基于斜盘式轴向柱塞泵结构优化的应用研究

　　0引言

　　某型号斜盘式轴向柱塞泵为应用于工程机械上的B系列变量柱塞泵，如图1所示，它具有球面配油盘和可调斜盘。 9个柱塞同心均布在柱塞缸内，与缸体一起转动。因斜盘轴线与缸体轴线成18°夹角，缸体在传动轴带动下作旋转运动时，柱塞则作直线往复运动。因此，前半周吸油，后半周排油，起液压泵泵油作用。主要技术参数：

　　理论排量：120(mL/min);

　　额定转速：1 500(r/min);

　　最高转速：2 200(r/min);

　　额定工作压力：28(MPa);

　　峰值压力达：31(MPa);

　　柱塞直径：25(mm);

　　斜盘倾角：18(°)。

　　前述结构和原理可知，滑靴与柱塞组件作为柱塞泵的关键部件，其配合运行的好坏直接影响到液压泵运行及寿命。原设计投产以来，在做出厂试验时，时有嚎啸现象发生，将泵进行拆解试验发现滑靴严重磨损、拉脱甚至存在回程盘崩裂现象(见图2)。进一步测试发现柱塞拉伤、烧灼(见图3)甚至卡死在缸体内，回程盘产生干涉甚至崩裂、缸体咬合现象(见图4)。后期又进行多次试验，均出现不同程度上述状况，致使整台泵的主要传动件严重破坏。统计出厂试验滑靴损坏、柱塞拉伤、卡死，回程盘崩裂高达30%。另外，在试验条件(出口压力25.58MPa，转速为1 500r/min)下运转222h后漏损明显增加，容积效率由开始95%降至80%。这样的寿命不能满足工程机械使用要求。针对该故障，作者从滑靴与柱塞组件的力平衡关系、滑靴与柱塞组件工艺与结构以及缸体等配合间隙三个方面进行了研究，并提出了改进方案。

　　1滑靴与柱塞组件故障原因及分析

　　1.1滑靴失效因素剖析及受力分析

　　滑靴以斜盘为支承推动柱塞作轴向运动对液体作功，滑靴承受着液压力、弹簧力、惯性力和摩擦力，同时又在斜盘上做高速滑动[1，2]。工作中的滑靴曾出现由于中心预紧弹簧的预压力太小，不足以克服处于吸油侧的各柱塞对回程盘的拉力，从而造成滑靴在吸油时发生脱离，在排油区又互相撞击，使滑靴摩擦面边缘变形及磨损，造成泵的失效(见图5)。为消除滑靴磨损、实现滑靴与斜盘表面有足够的密封润滑性、达到有效的压紧系数及较小的接触比压，首先对滑靴进行平衡状态受力分析，如图6所示。

　　根据液压支承力fb相对负载力fa的大小关系，滑靴的受力状态主要有以下两种情况：

　　(1)当fb 在负平衡状态下，滑靴与斜盘之间存在较薄油膜，不足以防止金属接触表面的微凸体穿过油膜而产生硬接触，但是仍然有很少的泄漏，密封带下存在压力油膜。实验表明，滑靴的液压支承力fa是由中间油室的液压支撑力fb和密封带下的液压支撑力fe共同形成的，即fa=fb+fe。