轴向液压柱塞泵的柱塞和滑靴设计中的一些问题.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ， NO ． 0 5 ． 2 01 4 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 5 ． 0 1 1 轴向液压柱塞泵的柱塞和滑靴设计中的一些问题 梁娟． 黄栋源 南京金城液压工程有限公司， 江苏 南京2 1 0 0 0 2 摘要 文章描述了如何确定柱塞和滑靴的一 些重要 尺寸 。 也解释 了设计和产品 中的一些问题 。 关键词 液压泵 ； 柱塞 ； 滑靴 ； 设计 中图分 类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 5 0 0 3 5 0 3 S o me Qu e s t i o n s i n De s i g n o f P i s t o n a n d S h o e f o r A x i a l Hy d r a u li c P i s t o n P u mp s L l ANG J u a n． HU ANG Do n g - y u a n N a n j i n g J i n c h e n g Hy d r a u l i c E n g e e r i n g C o ． ，L t d ． ，N a mi n g 2 1 0 0 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Ho w t o d e c i d e s o me i mp o r t a n t d e me n s i o n s i n t h e p i s t o n a n d s h o e o f a x i a l p i s t o n p u mp s a x e d e s c r i d e d i n t h e p a p e r ． S o me q u e s ti o n s i n d e s i g n a n d p r o d u c t i o n a r e e x p l a i n e d a l s o ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c p u mp； p i s t o n； s h o e ； d e s i gn 0引言 我国液压件生产 的规模 比较大 ， 但生产厂 比较小 ， 收稿 日期 2 0 1 4 0 3 1 3 作者简 介 梁娟 1 9 7 1 一 ， 女 ， 辽宁大连人 ， 高级工程 师 ， 硕士 ， 主要从事液 压产 品研制 。 具有 自主知识产权的产 品不多 ．具有独立研发能力 的 单位也不多。液压件在生产、 使用 中暴露的问题也比较 多， 如柱塞泵的柱塞卡死、 滑靴磨损等问题在使用 中经 常发生 ． 除 了有一些客观原 因外 ， 有些问题是设计原始 状态不完善 ． 这是多方面原 因造成 的。近年来我们对多 种型号 国内外轴 向柱塞泵产品的柱塞和滑靴 的图纸尺 及噪声的大小与瞬时打开管道 的直径大小有关 ．开启 的卸压 口径越大 ． 卸压冲击力和噪声越大 ． 而卸压 时间 越短。多点、 小流量快速卸压技术是通过将一个大 口径 的集 中卸压点 ， 分解为多个小 E l 径卸压点 ， 合理选择卸 压点 的位置 ．由P L C集 中控制所有小通径二通插装 阀 同时卸压 ， 分散液压冲击力及噪声 ． 实现液压系统快速 无噪卸压 ． 有效地防止 了液压冲击。 具体 实施方 案是在锻造 液压 机 的系统 内的主管 道、 主缸 、 泵出 口等压力能集聚区分别安装有多个小流 量 通径 卸压 阀， 卸压 阀由二通插装 阀和先导控制 电 磁阀组成 。各卸压 阀与主管道 、 主缸 、 泵 出 口等压力能 积聚区短管相连[6 1 ． 由压力传感器采集系统 内的压力卸 压信号 ． 通过屏蔽电缆传输到 P L C控制器 ， P L C通过对 压力信号的 比对后选择卸压所需 的最短时间 压力与 卸压 时间的关 系提前输入 。 并把卸压 电信号传输给各 个卸压阀同时卸压 ． 实现多点小流量快速卸压。 对于大型锻造液压机系统 ．为 了达到最佳卸压效 果 ． 而用数量最少的卸压阀 。 可同一 区域安装多个不同 通径的卸压阀． 在 P L C中设置多级卸压时间段 ． 每个时 间段控制不同通径的卸压 阀， 实现多级快速无噪卸压。 3 结束语 P L C控制 的多点、 小流量快速卸压新技术 ， 充 分发 挥 了液压和电气相结合 的最佳功能 ．简单经济地解决 了大 型液压 系统 内多区域高压力 能的快速卸压 问题 。 该技术 目前应用于 四柱锻造液压机领域 ，有效提高了 锻造液压机的锻造频次 ．减少了在工作过程 中的液压 冲击和噪声 ．降低了机器故障率 。并具有调试方便简 单 ， 维护成本低 ， 可靠性高的优点。 参考文 献 [ 1 1 陈路． 