斜盘式轴向柱塞泵详解

柱塞泵Piston Pumps
柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。

由于柱塞与缸体内孔均为圆柱表面，滑动表面配合精度高，所以这类泵的特点是泄漏小，容积效率高，可以在高压下工作。

2.4.1 斜盘式轴向柱塞泵Swash Plate Axial Piston Pumps
轴向柱塞泵可分为斜盘式(Swash Plate Type)和斜轴式(Bent-axial Type)，图2.18为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理。

泵由斜盘1、柱塞2、缸体3、配油盘4等主要零件组成，斜盘1和配油盘4是不动的，传动轴5带动缸体3，柱塞2一起转动，柱塞2靠机械装置或在低压油作用压紧在斜盘上。

当传动轴按图示方向旋转时，柱塞2在其沿斜盘自下而上回转的半周内逐渐向缸体外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，产生局部真空，从而将油液经配油盘4上的配油窗口a吸入；柱塞在其自上而下回转的半周内又逐渐向里推入，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘窗口b向外排出，缸体每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油动作。

改变斜盘的倾角γ，就可以改变密封工作容积的有效变化量，实现泵的变量。

图2.18斜盘式轴向柱塞泵的工作原理
1—斜盘(Swash Plate)；2—柱塞(Piston)；3—缸体(Block)；4—配流盘(Valve Plate)；5—传动轴(Drive Shaft)；a—吸油窗口(Inlet Port)；b—压油窗口(Outlet Port)；
2.4.1.1 斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量
如图2.18，若柱塞数目为z，柱塞直径为d，柱塞孔分布圆直径为D，斜盘倾角为γ，则泵的排量为
γπtan 42zD d V = （2.25）
则泵的输出流量为
γηπ
tan 42v zDn d q = （2.26）
实际上，柱塞泵的排量是转角的函数，其输出流量是脉动的，就柱塞数而言，柱塞数为奇数时的脉动率比偶数柱塞小，且柱塞数越多，脉动越小，故柱塞泵的柱塞数一般都为奇数。

从结构工艺性和脉动率综合考虑，常取Z=7或Z=9。

2.4.1.2 斜盘式轴向柱塞的结构特点 Construction Characteristics of Swash Plate Axial Piston Pumps
（1）端面间隙的自动补偿 Automatic Compensating of End Face Clearance 由图2.18可见，使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧作为预密封的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此液压力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力增大而增大。

由于缸体始终受液压力紧贴着配流盘，就使端面间隙得到了自动补偿。

（2）滑靴的静压支撑结构 Piston Shoe and Hydrostatic Backup Construction 在斜盘式轴向柱塞泵中，若各柱塞以球形头部直接接触斜盘而滑动，这种泵称为点接触式轴向柱塞泵。

点接触式轴向柱塞泵在工作时，由于柱塞球头与斜盘平面理论上为点接触，因而接触应力大，极易磨损。

一般轴向柱塞泵都在柱塞头部装一滑靴，如图2.19所示，滑靴是按静压轴承原理设计的，缸体中的压力油经过柱塞球头中间小孔流入滑靴油室，使滑靴和斜盘间形成液体润滑，改善了柱塞头部和斜盘的接触情况。

有利于提高轴向柱塞泵的压力和其它参数，使其在高压、高速下工作。

图2.19滑靴的静压支承原理
（3）变量机构Variable Displacement Mechanism
在斜盘式轴向柱塞泵中，通过改变斜盘倾角γ的大小就可调节泵的排量，变量机构的结构型式是多种多样的，这里以手动伺服变量机构为例说明变量机构的工作原理。

如图 2.20是手动伺服变量机构(Manual Servo Variable Displacement Mechanism)简图，该机构由缸筒1，活塞2和伺服阀组成。

活塞2的内腔构成了伺服阀的阀体，并有c、d和e三个孔道分别沟通缸筒1下腔a、上腔b和油箱。

泵上的斜盘4通过拨叉机构与活塞2下端铰接，利用活塞2的上下移动来改变斜盘倾角γ。

当用手柄使伺服阀芯3向下移动时，上面的阀口打开，a腔中的压力油经孔道c通向b腔，活塞因上腔有效面积大于下腔的有效面积而移动，活塞2移动时又使伺服阀上的阀口关闭，最终使活塞2自身停止运动。

同理，当手柄使伺服阀芯3向上移动时，下面的阀口大开，b和e接通油箱，活塞2在a腔压力油的作用下向上移动，并在该阀口关闭时自行停止运动。

变量控制机构就是这样依照伺服阀的动作来实现其控制的。

图2.20手动伺服变量机构图。