液压自动对中柱塞副的制作方法

本实用新型属于以活塞驱动为特点的设备或装置技术领域，具体涉及到一种可提高柱塞类液压元件可靠性的液压自动对中柱塞副。

背景技术：

目前，中国的柱塞泵设计理论和资料，以及国产柱塞泵，都采用圆柱形的缸孔内配一圆柱形的柱塞。在工作过程中，高压区的柱塞副受力情况如下，此处仅以主要的液压力为例来分析，其它诸如滑靴副的摩擦力、柱塞组的离心力等与之相似。如图3所示，柱塞泵压油过程中，出口压力油p_s作用于柱塞端面产生液压力F_h，通过柱塞、滑靴传递到斜盘，则斜盘产生反力N，方向通过柱塞球头垂直于斜盘；由于存在斜盘倾角γ，因此，首先斜盘反力N必使柱塞有弯曲的趋势；也必产生侧向力R₁和R₂，进而产生摩擦力μ(R₁+R₂)，消耗能量降低了柱塞泵的机械效率。其次，柱塞在缸孔里倾斜运动，导致泄漏量大增，降低了柱塞泵的容积效率。第三，R₁和R₂的反作用力使缸体产生倾覆力矩，破坏配流副的平稳运动，并使配流副密封间隙发生变化，泄漏量增加，容积效率下降。第四，由于R₁和R₂都是周期性变化量，这大大增加了配流副力和力矩平衡的难度，以致于我们不得不以增加配流副的压紧系数来平衡。第五，增加配流副的压紧系数，就等于在降低柱塞泵寿命及其可靠性，这就是国产柱塞泵寿命及其可靠性差的主要根源。第六，周期性变化的力，容易导致配流副油膜被挤压破坏，造成拉伤；容易导致配流副密封间隙变大，造成泄漏量增加；也容易引起运动副振动和噪音。第七，再考虑到其它侧向力诸如滑靴副的摩擦力、柱塞组的离心力等等，它们都能通过柱塞传递到缸体上，产生的效果也大致相同，因此，配流副的情况会更糟糕。综上，配流副成为柱塞泵最薄弱环节，但根源却在柱塞副。在柱塞泵所有故障中，配流副的磨损、拉伤和泄漏占比在百分之九十左右。因此，首先解决配流副发生故障问题，是我们目前最主要的工作。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述柱塞泵的不足,提供一种设计合理、结构简单、能有效减小或者消除机械摩擦力、减小泄漏量、提高总效率、降低振动和噪声、大幅度降低配流副的压紧系数并提升配流副的寿命及其可靠性的液压自动对中柱塞副。

解决上述技术问题采用的技术方案是：包括缸体和柱塞，所述的柱塞装配于所述的缸体内部，所述的柱塞沿所述的缸体轴线方向做往复运动，所述的缸体一端设置于配流盘上，所述的柱塞球头设置于滑靴球窝内，所述的滑靴设置于斜盘上，所述的缸体为靠近柱塞球头一端收敛的圆锥形缸孔，所述的柱塞为圆柱形结构，或者所述的柱塞为球头相对一端收敛的圆锥形柱塞，所述的缸体为圆柱形缸孔。