新编锻压精密技术 实用 手册[ M 】 ． 北京 北京科海 电子 出 版社 ． 2 0 0 3 ． 【 2 】 裴 学智． 液压 冲击 消除措施 的探讨 与应 用[ J ] ． 液 压气动 与密 封 ， 2 0 1 0 ， 2 9 1 1 ． 『 3 1 雷 天觉． 新编液 压工程 手册[ M 】 ． 北京 北京 理工大学 出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 4 】 李金苑 ， 王汝 宁． 最新锻造工 艺技术 、 质 量检测与标准规范实 务全书[ M】 ． 北京 当代 中国音像 出版社， 2 0 0 3 ． [ 5 】 朱 瑾 ， 曾 良才 ， 陈新元 ， 兰伟 ． 比例 控制技术 在干粉 自动成型 液压机中的应用[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 0 9 ， 1 4 0 - - 4 2 ． [ 6 ] 俞新 陆 ． 液压 机 的设 计 与 应 用[ M 】 ． 北 京 机 械 工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． 35 液 压 气 动 与 密 封 ， 2 Ol 4年 第 O 5期 表 1 函数 关 系 注 d 。 柱 塞 直径 寸进行 了统计 、 分析 、 研 究 ， 根据研究我们找到 了一些 规律 ． 为 自行设计液压柱塞泵泵产品提供了参考依据。 1 柱塞 柱塞在轴 向柱塞泵中是一个关键零件 ．它对产品 的性能影响很大 ． 它 的加工要求和精度也很高 ， 因此设 计 合 理 、 加 工精 密就 显得 非 常重 要 了 。 在 设 计 中 ，柱 塞 直径 d 。 可 按 用户 对产 品性 能 的要 求和产品的_丁作条件 查到有关资料进行设计计算得 到 ， 但除柱塞直径外 ， 如 图 1 所示 的其他尺寸就 比较难 由计 算 得 到 ．所 以在 设 计 时 有 时就 按 现有 成 熟 产 品 的 图纸尺寸进行放大或缩小 ． 这样在产品的研制 、 生产过 程中就会出现各种各样 的问题 ．如相互干涉或 出现严 重磨损等 ．因此如何计算除柱塞直径外的其他尺寸就 成了我们共同关注 的问题 ．经过对多型 国内外产 品和 图纸 的研 究 ．我们 得 到 了这 些 尺 寸 与柱 塞 直 径 的 函数 关系 ， 即 i d x i 1 1 7 ， 其关系如表 1 所示 。 图1其 他 尺 寸 柱塞长度尺寸 F对轴向柱塞液压泵 的轴向尺寸和 质量有很大影响 ， 设计不协调 ， 容易引起柱塞卡死或拉 伤 ， 如图 2所示 ， 柱塞长度 F ． 日 K 日1 1 图 2柱 塞 尺寸 方程 1 中的 是保证柱塞 和转子柱塞孑 L 边缘 的 最大挤压应力小于或等于许用挤压应力 ，即柱塞的最 小导向长度 一 ≤【 o r ] 2 [ 】的值是根据二种挤压材料的性质决定的 ， 例 如 铜 和 钢 的 允许 挤 压 应 力 值 是 1 0 0 ～ 1 5 0 k g ／ c m ， 按 参 考 文献 i 1 】 矗 等 1 3 “ 前 百 式 中d 柱塞 直 径 ， F T 为 忽 略离 心力 的滑 靴反 作 用 力的径向分力 手 ． p r R 6 - R s ． s iIlr 4 式 中 r 广滑 靴 凹槽 的压 力 ； r 泵的斜盘倾角 R 、 厂滑靴油膜轴承的外 、 内径 ， 当滑靴油膜 功率损失最小 ， 以及滑靴油膜具有最大刚度时 尺 R s 0 ． 5 3 R 6 4 a p r 0 ． 6 6 4 b 式中p _一 柱塞内腔压力。由表 2得到 D6 1 ． 1 73 d p R6 D d 2 O ． 5 8 6 5 d p 4 c 将 4 a 、 4 b 、 4 c 代人方程 4 得 0 ． 4 0 7 8 p 。 s i n r 4 d 如 图 2所 示 LH K ；1 日 1 5 式中 轴向补偿值 ，可取 3 5 m m， H 是柱塞的 最大行程 H 一 D ． t g r 5 a 式中D 转子分布圆直径 。当转子具有较理想的强 度 时 0 ． 7 5 D 0 ． 4 2 5 d p Z 5 b 式 中Z ．_一 柱 塞泵 的柱 塞个 数 。 Hv d r a ul i c s Pn e uma t i c s＆ Se a l s ／ No ． 0 5． 201 4 将 5 a 、 5 b 代人方程 5 得 L 0 ．4 2 5 d pZ t g r H l 5 c 将 4 d 、 5 c 代 人 方 程 3 ， 可 求 得 柱 塞 满 足 挤 压 应力 的最 小导 向长 度 ， H t 2 F r V4 F ⋯d v F T 2 ． 5 5 d o Z t g r 6 K 一 6 t - j a p 柱塞的设计总长 T一 日 K l 0 ． 4 2 5 d p “ Z t g r K 日l 7 从方程 中看 到当设计 的产品柱塞直径大 、工作压 力 高 、 斜盘角度大时 ， 必须要有较长的柱塞 ， 如果柱塞 和转子这一对摩擦副的材料有较大 的许用挤压应力 ． 