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軸向柱塞泵(馬達)的發展歷史

發布時間:2022-04-09 瀏覽次數:4125

軸向柱塞泵(馬達)是現代液壓傳動中使用最廣的液壓元件之一。由于其可以很方便地實現變量,使液壓系統容易實現功率調節和無級變速,因此被廣泛地應用于各種液壓系統中。

軸向柱塞泵(馬達)的雛形可以追溯到16世紀初,Ramelli開發了用于從礦井里往外汲水的皮革密封的軸向柱塞泵,從結構上看,它和現在的柱塞泵已經十分相似。直到1905年,美國Harvey Wlliam教授和Reynold Janny工程師設計了端面配流的斜盤泵(馬達)的靜液傳動裝置,用在軍艦炮塔轉向的液壓系統中,后來人們稱此結構的泵為Janny泵,而且他們首次把礦物油引入傳動介質,為現代液壓技術的發展拉開了序幕。

1907年,美國人Renault改進了Janny泵柱塞傳動機械,有效地提高了其運行效率。

斜軸式柱塞泵發展較晚,1930年,瑞士Hans Thomas教授設計了第一臺斜軸泵,后人常把斜軸泵稱為Thomas泵,其缸體中心線與傳動軸中心線成一夾角,使缸體對配流盤的傾復力矩減小,因此允許的傾角較大。

20世紀50年代中期,美國Denison公司和英國Lucas公司擺脫Janny泵的傳統,設計了軸承支承缸體的斜盤泵。這種泵傳動軸只傳遞轉矩,不傳遞彎矩,保障了配流副的良好接觸,加上制造水平的提高,使其工作壓力提高到35MPa,轉速也大幅提高,引起斜盤泵歷史上的一次飛躍。

20世紀60年代中期,由于對液壓系統集成化的要求,特別是在行走車輛閉式回路的應用,通軸泵獲得了新的發展。由于主軸尾端可以安裝輔助泵或其他作用的泵,使通軸泵具有集成多種元件的復合功能,大大簡化了液壓系統,這是斜盤泵(馬達)發展的另一次飛躍。

20世紀70年代以后,歐美很多軸向柱塞泵(馬達)的制造商逐漸崛起,針對不同領域做了很多技術革新,比如Vickers公司針對注塑機節能的要求推出PVB輕型泵;泵(馬達)和電子技術的結合也越來越緊密,出現了多種多樣的控制方式。

1966年,我國綜合了國外斜盤式柱塞泵的特點后,設計出了CY14-1型軸向柱塞泵(馬達)。經過30多年的實線,對CY14.1型泵(馬達)相繼做過四次大的改進,前兩次以標準化和縮小體積為主,改進為CY14-1A型;第三次針對配油盤燒損和斜盤磨損以及工藝問題,形成了CY14-1B型泵(馬達);第四次針對CY14-1B型噪聲高、轉速低、易松靴脫靴、可靠性差、自吸能力差、規格不全和無通軸泵等缺陷,開發了Q“CY14-1Bk系列開式低噪聲泵和QT“CY14-1Bk系列通軸泵。

進入20世紀90年代后,德國Bosch Rexroth公司開發出了A4V泵。柱塞與傳動軸成一交角,工作時離心力有助于柱塞的回程,也有利于減小配流盤直徑,降低缸體配流面的線速度;采用球面配流,有利于補償軸向偏載對缸體產生的傾覆力矩,這種類型的泵已經廣泛應用于現代工業領域。目前,作為變量泵和變量馬達使用的幾乎全部是軸向柱塞泵,它又分為斜軸式與斜盤式兩種,現分別敘述如下。

(1)彎軸或軸向柱塞泵(馬達)這是漢斯·托馬(Hans Thoma)1940年的.發明。此后于1946年,他又對缸體的同步驅動進行了改進,將萬向接頭改為連桿方式,將閥板由平面改成球面。最近,博世力士樂(Bosch Rexroth)公司又推出了將連桿與柱塞組成一體的采用錐形柱塞(柱塞桿裝在密封部上)的改進型式。該發明自問世以來60多年間內不斷進行改進,現在已經成為各領域最廣泛應用的產品。

目前只有博世力士樂公司生產變量彎軸泵,主要品種有A7V系列,排量為20~1000mL/r,最高壓力為35MPa,變量角為18°。該公司還開發了A7VO系列泵,該泵為錐形連桿活塞式,排量為28~1000mL/r,最高壓力為40MPa。

在A7V和A7VO基礎上,博世力士樂公司還開發了A6V和A6VM變量馬達。此外,林德公司也生產BMV/R型變量彎軸馬達,但最大排量只有50.2~60.3mL/r,額定壓力為42MPa,最高壓力為50MPa,供小型液壓設備閉式回路用。目前,北京華德液壓集團有限公司、上海液壓泵廠、貴陽501廠等生產博世力士樂的彎軸泵和馬達。彎軸泵和馬達的發展趨勢如下。

