均采用国际标准的连接尺寸。因此 会比较广泛的适用各种工况。 连接尺寸方式见下表： 排量 ml/r 1 2.5 4 外伸轴平键 28 /830 28 /830 28 /830 外伸轴花键 623f726a116d10 GB/T 11442001 623f726a116d10 GB/T 11442001 623f726a116d10 GB/T 11442001 内孔平键 28/键宽 8 28/键宽 8 28/键宽 8 内孔花键 623H726H106H11 GB/T 11442001 623H726H106H11 GB/T 11442001 623H726H106H11 GB/T 11442001 根据用户需求,花键形式可以分为矩形花键(GB/T 11442001） 、圆柱齿轮渐开线花键 （GB/T3478.1-1995） 、德国（DIN5464 1965）标准花键等多种方式。以满足不同的工况连 接。 e) 外形和相关连接介绍外形和相关连接介绍 该泵的外形尺寸小，总重在 16 左右。 泵的径向尺寸为 126，最大直径处为 142。 内轴孔平键方式的泵，轴向长度 206 . 外伸轴平键方式的泵，轴向长度 240 . 结论结论 总之，该种泵的发明，使得需要特殊较高压力的用户有了一种选择。目前，国内市场上 见到的最高压力为 80Mpa 产品是山东德州德克液压的 RK 泵。它属于径向柱塞泵。在轴向 柱塞泵方面，ZBG 超高压泵是一种原有 ZB 泵的全新改进。它像原有的 ZB 泵一样，可以与 不同规格的齿轮泵组合成 ZZBG 高低压组合泵。实现低压大流量，高压小流量的工况要求， 从而达到节能目的。 同时，配合液压控制系统需要的超高压阀的研制将同步进行。 该泵已经申请了国家发明和实用新型专利，