一种高集成化大功率液压柱塞泵.pdf

液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 0年 第 8期 一 种高集成化大功率液压柱塞泵 于彩新 1 刘东志 安徽博一流体传动股份有限公司， 安徽合肥2 2 0 0 3 1 摘要 介绍 了一种 高集成化 、 大功率斜盘变量式串联液压柱塞泵 ， 分析了其工作原理 、 结构特点 、 技术参数 、 设计方案 ， 试验结果。 通过 试验结果看出， 该泵运转正常， 性能可靠。 关键词 液压柱塞泵 ； 斜盘 ； 变量 ； 控制方式 中图分类号 r P l 3 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 8 0 0 5 8 - - 0 4 A S o r t o f Hi 一i n t e g r a t i o n a n d Hi 一p o we r Hy d r a u l i c P u mp YU C a i - x i n L l U Do n g - z h i A n h u i B o y i F 1 u i d P o w e r I r a n s m i s s i o n J o i n t s t o c k C O ． L T D， H e f e i 2 2 3 0 0 3 1 Ab s t r a c t I n t r o d u c e a s o r t o f h i g h - i n t e g r a t i o n a n d h i g h - p o we r s wa s h p l a t e v a r i a b l e h y d r a u l i c p u mp ． A n a l y s e t h e w o r k p ri n c i p l e ， t h e c h a r a c t e ri s t i c o f i t s s t r u c t u r e ，t h e p a r a me t e r o f t e c h n i q u e ，t h e s c h e me o f d e s i g a n d the r e s u l t o f t e s t ． F r o m the r e s u l t o f t e s t ， the p u mp i s s t a b i l i z e d a n d c r e d i b l e ． Ke y Wo r d s h y d r a u l i c p u mp； s w a s h p l a t e ； v a r i a b l e； c o n t r o l ma n n e r U 日 fJ舌 我国经济增长迅速 ，液压挖掘机市场需求不断扩 大 ， 但该行业主要由合资企业和外资企业垄断。国内企 业在生产规模 、 品种 、 质量等方面与国外大公司相 比还 有一定差 距 。为 了发展 民族挖 掘机企业 ， 应增强 自主创 新意识 ， 掌握核心设计制造技术 ， 发挥性价 比优势 ， 提 高产品竞争力。液压泵是挖掘机液压系统 中的核心部 件 ， 常被称为液压系统的心脏。 我公司生产的 B 2 T 1 1 2 D液压柱塞泵 公司代号为 B 0 0 1 ，是普遍用于 2 0吨挖掘机的一种高集成化大功 率斜盘变量式串联双泵 ， 结构如图 1 所示。其主泵部分 1 一 传动轴2 、 6 - 限位螺钉3 一 流量 活塞4 一 控制阀5 一 拨叉 7 一 齿轮泵8 一 壳体9 一 安装座 l 0 一 配油盘 1 1 - 缸体 1 2 一 柱塞 l 3 一 回程盘 1 4 一 斜盘1 5 一 斜盘座 图 1 斜盘变量式串联双泵结构图 收稿日期 2 0 1 0 一 O 4 2 3 作者简介 于彩新 1 9 6 8 一 ， 1 9 9 0年毕业 于甘肃工业大学流体传动与控制 专业 。 