专利名称：一种提高高速重载柱塞泵性能的方法及新型锥形缸体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柱塞泵关键摩擦副领域，特别是一种提高高速重载柱塞泵性能的方法及新型锥形缸体装置。
背景技术：
轴向柱塞泵由于结构紧凑、功率密度大、寿命长等独特优点在流体传动领域得到了广泛应用。随着液压传动和控制技术的不断发展，轴向柱塞泵正向着高压、高速及大排量的方向发展。随着全球环境的变化，人类对环境保护问题愈来愈重视，更加要求各种产品都能够实现节能环保的功能。液压泵作为整个液压传动系统的动力核心元件，尽量克服液压泵自身泄露和噪音大的缺点受到越来越高的重视，液压柱塞泵技术正向成为用户追求的“洁净液压、静音液压、易用液压”的方向发展。高速重载轴向柱塞泵的缸体绝大部分为镶嵌青铜套的组合式缸体。基体材料多为GCrl5、20Cr、12CrNi3A等合金钢。镶嵌缸套通常为ZQSn 10— I青铜、锑青铜、10— 2— 3锡铅镍青铜、ZQA19—4青铜等软材料。大功率轴向柱塞泵随着缸体体积增大与转速的提高，缸体内缸套出现柱塞回程时铜套与缸体脱落的故障现象的概率越来越高。一旦铜套被拖出，柱塞泵会在极短的时间内造成报废，主机系统随之陷入瘫痪。当今液压泵技术正向着低重量、小体积、高压、高温等大功率重载方向发展。传统的柱形缸体，在泵的排量比较大的时候，配流盘的直径将会做得比较大，这不仅增大了泵的整体尺寸，而且增加了泵的重量。因此，研制高压、高温、高功率密度的液压泵技术已成为发展的必然需求。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种提高高速重载柱塞泵性能的方法及新型锥形缸体装置。本发明能保证高速重载轴向柱塞泵的体积和重量基本不变的情况下，还能大幅提高其排量、转速、工作可靠性，同时达到消音降噪、避免铜套脱落故障，提高高速重载轴向柱塞泵的使用寿命。本发明的技术方案:一种提高高速重载柱塞泵性能的方法，通过将缸体的主轴轴线与柱塞轴线呈夹角α设置，并将缸体上的吸排油孔中心线与主轴轴线呈夹角β设置，从而提高柱塞泵的工作转速及排量。前述的提高高速重载柱塞泵性能的方法中，所述的夹角α范围控制在3 8°，夹角β范围控制在2 5° ;且夹角β小于夹角α。前述的提高高速重载柱塞泵性能的方法中，将缸体外壁锥形设置，从而减小配油盘直径，降低缸体配流面运动的线速度，使P V值变小，进一步提高柱塞泵的性能。前述的提高高速重载柱塞泵性能的方法中，所述的缸体外壁包括有靠近吸排油孔的缸体前段外壁和靠近缸体铜套的缸体后段外壁，缸体后段外壁与缸体前段外壁形成夹角Y，夹角Y彡夹角α。实现前述的提高高速重载柱塞泵性能的方法的新型锥形缸体装置中，包括缸体和水平设置在缸体中心的主轴孔，主轴孔周边均布设有若干倾斜的柱塞孔，柱塞孔一端连通倾斜设置的吸排油孔，另一端设有铜套。前述的新型锥形缸体装置中，所述的柱塞孔的中心线与主轴孔中心线形成夹角α，夹角α范围控制在3 8°。前述的新型锥形缸体装置中，所述的吸排油孔的中心线与主轴孔中心线形成夹角β，夹角β范围控制在2 5°，且夹角β小于夹角α。前述的新型锥形缸体装置中，所述的靠近吸排油孔的缸体前段外壁成锥形，靠近铜套的缸体后段外壁为圆柱形，且与缸体前段外壁形成夹角Y ;所述的夹角Y <夹角α。前述的新型锥形缸体装置中，所述的缸体上在吸排油孔一侧的端面为球面配流结构端面。前述的新型锥形缸体装置中，所述的若干柱塞孔为5、7、9或11个奇数柱塞孔。与现有技术相比，本发明通过将高速重载轴向柱塞泵的缸体柱塞孔轴线与主轴孔轴线设计成具有一定夹角α，使柱塞孔在缸体内分布在以主轴孔轴线为中心线，柱塞孔轴线为母线，二者之间夹角为α的圆锥面上。对应缸体内开设有5 —11个奇数柱塞孔的锥形分布，为使缸体结构更加符合液压油的理想流动特性，将缸体的吸、排油孔中心线与主轴孔轴线设计成具有一定夹角β。从而能最大限度上减轻缸体重量、减小转动惯量，还能保证缸体足够刚度。因此，本发明结构简单、经济适用，不需要对现有产品进行大的改动，就能大幅提高其工作性能，结构简单、经济方便。斜柱塞锥形缸体这一不同于传统直柱塞圆柱形缸体的特殊设计形式，使的斜柱塞泵 的特性与直柱塞泵的特性相比发生了显著的变化。具体如下:
