專利名稱：端面配流軸向柱塞泵的油膜厚度控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軸向柱塞泵，尤其涉及水介質(zhì)，或高壓大流量油介質(zhì)的端面配流的軸向柱塞泵的油膜厚度控制系統(tǒng)，特別適合于端面配流的水介質(zhì)液壓泵，或者額定壓力超過50Mpa、排量大于45ml/r的高壓大排量端面配流液壓泵。
背景技術(shù)：
目前，得到廣泛應(yīng)用的軸向柱塞泵的配流大多采用斷面配流，即平面配流或球面配流型式，配流盤是端面配流軸向柱塞泵的關(guān)鍵零件之一，其作用為分配油液(或水)的進(jìn)出，承受缸體的偏心載荷。由于缸體和配流盤之間存在很大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，如果接觸比壓又很大的話，磨損將非常嚴(yán)重，直接影響著泵的性能和壽命。為使缸體和配流盤之間既保持一定的油(或水)膜厚度而不發(fā)生干摩擦，又不能使二者之間的間隙過大，導(dǎo)致泄漏過大，降低泵容積效率，通常采用剩余壓緊力設(shè)計(jì)法。剩余壓緊力設(shè)計(jì)法就是在摩擦副之間引入高壓油或水，靠其產(chǎn)生的靜壓平衡掉大部分壓緊力，缸體依靠剩余的壓緊力壓緊到配流盤上。由于缸體所受軸向載荷變化幅度很大，所以剩余壓緊力不可能取得很小，造成摩擦副之間常常不能形成有效的支承油膜或水膜，液體摩擦和干摩擦同時(shí)存在，潤(rùn)滑情況受剩余壓緊力大小、力矩平衡好壞、表面加工質(zhì)量、摩擦副熱膨脹、相對(duì)速度高低以及油膜或水膜強(qiáng)度強(qiáng)弱等諸多因素的影響。由于剩余壓緊力不能根據(jù)工況主動(dòng)進(jìn)行控制，所以摩擦副之間的潤(rùn)滑情況是不確定的，完全視工況而定。而且由于負(fù)載的變化、制造精度和安裝誤差，運(yùn)動(dòng)件的力矩也不可能完全達(dá)到平衡，摩擦副間常出現(xiàn)偏磨或楔形空間，造成泄漏和配流盤的偏磨，使得泵的容積效率和壽命都受到嚴(yán)重威脅。
其次，端面配流的軸向柱塞泵的噪聲主要來源于配流盤的配流噪聲，雖然在配流盤上采取了開節(jié)流槽等措施，但是由于油膜或水膜厚度的不可控性，工況環(huán)境變化或參數(shù)攝動(dòng)時(shí)不能保證最佳油膜或水膜厚度，所以使得噪聲也是不可控的。
上述情況在額定壓力大于40MPa的高壓、排量大于45ml/r的大排量油介質(zhì)液壓泵中是個(gè)嚴(yán)重的問題。而相比油介質(zhì)，水(純水或海水)介質(zhì)潤(rùn)滑性能差，粘度低，約為油的1/40，同樣的間隙，水的泄漏比油嚴(yán)重得多，為保證水介質(zhì)泵的容積效率，只能更進(jìn)一步減小摩擦副之間的間隙，這使得摩擦副間不能建立起具有有效剛度的水膜，難以產(chǎn)生足夠的支承力，更難以適應(yīng)負(fù)載的變化，即使采用耐磨材料也很難達(dá)到預(yù)期的容積效率和壽命，成為水介質(zhì)液壓泵的技術(shù)難題之一。
本發(fā)明的目的是利用安裝在泵缸體底部的兩塊永磁鐵和對(duì)應(yīng)的安裝在泵殼體上的兩塊電磁鐵之間的閉環(huán)可控的電磁力，補(bǔ)償泵缸體底部與配流盤之間的不可控的油膜或水膜支承力，實(shí)現(xiàn)缸體-配流盤摩擦副最佳油膜或水膜厚度的主動(dòng)閉環(huán)控制，使缸體處于最佳潤(rùn)滑狀態(tài)，避免缸體-配流盤摩擦副油膜或水膜的破壞所導(dǎo)致的缸體和配流盤的干摩擦，從而避免配流盤燒盤故障的產(chǎn)生，提高泵的使用壽命，有效地降低噪聲。
本發(fā)明是一種端面配流軸向柱塞泵的油膜厚度控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)軸(6)的一端安裝在軸承(1)上，另一端安裝在泵殼(5)上，配流盤(17)安裝在泵殼(5)右端的內(nèi)壁上，缸體(8)安裝在轉(zhuǎn)軸(6)上，柱塞(7)的一端安裝在斜盤(2)上的滑靴中，另一端安裝在缸體(8)的柱塞孔內(nèi)，在缸體(8)的底部對(duì)稱安裝有一對(duì)圓弧形永磁鐵(10a、10b)，在殼體(5)上相對(duì)應(yīng)的位置處對(duì)稱安裝有一對(duì)圓弧形電磁鐵(15a、15b)，在配流盤(17)邊緣的支承面上的高壓和低壓區(qū)對(duì)稱裝有兩個(gè)壓電晶體壓力傳感器(16a、16b)，壓電晶體壓力傳感器(16a、16b)的信號(hào)輸出端分別與調(diào)節(jié)控制單元(12)連接，調(diào)節(jié)控制單元(12)的輸出端與功率放大器(11)連接，功率放大器(11)的輸出端分別與電磁鐵(15a、15b)連接。