现于安徽博一流体传动股份有限公 司从事超高压变量柱塞泵研发 与实验工作。 5 8 采用前后 两个主要结构相同的斜盘式变量泵串联 ， 并 在尾部 串联一个伺服系统所需 的齿轮泵，通过中间的 安装座吸油与供油 ，及实现泵主要控制油路的前后沟 通 主要控制系统 由泵上所带的阀实现 ， 通过阀对进入 主泵上流量活塞两端高压油液的控制， 实现泵的变量 ， 同时由斜盘拨动阀中的拨叉实现反馈 ，这种控制阀的 结构紧凑 ， 同时具有很强 的扩展性 ， 通过对阀的加装各 种控制辅件 ， 可以实现负流量控制 、 交叉功率控制 、 压 力切断控制， 多级功率控制等多种控制方式。 1 B 2 T 1 1 2 D液压柱塞泵 的结构特点 1 输出流量大 。该 型液压泵为两 台最大排量为 1 1 2 m L ／ r 的液压柱塞泵 串联 ， 如使用转速为 2 3 0 0 r ／ ra i n ， 则最大输出流量为 2 x 2 5 5 L ／ mi n 左右。 2 排量调节范围广。该型液压泵实际排量范围为 0 ～ 1 1 2 mUr ． 通过调节大小流量调节螺钉。 可在较大范围 内进行调节 。 满足不同液压系统的要求。 3 使用压力高。采用柱塞式结构， 其最高使用工 作压力达 3 5 MP a 。 4 控制特性好 、 集成化程度高。液压柱塞泵控制 阀体积小 ， 结构紧凑 ， 在 占用空 间很小 的情况下 的， 集 成 了多种液压柱塞泵控制方式。 1 负流量控制 。可 以实现 当系统主阀处于中位 时 ， 通过负流量控制 阀产生压差信号反馈给主泵 。 从 而 自动地将主泵的排量减小到零 ，避免 了传统的挖掘 机靠 溢 流阀控 制溢 流 的方式 ．从 而最 大 限度地 减少 功 率的空流损失和系统发热。 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ， N 0 ． 8 ． 2 0 1 0 2 交叉功率控制 。该控制功能在挖掘机上相 当实 用 ， 当挖掘机工作只需使用一 台液压柱塞泵时， 可 以使 单台液压柱塞泵输 出功率充分发挥柴油机功率 ，从而 流量大 、 工作速度快 、 工作效率高 ， 而当使用双泵 时可 以实现总功率控制 ， 不致于柴油机功率不够而熄火。 3 多级功率控制 。该控制主要是通过 比例电磁铁 输入电流的大小 ，来控制作用于先导阀芯预加力 的大 小 ，从而改变液压柱塞泵 的输人输 出功率 。在挖掘机 上 ，该控制可 以实现在不同的工作环境 中选择合适的 输入输出功率 。 调整挖掘速度， 提高工作效率 。 4 压力切断控制 。可以实现在工作压力超压时控 制液压柱塞泵排量到零 。 这样 ， 可提高液压柱塞泵 的可 靠性 ， 避免超压损坏液压柱塞泵 ， 同时也可 以避免液压 柱塞泵输出流量靠安全阀溢流控制压力所造成的溢流 功率损失和系统发热。 现阶段随着全液压挖掘机技术 的发展 ，国际上著 名挖掘机企业 n ／ l , 松 、 日立 、 大宇 、 现代 、 卡特皮勒等 生产的效率高 、 可靠性好 、 操作使用方便 的新型挖掘机 纷纷涌人中国。 受到施工企业 的好评 ， 并 占领 了国内市 场 ， 而国产 的挖掘机相 比之下工作效率低 、 可靠性差 ， 已经逐步被市场淘汰。而今 ， 为了企业 的生存 ， 国内各 挖掘机生产企业也在进行产品结构调整 ，提高了挖掘 机柴油机功率 、 增大了液压系统流量 ， 系统压力高 、 可 靠性好等 ，作为 国内各液压元件生产厂家原开发生产 的液压柱塞泵 ， 均不能满足主机要求 ， 导致 国内 如一 拖 、 上建 、 长挖 、 柳工 、 贵州詹 阳等 各主机厂 ， 均进 口日 本 2 0世纪 9 0年代的液压泵 、 阀等元件 ， 以提高主机性 能。