1、由于柱塞在缸体中呈锥形分布，这使在相同空间结构下其柱塞行程增加从
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而致使泵的每转排量增加；2、缸体锥形结构，使缸体与配油盘间的球形接触面减小，同时使分油盘吸、排油腔椭圆形孔的分布圆半径减小，从而有利于减小配油盘直径，降低缸体配流面运动的线速度，使P V值变小，还能在相同工作压力下，使泵自身具有更高的允许转速，流量进一步变大；3、柱塞转动时的离心力有一个沿着柱塞回程方向的分力，从而有助于柱塞的回程，提高柱塞泵工作时的自吸能力。本发明的斜柱塞在运动分析及受力分析上发生了显著的变化，进而导致柱塞运动学、动力学特性及泵流量特性的变化。在锥形缸体结构分析、受力分析及工作时流体特性模拟分析的基础上，本发明对锥形缸体的各项参数进行了对比优化分析，得出其各项参数间的最佳配合值。a、根据轴向柱塞泵排量的不同，缸体柱塞孔轴线与主轴轴线间的夹角α的最优值在3 8°之间，夹角α使柱塞转动产生的离心力得到合理的分解(作用于柱塞孔壁的分力与沿柱塞回程方向的分力)。〈1>作用于柱塞孔壁的力减小，使其柱塞与缸体间的摩擦力变小，这在一定程度上解决了高速重载轴向柱塞泵随着工作压力和转速的提高，有效避免回程时缸体和铜套脱离故障的发生，大幅提高高速重载柱塞泵的可靠性。〈2>由于摩擦力变小，柱塞与缸体间的磨损减轻，从而起到提高摩擦副使用寿命、降低噪音的作用。〈3>沿柱塞回程方向的分力，使柱塞对滑履产生一定的压紧力，对此压紧力与滑履底部油膜的建立条件进行优化分析，在夹角α下滑履可建立起接近理想状态的静压平衡，减小滑履与斜盘间的磨损量，增加其工作可靠性；b、为减小缸体在完成吸、排油过程中，液压油经过弯道时因冲击而造成的噪声影响，根据结构分析及流体特性模拟分析，缸体的吸、排油孔中心线与缸体主轴轴线间形成夹角β，使得流体在柱塞孔内的流动与在吸、排油孔内的流动更为吻合，减小了冲击现象，降低了流体边界层损失和涡流损耗以及涡流噪声，从而达到消音降噪的设计目的，夹角β的最优值在2 5°之间，这使缸体结构更加符合液压油的理想流动特性；c、经优化分析，缸体外形的锥角Y与夹角α的值大小相接近，缸体后段外壁为圆柱形部分的长度根据柱塞行程的不同而改变。这就最大限度上减轻缸体重量、减小其转动惯量，达到进一步降低轴向柱塞泵工作噪音的目的。同时减轻了泵的重量、节约材料；d、通过对锥形缸体进行优化分析后，应用本发明的高速重载轴向柱塞泵的体积与原来相比下降了大约15%，转速提高10%、噪音降低15%左右；泵的机构更为紧凑，在相同材料下提高了其可靠性。
图1是本发明的结构示意图；图2是图1的侧视图。附图中的标记为:1-缸体，2-铜套，3-柱塞孔，4-缸体端面，5-吸排油孔，6_主轴孔。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。实施例。一种提高高速重载柱塞泵性能的方法，其特征在于:通过将缸体的主轴轴线与柱塞轴线呈夹角α设置，并将缸体上的吸排油孔中心线与主轴轴线呈夹角β设置，从而提高柱塞泵的工作转速及排量；所述的夹角α范围控制在3 8°，夹角β范围控制在2 5° ;且夹角β小于夹角α ;将缸体外壁锥形设置，从而减小配油盘直径，降低缸体配流面运动的线速度，使P V值变小，进一步提高柱塞泵的性能；所述的缸体外壁包括有靠近吸排油孔的缸体前段外壁和靠近缸体铜套的缸体后段外壁，缸体后段外壁与缸体前段外壁形成夹角Y，夹角Y <夹角α。