本实用新型的圆锥形缸孔的锥度与柱塞副平均间隙之比为16:100。

本实用新型的圆锥形缸孔的锥度与柱塞副平均间隙之比为14～18:100。

本实用新型的圆锥形柱塞的锥度与柱塞副平均间隙之比为16:100。

本实用新型的圆锥形柱塞的锥度与柱塞副平均间隙之比为14～18:100。

由于本实用新型采用了将缸体设计为靠近柱塞球头一端收敛的圆锥形缸孔且柱塞设计为圆柱形结构或者将柱塞设计为球头相对一端收敛的圆锥形柱塞且缸体设计为圆柱形缸孔，保证压力油沿流动方向缝隙减小，同时保证液压自动对中力F永远不小于斜盘反力在侧向的分力Nsinγ。由于高压区柱塞副液压自动对中，因此，柱塞与缸孔周围不接触，则传统柱塞副上的侧向力R₁和R₂都不存在、而被液压自动对中柱塞副里面的高压流体全部被吸收，形成柱塞副中的内力，对外不表现出来。这样，不但柱塞副无机械摩擦力，即无磨损；而且，液压自动对中生成的同心圆环缝隙柱塞副，其泄漏量最小，容积效率最高；更重要的是，传统柱塞副里通过柱塞传递到缸体上的所有侧向力，全部被液压自动对中柱塞副内部的高压介质所吸收，对外不表现出来：也就是说，缸体再也不受柱塞传递过来的各种侧向力的侵扰，配流副的压紧系数可望大幅降低，油膜保持均匀，配流副将能够平稳地、高速旋转地进行工作；极大地保证了配流副的油膜厚度不被挤压破坏，故柱塞泵的性能、尤其是柱塞泵寿命及其可靠性将获得大幅提升；该装置设计合理、结构简单，可推广应用到所有柱塞、活塞类液压元件、甚至发动机的冲程中。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。

图2是图1的受力分析示意图。

图3是本实用新型背景技术受力分析示意图。

图中：1、斜盘；2、滑靴；3、柱塞；4、缸体；5、配流盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明，但本实用新型不限于这些实施例。

实施例1

在图1、2中，本实用新型液压自动对中柱塞副包括缸体4和柱塞3：

柱塞3安装在缸体4内部，并且柱塞3可沿所述的缸体4轴线方向做往复运动，所述的缸体4一端压紧配合安装在配流盘5上，所述的柱塞3球头安装于滑靴2球窝内，所述的滑靴2安装于斜盘1上，基于液压自动对中原理，为了提升柱塞泵的寿命及其可靠性，所述的缸体4设计为靠近柱塞3球头一端收敛的圆锥形缸孔，所述的柱塞3设计为圆柱形结构，该设计使压力油沿流动方向缝隙减小，同时为了保证液压自动对中力F永远不小于斜盘1反力在侧向的分力Nsinγ，所述的圆锥形缸孔的锥度与柱塞副平均间隙之比为14～18:100；同样地，基于液压自动对中原理，为了提升柱塞泵的寿命及其可靠性，也可以将所述的柱塞3设计为球头相对一端收敛的圆锥形柱塞，所述的缸体4设计为圆柱形缸孔，该设计也可以使压力油沿流动方向缝隙减小，同时为了保证液压自动对中力F永远不小于斜盘1反力在侧向的分力Nsinγ，所述的圆锥形柱塞的锥度与柱塞副平均间隙之比为14～18:100。

本实用新型的工作原理如下：

基于液压对中原理，将缸体4设计成圆锥形或者将柱塞3设计成圆锥形，使压力油沿流动方向缝隙减小。那么，液压自动对中柱塞副内的压力分布规律如图2所示。同时，保证液压自动对中力F永远不小于斜盘1反力在侧向的分力Nsinγ，由于在柱塞3传递的所有侧向力中，斜盘1反力在侧向的分力Nsinγ是最大的，因此，如果液压自动对中力能强行掌控住斜盘1反力在侧向的分力，则必能同时强行掌控柱塞3传递的所有侧向力。故

F≥Nsinγ

或

即4kl≥πdsinγ (1)

式中，k——液压自动对中系数；

l——柱塞3最小留缸长度；

d——柱塞3直径；

γ——斜盘1最大倾角；

(1)式就是柱塞副液压自动对中的条件。

由于高压区柱塞副液压自动对中，因此，柱塞3与缸体4周围不接触，则传统柱塞副上的侧向力R₁和R₂都不存在、而被液压自动对中柱塞副里面的高压流体全部被吸收，形成柱塞副中的内力，对外不表现出来。这样，不但柱塞副无机械摩擦力，即无磨损；而且，液压自动对中生成的同心圆环缝隙柱塞副，其泄漏量最小，容积效率最高；更重要的是，传统柱塞副里通过柱塞3能传递到缸体4上的所有侧向力，全部被液压自动对中柱塞副内部的高压介质所吸收，对外不表现出来：也就是说，缸体4再也不受柱塞3传递过来的各种侧向力的侵扰，配流副油膜将保持均匀，因此配流副能够平稳地、高速旋转地进行工作；配流副的压紧系数可大幅地降低，极大地保证了配流副的油膜厚度不被挤压破坏，故柱塞泵的性能、尤其是柱塞泵寿命及其可靠性将获得大幅提升。