我公司通过对市场 的调研和各主机厂的现状调查 ， 开发出该型液压柱塞泵 ，其工作性能达到了国外同型 液压柱塞泵的水平 ， 填补了国内空白。当前 ， 国内各厂 家在选择主机液压柱塞泵时 ，均选用 了日本川崎公司 生产 的液压柱塞泵 K 3 V1 1 2 D T型 ， 每年购买液压柱塞 泵需花费大量外汇 ．我公司开发的该型液压柱塞泵完 全可以替代 国外产品 ， 将会为国家节约大量外汇， 也会 降低主机生产成本 。 提高竞争力 ， 该液压柱塞泵还可以 适用于神钢 、 加滕 、 大宇 、 现代等公司生产 的 2 0 T级挖 掘机 ．能进入以上各公 司将会 国家创造不少 的外汇收 入 。 2 B 2 T 1 1 2 D液压柱塞泵主要技术参数 最大 排量 2 x 1 1 2 mL ／ r ； 最高转速 2 3 0 0 r ／ m i n ； 进 口压力 0 ． 0 5 ～ 0 ． 2 MP a 绝对 ； 最高出口压力 3 5 MP a ； 额定出 口压力 3 0 MP a ； 工作油液温度 一 2 0 ～ 8 0 ℃ 最佳工作粘度 1 6 ～ 2 5 mm Z ／ s ； 工作油液过滤精度 1 0 m； 容积效率 ≥9 5 ％； 总效 率 ≥8 5 ％。 3 设计方案 为在该型液压柱塞泵 的设计研制中 ， 借鉴 了国外 2 0世纪 9 0年代新型液压液压柱塞泵先进的设计思想 ． 优化 关 键件 、 易损 件 的结 构及 受 力 ， 并采 用 许 多先进 的 加工工艺 ， 提高零件 的精密性 。 1 斜盘式的结构设计 ， 可以使主轴定位轴承免受 轴向力的作用 ，从而降低轴承的载荷 ，提高轴承的寿 命 ； 另外 ， 主轴定位轴承采用了国际先进定位方式 ， 一 端为固定的圆柱滚子轴承 ， 另一端为滚针轴承 ， 主轴轴 向无 固定 的方 式 ，这 样 可 以补偿 因壳体 和 主轴 材料 的 热膨胀系数不 同，受温度变化的影响而产生轴 向尺寸 的微 变化 。 2 缸体 的定位将直接影响液压柱塞泵运转 的平 稳性及寿命 ， 一端采用与主轴花键齿侧定位 ， 以提高花 键加工配合精度 6 H ／ 6 h 及主轴花键对定位轴承 的跳动 不大 于 0 ． 0 2 m m 保证定位精确性 ； 另一 端采用与配流 盘球面配合 、 自动定心 ， 缸体球面对花键跳动控制在不 大于 0 ． 0 5 m m。 3 斜盘与斜盘座首次采用球墨铸铁对球墨铸铁 软氮化处理 的摩擦副 ． 改变了传统摩擦副 氮化钢对硅 铜 ， 降低了成本 ， 同时设计 了用液压柱塞泵出 口压力 油 润 滑斜 盘 与斜 盘座 配 合 面 ，平 衡 高压 区柱塞 作用 于 斜盘上的力 ， 减少斜盘与斜盘座的摩擦磨损 ， 并经过 l 0 万次冲击试验考核后磨损正常。 4 因该泵转速高、 排量大 、 缸体直径大 ， 这样线速 度 高 ．缸体 与 分油 盘 摩擦 副 的 采用 传 统双 合金 铜 f Z c u P b 1 5 S n 8 与氮化钢 3 8 C r Mn A 1 A 摩擦不能满足使用 要求 ，故改进了合金铜 的配方 ，提高表面硬度和抗磨 性 ， 从而提高缸体与分油盘的摩擦性能 ， 同时在设计 中 缸体的剩余压紧系数选取为 0 ． 0 7 ，以减小高压下的剩 余压紧力 ， 有利于缸体与分油盘之间油膜的建立 ， 减少 缸体与分油盘摩擦 。 5 控制先导阀的设计为 4 ． 2 、 5 ． 2 、 4 6三节台 阶型。为防止阀芯与阀套的间隙过大导致先导压力不 稳定 ， 从而使液压柱塞泵工作压力摆动 ， 故设计间隙要 求小 0 ． 