则柱 塞 长度 可 小 在 产 品设 计 中不能 过 分追 求 大 的功 率重量比而缩小柱塞长度 ， 否则会使柱塞卡死或划伤 ． 为保证不致于在柱塞孔边缘产生大的挤压应力 ．所 以 在转子柱塞孑 L 口必须倒圆抛光 2 滑靴 滑靴和柱塞收 口组合后构成轴 向柱塞泵的重要组 件 即柱塞组件 ． 在这组件中要求柱塞球头和滑靴球窝收 口后二者之间应是无间隙 实际间隙很小 且转动灵活 ， 但在实际生产中达到这个技术要求很困难 ． 收 口后不是 间隙太大就是太紧 、 转动不灵活 ， 这将直接影响产品的 质量和工作寿命 ． 如何达到这个技术要求 。 通过研究认 为有二个途径 ． 一是通过复杂 的计算 ． 二是按成熟产品 的图纸分析找出规律 ．得到滑靴有关尺寸的计算方法 ， 我们采用后者的方法对多种型号的成熟产品进行统计 、 分析 ．得到如表 2所示的滑靴结构尺寸的计算经验公 式 ， 它们都是柱塞直径的函数 ， 即 y i d p i 1 ～ 8 。 表 2滑 靴 结 构 尺 寸 注 表 中 尺 寸代 号参 见 图 3 。 从 图 3可看到 ， 影 响柱塞 、 滑靴收 口的关键尺寸是 图中的 K值 ．如果滑靴的基本尺寸是按表 2的公式计 算出来的． 那么 K 0 ． 2 2 0 8 d p 1 - 0 ． 6 4 t g a 8 式中 滑靴球窝 口的倒角 从 D， 外径开始 ， 一 般在 2 O 。 ～ 2 3 。 为保证 k值的准确性和一致性 ．必须要有准确的 测量方法 ， 通常采用钢球或球面测量 值 参见图 3 ， 球 的半径 是 R 0 ． 3 4 5 d ] s i n a 9 图3用 钢 球 或 球 面测 量 M 值 k值是倒角 的函数 ， 不是定值 ． 有一定 的范围 ， 所 以生产过程 中应做一批零件 ． 待 确定后 ． 就可将值 落实在 图纸上 。 另外 ，收 口时必 须采 用 整 个球 面 同时 均匀 变 形 的 收 口工具 ， 才能达到柱塞组件的质量要求 ． 否则再精确 的 值也不能达到收 口质量要求 3 结论 有了轴 向柱塞泵柱塞 、滑靴设计 以及保证其组件 收口质量 的上述经验计算方法 ．使提 高产品设计质量 和提高生产效率成为可能 ． 也使液压泵 的真正 C AD设 计技术有了方向。这些数据都是从国 、 内外航空液压产 品中统计 、 分析得到的 ， 民用液压技术 由于有标准化 、 系列化和选材 的问题 ． 这些方法可参考选用 参 考 文 献 [ 1 ] 哈尔滨工业大学液压传 动教研室． 液压传 动[ Z ] ． 哈尔滨 哈尔 滨工业 大学 ． 1 9 7 7 ． 【 2 】 张帆 ． 柱 塞组 合 收 F I 的方 法 及影 响 因 素f J 1 ． 航 空 制造 技 术， 2 0 1 1， 3 8 9 9 0 ， 9 4 ． [ 3 】 A b e x ．P i s t o n 2 3 5 5 9 e t c ． D r a w i n g [ Z ] ． A b e x ， 1 9 9 1 ． 【 4 】 P a r k e r ．S h o e P i s t o n 6 7 4 0 7 e t c ． D r a w i n g [ Z ] ． P a r k e r ， 1 9 6 8 ． 【 5 】 A b e x ．S h o e P i s t o n 2 3 6 4 7 e t c ． D r a w i n g [ Z ] ． A b e x ， 1 9 9 2 ． [ 6 】 P a r k e r ．P i s t o n 2 2 2 8 4 e t c ． D r a w i n g [ Z 】 ． P a k e r ， 1 9 9 9 ． 【 7 】 H ． G e r b e r ． R u d i me n t s o f C a l c u l a t i o n f o r A x i a l l y A c t i n g P i s t o n s a n d F l a t l Ap p e d Di s t ri b u t o r Vo l u me t ri c Ma c h i n e s 『 J ] ． H y d r a u l i c P r e u m a t i c P o w e r ．1 9 7 0 ， v o l 1 6 N o ． 1 8 8 4 7 0 ． 【 8 】 G ． H i b b e r t ． C ． E n g ，D ． V ． L i n d s a y ．T h e B a l a n c i n y o f P i s t o n a n d Valv e s P l a t e F o r c e s i n Ax i a l p i s t o n P u mp s a n d Mo t o r s [ R ] ． Th e 2 n d F l u i d P o w e r S y s p o s i u m， 1 9 7 0 ． 37