CN1847649A - 端面配流轴向柱塞泵的油膜厚度控制系统 - Google Patents

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端面配流轴向柱塞泵的油膜厚度控制系统，其目的是使得缸体处于最佳润滑状态，避免缸体－配流盘摩擦副油膜或水膜的破坏所导致的缸体和配流盘的干摩擦，从而避免配流盘烧盘故障的产生，提高泵的使用寿命，有效地降低噪声。在缸体(8)的底部对称安装有一对圆弧形永磁铁(10a、10b)，在壳体(5)上相对应的位置处对称安装有一对圆弧形电磁铁(15a、15b)，在配流盘(17)边缘的高压和低压区对称装有两个压力传感器(16a、16b)，其信号输出端分别与调节控制单元(12)连接，调节控制单元(12)的输出端与功率放大器(11)连接，功率放大器(11)的输出端分别与电磁铁(15a、15b)连接。

Description

端面配流轴向柱塞泵的油膜厚度控制系统
技术领域
本发明涉及轴向柱塞泵，尤其涉及水介质，或高压大流量油介质的端面配流的轴向柱塞泵的油膜厚度控制系统，特别适合于端面配流的水介质液压泵，或者额定压力超过50Mpa、排量大于45ml/r的高压大排量端面配流液压泵。
背景技术
目前，得到广泛应用的轴向柱塞泵的配流大多采用断面配流，即平面配流或球面配流型式，配流盘是端面配流轴向柱塞泵的关键零件之一，其作用为分配油液(或水)的进出，承受缸体的偏心载荷。由于缸体和配流盘之间存在很大的相对运动速度，如果接触比压又很大的话，磨损将非常严重，直接影响着泵的性能和寿命。为使缸体和配流盘之间既保持一定的油(或水)膜厚度而不发生干摩擦，又不能使二者之间的间隙过大，导致泄漏过大，降低泵容积效率，通常采用剩余压紧力设计法。剩余压紧力设计法就是在摩擦副之间引入高压油或水，靠其产生的静压平衡掉大部分压紧力，缸体依靠剩余的压紧力压紧到配流盘上。由于缸体所受轴向载荷变化幅度很大，所以剩余压紧力不可能取得很小，造成摩擦副之间常常不能形成有效的支承油膜或水膜，液体摩擦和干摩擦同时存在，润滑情况受剩余压紧力大小、力矩平衡好坏、表面加工质量、摩擦副热膨胀、相对速度高低以及油膜或水膜强度强弱等诸多因素的影响。由于剩余压紧力不能根据工况主动进行控制，所以摩擦副之间的润滑情况是不确定的，完全视工况而定。而且由于负载的变化、制造精度和安装误差，运动件的力矩也不可能完全达到平衡，摩擦副间常出现偏磨或楔形空间，造成泄漏和配流盘的偏磨，使得泵的容积效率和寿命都受到严重威胁。
其次，端面配流的轴向柱塞泵的噪声主要来源于配流盘的配流噪声，虽然在配流盘上采取了开节流槽等措施，但是由于油膜或水膜厚度的不可控性，工况环境变化或参数摄动时不能保证最佳油膜或水膜厚度，所以使得噪声也是不可控的。
上述情况在额定压力大于40MPa的高压、排量大于45ml/r的大排量油介质液压泵中是个严重的问题。而相比油介质，水(纯水或海水)介质润滑性能差，粘度低，约为油的1/40，同样的间隙，水的泄漏比油严重得多，为保证水介质泵的容积效率，只能更进一步减小摩擦副之间的间隙，这使得摩擦副间不能建立起具有有效刚度的水膜，难以产生足够的支承力，更难以适应负载的变化，即使采用耐磨材料也很难达到预期的容积效率和寿命，成为水介质液压泵的技术难题之一。
本发明的目的是利用安装在泵缸体底部的两块永磁铁和对应的安装在泵壳体上的两块电磁铁之间的闭环可控的电磁力，补偿泵缸体底部与配流盘之间的不可控的油膜或水膜支承力，实现缸体-配流盘摩擦副最佳油膜或水膜厚度的主动闭环控制，使缸体处于最佳润滑状态，避免缸体-配流盘摩擦副油膜或水膜的破坏所导致的缸体和配流盘的干摩擦，从而避免配流盘烧盘故障的产生，提高泵的使用寿命，有效地降低噪声。