1)由于結構原因,彎軸泵不能帶輔助泵,因此只能作為開式回路用泵;此外,由于彎軸泵的變量機構帶動缸體一起擺動,因此變量的響應速度較低。

2)作為變量泵,由于其制造工藝復雜,成本較高,因此,排量在250mL/r以下的變量泵正逐步喪失競爭優勢,但大排量泵還非其莫屬。

3)無論定量還是變量馬達,特別是彎軸角40°的錐形連桿活塞結構,由于其具有起動和傳遞轉矩大的獨特優點,有較好的發展前途。

(2)斜盤式軸向柱塞泵與馬達這是對1905年哈維·威廉(Harvey Wil-liams)和雷諾茲·詹尼(Reynolds Janney)發明的軸式液壓傳動裝置進行改進后得到的,結構更加簡單的變量泵與變量馬達,1950年后已開始了大量生產。與斜軸式相比,它體積小、重量輕,具有良好的排量控制響應性能,所以在各種液壓泵中的應用日益擴大。斜盤式軸向柱塞泵與馬達還可以有輕型與重載之分。

1)輕型軸向柱塞泵和馬達。早在20世紀60年代,一些柱塞泵的生產廠家就企圖發展一種中壓(中等負載)、結構簡單、價格便宜,可以與齒輪泵和葉片泵競爭的變量柱塞泵。在20世紀60年代初期,英國D0WTY公司設計了一種名為“Vadis′”的斜盤式軸向柱塞泵,其最高壓力為20MPa,結構簡單,采用許多少切削和無切削加工零件,需要機加工的零件只有8種,其成本甚至可以和齒輪泵競爭。與此同時,美國威格士(Vickers)公司也設計了一種PVB系列輕型柱塞泵,其結構簡單,配流盤與后蓋連成一體,缸體、滑靴等零件都由鑄鐵或粉末冶金制造,采用單作用缸(彈簧回程)實現變量,主要用于機床上,并曾經作為7MPa以下壓力用于乳化液介質中,不過當時并沒有引起人們的重視。直到20世紀70年代末,日本大金公司在引進美國桑斯川特公司15和18系列泵的基礎上開發出V15和V38系列輕型柱塞泵(排量分別為14.8mL/min和37.7mL/min,額定壓力為14MPa,最高壓力為21MPa)后,輕型柱塞泵才引起世人的重視。

日本大金公司的輕型柱塞泵,許多結構與PVB泵相似。它也是采用單作用變量缸,用彈簧使斜盤復位,為了減小復位彈簧的力,在設計中,使斜盤的回轉中心高于缸體中心線與滑靴球頭中心平面的交點,以便壓緊缸體的中心彈簧和柱塞缸內液體壓力共同使斜盤復位。也許由于摩擦副材料和熱處理的原因,日本大金公司的輕型柱塞泵在缸體與后蓋之間仍安裝有配流盤。

日本大金公司開發的輕型柱塞泵引起人們的廣泛重視,在1981年日本油空壓展覽會上,日本油研、萱場、豐興、不二越等公司都相繼展出了輕型柱塞泵。

在20世紀90年代前后,世界上許多廠家相繼開發出了輕型柱塞泵,如美國的桑斯川特、伊頓、丹尼遜、派克,德國的博世力士樂,意大利的阿托斯等都有這類產品。我國耶限壓件在1983年引進了美國PVB輕型柱塞泵,隨后重慶液壓件廠也從德國博世力士樂公司引進了A10V輕型柱塞泵,但是由于售價太貴,在國內市場并未得到大量推廣使用。

所有的輕型柱塞泵都是以恒壓變量泵為基礎。在開發輕型柱塞泵以后,日本大金公司最早開發了負荷傳感變量泵,并用于注塑機,使泵的輸出功率最接近于負載所需的功率,就是在泵空載時,變量機構也能自回零位,使系統的空載功率消耗也達到最小。

2)重載斜盤泵和馬達。重載斜盤泵和馬達是指用于工作條件較惡劣、負載重、額定壓力為31.5~42MPa、最高壓力為40~50MPa結構較復雜的斜盤泵和馬達。

①閉式回路用斜盤泵與馬達系統。它廣泛地用于工程和建設機械。其特點是泵上裝有補油泵,泵和液壓馬達上共同裝有閉式系統用全套集成閥,用戶只要連接兩根管道,就能使該系統運轉,如振動壓路機、水泥攪拌車等就廣泛采用這種系統。最早生產這種產品的是美國薩澳(SAUER)公司,其產品為20系列泵與馬達系統。20世紀80年代中期,上海高壓油泵廠引進了美國薩澳(SAUER)20系列泵與馬達系統?,F在,薩澳(SAUER)公司已在上海浦東合資生產最新的90系列泵與馬達系統。

目前,世界上已經有多家公司生產這類泵與馬達閉式系統。其中比較著名的有美國伊頓(Eaton)公司、丹尼遜(Denison)公司,德國的博世力士樂公司、林德公司等。其中美國公司都是斜盤泵斜盤馬達閉式系統,德國博世力士樂公司是斜盤泵-彎軸馬達閉式系統,而林德公司既有斜盤泵斜盤馬達閉式系統,也有斜盤泵彎軸馬達閉式系統。我國貴州力源液壓件廠也生產薩澳(SAUER)20系列泵與馬達閉式系統。

②開式系統用斜盤泵。通常,開式系統泵相對于閉式系統泵有更高的要求,要求其有較好的自吸能力,較低的噪聲和較多的變量型式,所以閉式系統泵一般不能用于開式系統。然而,閉式系統泵生產廠家為了降低成本,提高泵的零件通用化程度,往往在閉式系統泵的基礎上派生出開式系統泵,如博世力士樂公司的A4SV0開式系統泵就是由閉式系統泵A4V基礎上開發出來的;林德公司的HPR202系列開式系統泵是HPV202閉式系統泵的改進產品。我國目前大量生產的CY型軸向柱塞泵也屬于開式系統重載斜盤泵。

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