油液粘度变化对球塞泵球塞副泄漏量的影响

    引言

    球活塞式液压泵(以下简称球塞泵)作为一种新型的径向液压泵具有以下优点:在相同的技术指标下比其他类型泵尺寸更小,结构简单紧凑,功率密度高;构件少,可靠性高;变量机构简单可靠,排量可以很容易地实现连续无级变化;当球活塞与缸筒偏心时,具有良好的回正性能,球塞副是稳定的。因此在军用履带车辆的无级变速和转向中得到了广泛应用[1～2]。球塞副和配流副是球塞泵的两大摩擦副,其密封和润滑性能的好坏对球塞泵的整体性能和效率(容积效率和机械效率)有重要影响,其中尤以球塞副最为关键。通常在研究轴向柱塞泵的柱塞副、滑靴副和配流副时都假定工作油液的粘度为常数,当考虑油液粘度随油压和油温的变化时,在柱塞偏心和变密封长度的情况下,柱塞副圆环缝隙泄漏量的计算公式中将会出现修正系数[3];滑靴副的泄漏流量值比粘度为常数时计算值要大得多,并且其差值随中心油室压力的增大而迅速增大[4];配流副密封带中油液粘度随油压和油温变化呈大幅度变化,考虑粘度变化时,配流盘径向密封带液压分离力约为忽略粘度变化时的79%～84%[5]。

    由于球塞泵通常工作在高速高压高温工况(最高转速2 500 r/min、额定压力32 MPa、最高工作温度130℃),因此在计算球塞副的泄漏量时,必须考虑油压和油温变化对工作油液粘度的影响,否则计算结果会与实际泄漏量差别很大。本文推导了变粘度条件下球活塞与缸筒偏心时,球活塞式液压泵球塞副泄漏量的计算公式,并将此结果与假定油液粘度为常数时的结果进行了对比,分析了各主要因素(球塞与旋转缸体缸筒间隙、工作油液的压力、缸体转速、油液的粘温系数、粘压系数、密度和比热容等)对球塞副泄漏量的影响。

    1　油液粘度为常数时球塞副的泄漏量

    球塞泵在实际工作中,由于球活塞所受离心力以及工作油液作用力不均匀,因此球活塞与缸筒之间往往都是偏心的。图1为球塞泵球活塞与缸筒之间的偏心环缝示意图。

    因为缸筒内径R₂与球活塞的外径R₁相差很小,所以两者之间偏心距e、平均半径间隙h₀=R₂-R₁以及实际间隙h均为较小值,且h为变量,随θ角而变。由图1可知

   在任意角θ处取一微小圆周长CB,其夹角为dθ,则CB与AD所形成缝隙的微小泄漏量dQ为[6]

式中　E——球塞泵缸体与作用环间的偏心距

    X——缸体转动的角速度

    将式(1)代入式(2),并积分得球塞副偏心时的总泄漏量Q为