本发明是一种端面配流轴向柱塞泵的油膜厚度控制系统，转轴(6)的一端安装在轴承(1)上，另一端安装在泵壳(5)上，配流盘(17)安装在泵壳(5)右端的内壁上，缸体(8)安装在转轴(6)上，柱塞(7)的一端安装在斜盘(2)上的滑靴中，另一端安装在缸体(8)的柱塞孔内，在缸体(8)的底部对称安装有一对圆弧形永磁铁(10a、10b)，在壳体(5)上相对应的位置处对称安装有一对圆弧形电磁铁(15a、15b)，在配流盘(17)边缘的支承面上的高压和低压区对称装有两个压电晶体压力传感器(16a、16b)，压电晶体压力传感器(16a、16b)的信号输出端分别与调节控制单元(12)连接，调节控制单元(12)的输出端与功率放大器(11)连接，功率放大器(11)的输出端分别与电磁铁(15a、15b)连接。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：利用闭环可控的电磁力，补偿泵的缸体底部与配流盘之间的不可控的油(或水)膜支承力，实现缸体-配流盘摩擦副最佳油(或水)膜厚度的主动闭环控制，使得缸体处于最佳润滑状态，提高了特别是水介质液压泵的使用寿命，有效的降低了泵的噪声；避免了由于缸体在所受倾覆力矩的作用下导致的缸体底部和配流盘之间形成的楔形空间和配流盘的偏磨，使得泵的容积效率、可靠性和使用寿命得到了提高，可以使端面配流柱塞泵的压力进一步得到提高。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是图1的B向视图；
图3是图1的A-A剖视图；
图4是安装有压电晶体的配流盘的结构图；
图5是图1的C处局部放大图；
附图标记及对应名称为：轴承(1)，斜盘(2)，压盘(3)，中心弹簧(4)，泵壳(5)转轴(6)，柱塞(7)，缸体(8)，隔磁材料(9、14)，永磁铁(10a、10b)，功率放大器(11)，调节控制单元(12)，电缆密封(13)，电磁铁(15a、15b)，压电晶体压力传感器(16a、16b)，配流盘(17)，螺钉(18、19)。
具体实施方式
如图1所示，端面配流轴向柱塞泵的的转轴(6)的一端安装在轴承(1)上，另一端安装在泵壳(5)上，配流盘(17)安装在泵壳(5)右端的内壁上，缸体(8)安装在转轴(6)上，柱塞(7)的一端安装在斜盘(2)上的滑靴中，另一端安装在缸体(8)的柱塞孔内。在斜盘(2)上靠近转轴(6)的位置处安装有中心弹簧(4)，中心弹簧(4)的一端连接在缸体(8)上。
如图1、图2所示，在缸体(8)的底部对称安装有一对圆弧形永磁铁(10a、10b)。如图1、图3所示，在壳体(5)上相对应图1、图2中永磁铁(10a、10b)的位置处对称安装有一对圆弧形电磁铁(15a、15b)。
如图1、图4所示，在配流盘(17)边缘的支承面上的高压和低压区对称装有两个压电晶体压力传感器(16a、16b)，压电晶体压力传感器(16a、16b)的信号输出端分别与调节控制单元(12)连接，调节控制单元(12)的输出端与功率放大器(11)连接，功率放大器(11)的输出端分别与电磁铁(15a、15b)连接。
如图1、图2所示，在永磁铁(10a、10b)与缸体(8)之间安装有隔磁材料(9)。如图1所示，在电磁铁(15a、15b)和泵壳(5)之间安装有隔磁材料(9)。永磁铁(10a、10b)与对应位置处的电磁铁(15a、15b)的极性相同。
如图2所示，电磁铁(15a、15b)通过螺钉(18)安装在壳体(5)，如图3所示，永磁铁(10a、10b)通过螺钉(19)安装在缸体(8)的底部。
如图1所示，电磁铁(15a、15b)的控制电缆和压电晶体压力传感器(16a、16b)的信号电缆分别通过泵壳(5)上的小孔与调节控制单元(12)和功率放大器(11)连接，小孔出口处用电缆密封(13)进行密封。
本发明的工作过程如下：
缸体(8)在转轴(6)的驱动下旋转，缸体(8)在运转过程中受到的力包括：斜盘(2)通过柱塞(7)作用在缸体(8)上的推压力，转轴(6)的支承力，中心弹簧(4)的弹簧力、配流盘(17)与缸体(8)之间的压力场的支承力，包括油膜或水膜的支承力，配流盘(17)边缘的支承面的支承力，永磁铁(10a，10b)与电磁铁(15a，15b)之间的磁斥力。上述诸力中除了永磁铁与电磁铁之间的磁斥力可控外，其它力均不可控。本发明的控制过程为：安装在配流盘上的压电晶体压力传感器(16a，16b)分别感受配流盘(17)两边的压力，该压力信号通过信号电缆送给调节控制单元(12)，调节控制单元(12)据此计算出配流盘(17)和缸体(8)底部的间隙变化情况和是否有楔形空间或配流盘偏磨发生，同时该压力信号与最佳设定值比较产生偏差，通过控制算法产生控制量，由功率放大器(11)对控制信号进行功率放大驱动电磁铁，补偿由于工况变化造成的的配流盘和缸体底部的间隙变化。
电磁铁发出的热量可由泵壳内的循环油(或水)带走，配流盘与缸体之间的油(或水)膜形成的液压阻尼可补充可控磁斥力阻尼不足的问题，使得控制性能进一步提高。