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益的效果是利用閉環(huán)可控的電磁力，補(bǔ)償泵的缸體底部與配流盤之間的不可控的油(或水)膜支承力，實(shí)現(xiàn)缸體-配流盤摩擦副最佳油(或水)膜厚度的主動(dòng)閉環(huán)控制，使得缸體處于最佳潤(rùn)滑狀態(tài)，提高了特別是水介質(zhì)液壓泵的使用壽命，有效的降低了泵的噪聲；避免了由于缸體在所受傾覆力矩的作用下導(dǎo)致的缸體底部和配流盤之間形成的楔形空間和配流盤的偏磨，使得泵的容積效率、可靠性和使用壽命得到了提高，可以使端面配流柱塞泵的壓力進(jìn)一步得到提高。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的B向視圖；圖3是圖1的A-A剖視圖；圖4是安裝有壓電晶體的配流盤的結(jié)構(gòu)圖；圖5是圖1的C處局部放大圖；附圖標(biāo)記及對(duì)應(yīng)名稱為軸承(1)，斜盤(2)，壓盤(3)，中心彈簧(4)，泵殼(5)轉(zhuǎn)軸(6)，柱塞(7)，缸體(8)，隔磁材料(9、14)，永磁鐵(10a、10b)，功率放大器(11)，調(diào)節(jié)控制單元(12)，電纜密封(13)，電磁鐵(15a、15b)，壓電晶體壓力傳感器(16a、16b)，配流盤(17)，螺釘(18、19)。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，端面配流軸向柱塞泵的的轉(zhuǎn)軸(6)的一端安裝在軸承(1)上，另一端安裝在泵殼(5)上，配流盤(17)安裝在泵殼(5)右端的內(nèi)壁上，缸體(8)安裝在轉(zhuǎn)軸(6)上，柱塞(7)的一端安裝在斜盤(2)上的滑靴中，另一端安裝在缸體(8)的柱塞孔內(nèi)。在斜盤(2)上靠近轉(zhuǎn)軸(6)的位置處安裝有中心彈簧(4)，中心彈簧(4)的一端連接在缸體(8)上。
如圖1、圖2所示，在缸體(8)的底部對(duì)稱安裝有一對(duì)圓弧形永磁鐵(10a、10b)。如圖1、圖3所示，在殼體(5)上相對(duì)應(yīng)圖1、圖2中永磁鐵(10a、10b)的位置處對(duì)稱安裝有一對(duì)圓弧形電磁鐵(15a、15b)。
如圖1、圖4所示，在配流盤(17)邊緣的支承面上的高壓和低壓區(qū)對(duì)稱裝有兩個(gè)壓電晶體壓力傳感器(16a、16b)，壓電晶體壓力傳感器(16a、16b)的信號(hào)輸出端分別與調(diào)節(jié)控制單元(12)連接，調(diào)節(jié)控制單元(12)的輸出端與功率放大器(11)連接，功率放大器(11)的輸出端分別與電磁鐵(15a、15b)連接。
如圖1、圖2所示，在永磁鐵(10a、10b)與缸體(8)之間安裝有隔磁材料(9)。如圖1所示，在電磁鐵(15a、15b)和泵殼(5)之間安裝有隔磁材料(9)。永磁鐵(10a、10b)與對(duì)應(yīng)位置處的電磁鐵(15a、15b)的極性相同。
如圖2所示，電磁鐵(15a、15b)通過螺釘(18)安裝在殼體(5)，如圖3所示，永磁鐵(10a、10b)通過螺釘(19)安裝在缸體(8)的底部。
如圖1所示，電磁鐵(15a、15b)的控制電纜和壓電晶體壓力傳感器(16a、16b)的信號(hào)電纜分別通過泵殼(5)上的小孔與調(diào)節(jié)控制單元(12)和功率放大器(11)連接，小孔出口處用電纜密封(13)進(jìn)行密封。
本發(fā)明的工作過程如下缸體(8)在轉(zhuǎn)軸(6)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，缸體(8)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受到的力包括斜盤(2)通過柱塞(7)作用在缸體(8)上的推壓力，轉(zhuǎn)軸(6)的支承力，中心彈簧(4)的彈簧力、配流盤(17)與缸體(8)之間的壓力場(chǎng)的支承力，包括油膜或水膜的支承力，配流盤(17)邊緣的支承面的支承力，永磁鐵(10a，10b)與電磁鐵(15a，15b)之間的磁斥力。上述諸力中除了永磁鐵與電磁鐵之間的磁斥力可控外，其它力均不可控。本發(fā)明的控制過程為安裝在配流盤上的壓電晶體壓力傳感器(16a，16b)分別感受配流盤(17)兩邊的壓力，該壓力信號(hào)通過信號(hào)電纜送給調(diào)節(jié)控制單元(12)，調(diào)節(jié)控制單元(12)據(jù)此計(jì)算出配流盤(17)和缸體(8)底部的間隙變化情況和是否有楔形空間或配流盤偏磨發(fā)生，同時(shí)該壓力信號(hào)與最佳設(shè)定值比較產(chǎn)生偏差，通過控制算法產(chǎn)生控制量，由功率放大器(11)對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行功率放大驅(qū)動(dòng)電磁鐵，補(bǔ)償由于工況變化造成的的配流盤和缸體底部的間隙變化。