0 1 2 0 ． 0 1 8 ra m ， 来了极大的难度 ， 通过使用高精 密磨削加工 的方法保证了该 阀套的设计要求。 59 液 压 气动 与 密 封 ／ 2 0 1 0年 第 8期 6 柱塞与滑靴为铰联接 ， 在试验 中发现有拉脱趋 势 。 柱塞轴向窜动量增大很快 ， 这将影响产品的寿命 。 通过改进滑靴收 口方法 ，改善了柱塞滑靴的贴合及拉 脱力 ， 经过内厂 5 0 0 h考核后 。 该问题完满解决。 4 产品试验 通过排量验证试验 、 效率试验 、 变量特性试验 、 自 吸试验 、 超速试验 、 超载试验 、 冲击试验 、 高温试验等 试验项 目， 部分试验图形如图 2 - 6 ， 试验结果也比较稳 定 。为确保产 品的寿命和可靠性 ， 并进行了各种型式 试验。 包括 l O 0 0 h满载试验 、 1 0万次冲击试验 、 l h超速 试验 、 l O h超载试验 、 1 h高温 试验 ，在整个试验过程 中， 产品运转正常， 性能稳定。 删 璃 单泵流 每压 力 『 2 7 8 ．0 1 0 6 ． 8 压力流量1 流 l 力1 图 2 中杂压力流 量曲线 ． 、 一 曲线o 3 0 O 2 7 O 2 4 o 2l 0 1 8 0 茁15 0 1 2 O 9 0 6 0 3 0 图 3 l l r r _ _ - ． 总 效率总流量 泵功率 1 UU - 2 7 0 一 9 0 - 2 4 0 8 0 - 2 1 0 7 0 噶 ； h ■ _ ■ _ ■ 。 ■ 签 -一 J _ ■ ■ 谨 1 8 O 6 0 i 一 l 5 0 5 0 l - 声 嚆 - H ． ． 一l 2 0 4 0 9 0 3 0 ．-- ■■● ■_ 6 0 2 0 3 0 1 0 函殛恐E 燃 。曩 黎 翥 率 一 _ 4 。 嚣 鋈 蓁 量一 。 苏 惫 轰 率 一- 。 蠢 黎 翥 率 。嚣 慧 曩 量 ⋯ 。 茛 蓄 蠢 率 ] 。 藏 事 一 1 o 6 鱼． 量 一 70 ％ 总 流 量 ⋯ 7 0 ％ 总 效 率 卜 1 o o ％ 泵 功 事 一 惫 流 量 总效 率 一1 0 0 ％总效 率 图 5 ， 麟 u 臼_ 』 压 址 、 I - 7 J 7 厂 | ＼ | j f j 时问／ rai n 图 6 参 考 文 献 [ 1 】 彭熙伟 ， 陈建 萍． 液压技 术 的发 展动 向U 】 ． 液压 与气动， 2 0 0 7 3 1 - 3 ． 【 2 】 何存兴． 液压元件[ M 】 ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 8 2 ． [ 3 】 范存德． 液压技术手册【 M] ． 沈阳 辽 宁科学技术 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 4 】 胡晓明 ， 吴建华． 基于证据理论数据融合的液压泵故 障诊断 研究【 J 】 ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 8 3 ． [ 5 】 杨曙东． 海水液压泵缸孔柱塞副配合间隙设计【 J ] ． 液压气动与 密封． 2 0 0 8 1 ． 【 6 】 孟有平， 等． 铸机主液压泵 站故 障分析与改进维护[ J 】 ． 液压气 动与密封． 2 0 0 8 1 ． [ 7 】 黄鸣辉， 等． 电液 比例变量柱塞泵 闭环系统压力特性仿真【 J ] ． 液压气动与密封． 2 0 0 7 3 ． [ 8 】 桑 勇， 王 占林 ． 航空液 压泵加速寿命试验 台的研制【 J 】 ． 液压气 动与密封． 2 0 0 9 1 ．