Claims (7)

1、端面配流轴向柱塞泵的油膜厚度控制系统，转轴(6)的一端安装在轴承(1)上，另一端安装在泵壳(5)上，配流盘(17)安装在泵壳(5)右端的内壁上，缸体(8)安装在转轴(6)上，柱塞(7)的一端安装在斜盘(2)上的滑靴中，另一端安装在缸体(8)的柱塞孔内，其特征在于在缸体(8)的底部对称安装有一对圆弧形永磁铁(10a、10b)，在壳体(5)上相对应的位置处对称安装有一对圆弧形电磁铁(15a、15b)，在配流盘(17)边缘的支承面上的高压和低压区对称装有两个压电晶体压力传感器(16a、16b)，压电晶体压力传感器(16a、16b)的信号输出端分别与调节控制单元(12)连接，调节控制单元(12)的输出端与功率放大器(11)连接，功率放大器(11)的输出端分别与电磁铁(15a、15b)连接。
2、根据权利要求1所述的端面配流轴向柱塞泵的油膜厚度控制系统，其特征在于永磁铁(10a、10b)与对应位置处的电磁铁(15a、15b)的极性相同。
3、根据权利要求1所述的端面配流轴向柱塞泵的油膜厚度控制系统，其特征在于调节控制单元(12)和功率放大器(11)安装在壳体(5)上，或安装在壳体(5)之外。
4、根据权利要求1所述的端面配流轴向柱塞泵，其特征在于在永磁铁(10a、10b)与缸体(8)之间安装有隔磁材料(9)。
5、根据权利要求1所述的端面配流轴向柱塞泵，其特征在于在电磁铁(10a、10b)和泵壳(5)之间安装有隔磁材料(9)。
6、根据权利要求1所述的端面配流轴向柱塞泵，其特征在于电磁铁(15a、15b)通过螺钉(18)安装在壳体(5)。
7、根据权利要求1所述的端面配流轴向柱塞泵，其特征在于永磁铁(10a、10b)通过螺钉(19)安装在缸体(8)的底部。
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