電磁鐵發(fā)出的熱量可由泵殼內(nèi)的循環(huán)油(或水)帶走，配流盤與缸體之間的油(或水)膜形成的液壓阻尼可補(bǔ)充可控磁斥力阻尼不足的問題，使得控制性能進(jìn)一步提高。
權(quán)利要求
1.端面配流軸向柱塞泵的油膜厚度控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)軸(6)的一端安裝在軸承(1)上，另一端安裝在泵殼(5)上，配流盤(17)安裝在泵殼(5)右端的內(nèi)壁上，缸體(8)安裝在轉(zhuǎn)軸(6)上，柱塞(7)的一端安裝在斜盤(2)上的滑靴中，另一端安裝在缸體(8)的柱塞孔內(nèi)，其特征在于在缸體(8)的底部對(duì)稱安裝有一對(duì)圓弧形永磁鐵(10a、10b)，在殼體(5)上相對(duì)應(yīng)的位置處對(duì)稱安裝有一對(duì)圓弧形電磁鐵(15a、15b)，在配流盤(17)邊緣的支承面上的高壓和低壓區(qū)對(duì)稱裝有兩個(gè)壓電晶體壓力傳感器(16a、16b)，壓電晶體壓力傳感器(16a、16b)的信號(hào)輸出端分別與調(diào)節(jié)控制單元(12)連接，調(diào)節(jié)控制單元(12)的輸出端與功率放大器(11)連接，功率放大器(11)的輸出端分別與電磁鐵(15a、15b)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端面配流軸向柱塞泵的油膜厚度控制系統(tǒng)，其特征在于永磁鐵(10a、10b)與對(duì)應(yīng)位置處的電磁鐵(15a、15b)的極性相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端面配流軸向柱塞泵的油膜厚度控制系統(tǒng)，其特征在于調(diào)節(jié)控制單元(12)和功率放大器(11)安裝在殼體(5)上，或安裝在殼體(5)之外。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端面配流軸向柱塞泵，其特征在于在永磁鐵(10a、10b)與缸體(8)之間安裝有隔磁材料(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端面配流軸向柱塞泵，其特征在于在電磁鐵(10a、10b)和泵殼(5)之間安裝有隔磁材料(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端面配流軸向柱塞泵，其特征在于電磁鐵(15a、15b)通過螺釘(18)安裝在殼體(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端面配流軸向柱塞泵，其特征在于永磁鐵(10a、10b)通過螺釘(19)安裝在缸體(8)的底部。
全文摘要
端面配流軸向柱塞泵的油膜厚度控制系統(tǒng)，其目的是使得缸體處于最佳潤(rùn)滑狀態(tài)，避免缸體－配流盤摩擦副油膜或水膜的破壞所導(dǎo)致的缸體和配流盤的干摩擦，從而避免配流盤燒盤故障的產(chǎn)生，提高泵的使用壽命，有效地降低噪聲。在缸體(8)的底部對(duì)稱安裝有一對(duì)圓弧形永磁鐵(10a、10b)，在殼體(5)上相對(duì)應(yīng)的位置處對(duì)稱安裝有一對(duì)圓弧形電磁鐵(15a、15b)，在配流盤(17)邊緣的高壓和低壓區(qū)對(duì)稱裝有兩個(gè)壓力傳感器(16a、16b)，其信號(hào)輸出端分別與調(diào)節(jié)控制單元(12)連接，調(diào)節(jié)控制單元(12)的輸出端與功率放大器(11)連接，功率放大器(11)的輸出端分別與電磁鐵(15a、15b)連接。
文檔編號(hào)F04B53/18GK1847649SQ20051009628
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者魏列江, 盧堃, 冀宏, 李少年, 于振燕 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)