实现提高高速重载柱塞泵性能的方法的新型锥形缸体装置，构成如图1和2所示，包括缸体I和水平设置在缸体I中心的主轴孔6，主轴孔6周边均布设有若干倾斜的柱塞孔3，柱塞孔3 —端连通倾斜设置的吸排油孔5，另一端设有铜套2。所述的柱塞孔3中心线与主轴孔6中心线形成夹角α，夹角α范围控制在3 8°，较好的是5 6°。所述的吸排油孔5中心线与主轴孔6中心线形成夹角β，夹角β范围控制在2 5° ,且夹角β小于夹角α。所述的靠近吸排油孔5的缸体前段外壁成锥形，靠近铜套2的缸体后段外壁为圆柱形，且与缸体前段外壁形成夹角Y ;所述的夹角Y <夹角α。所述的夹角Y <夹角α，缸体外形设计成具有锥角Y的锥形，锥角Y与夹角α的值大小尽可能接近；或者说只将缸体外形柱塞端一小段长度内设计成圆柱形，这就最大限度上减轻了缸体重量、减小其转动惯量。所述在吸排油孔5 —侧的缸体端面4为球面配流结构端面。所述的若干柱塞孔3为5、7、9或11个奇数柱塞孔。
权利要求
1.一种提高高速重载柱塞泵性能的方法，其特征在于:通过将缸体的主轴轴线与柱塞轴线呈夹角α设置，并将缸体上的吸排油孔中心线与主轴轴线呈夹角β设置，从而提高柱塞泵的工作转速及排量。
2.根据权利要求1所述的提高高速重载柱塞泵性能的方法，其特征在于:所述的夹角α范围控制在3 8°，夹角β范围控制在2 5° ;且夹角β小于夹角a。
3.根据权利要求2所述的提高高速重载柱塞泵性能的方法，其特征在于:将缸体外壁锥形设置，从而减小配油盘直径，降低缸体配流面运动的线速度，使P V值变小，进一步提高柱塞泵的性能 。
4.根据权利要求3所述的提高高速重载柱塞泵性能的方法，其特征在于:所述的缸体外壁包括有靠近吸排油孔的缸体前段外壁和靠近缸体铜套的缸体后段外壁，缸体后段外壁与缸体前段外壁形成夹角Y，夹角Y <夹角α。
5.实现权利要求1-4任一权利要求所述的提高高速重载柱塞泵性能的方法的新型锥形缸体装置，其特征在于:包括缸体(I)和水平设置在缸体(I)中心的主轴孔(6)，主轴孔(6)周边均布设有若干倾斜的柱塞孔(3)，柱塞孔(3) —端连通倾斜设置的吸排油孔(5)，另一端设有铜套(2)。
6.根据权利要求5所述的新型锥形缸体装置，其特征在于:所述的柱塞孔(3)中心线与主轴孔(6)中心线形成夹角α，夹角α范围控制在3 8°。
7.根据权利要求6所述的新型锥形缸体装置，其特征在于:所述的吸排油孔(5)中心线与主轴孔(6)中心线形成夹角β，夹角β范围控制在2 5°，且夹角β小于夹角a。
8.根据权利要求7所述的新型锥形缸体装置，其特征在于:所述的靠近吸排油孔(5)的缸体前段外壁成锥形，靠近铜套(2)的缸体后段外壁为圆柱形，且与缸体前段外壁形成夹角Y ;所述的夹角Y彡夹角α。
9.根据权利要求8所述的新型锥形缸体装置，其特征在于:所述在吸排油孔(5)—侧的缸体端面(4)为球面配流结构端面。
10.根据权利要求9所述的新型锥形缸体装置，其特征在于:所述的若干柱塞孔(3)为.5、7、9或11个奇数柱塞孔。
全文摘要
本发明公开了一种提高高速重载柱塞泵性能的方法及新型锥形缸体装置，方法是通过将缸体的主轴轴线与柱塞轴线呈夹角α设置，并将缸体上的吸排油孔中心线与主轴轴线呈夹角β设置，从而提高柱塞泵的工作转速及排量；新型锥形缸体装置构成包括缸体(1)和水平设置在缸体(1)中心的主轴孔(6)，主轴孔(6)周边均布设有若干倾斜的柱塞孔(3)，柱塞孔(3)一端连通倾斜设置的吸排油孔(5)，另一端设有铜套(2)。本发明能保证高速重载轴向柱塞泵的体积和重量基本不变的情况下，还能大幅提高其排量、转速、工作可靠性，同时达到消音降噪、避免铜套脱落故障，提高高速重载轴向柱塞泵的使用寿命。
文档编号F04B53/16GK103147975SQ20131007149
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者陆仕, 舒代雄, 滕生磊, 王祥, 罗娜, 史进武 申请人:中航力源液压股份有限公司