新型容积式海(淡)水球塞泵的研制

　　1　前言

　　常规轴向柱塞式海(淡)水液压泵如要增加其流量,一定要增大其径向尺寸,但斜盘与滑履摩擦副对线速度比较敏感,增大径向尺寸转速就要降低,转速的降低又会导致流量的降低,这正是常规大排量轴向柱塞式海(淡)水液压泵难以克服的致命弱点。

　　本文提出一种心轴配流海(淡)水球塞泵,其核心在于用球形物为活塞,采用心轴配流。如图1所示,定子内壁为椭圆形,转子高速旋转,球塞在惯性力、液压力和定子反作用力作用下沿定子内壁作椭圆周运动,球塞、转子和配流心轴形成的工作腔体积发生变化,从而实现吸压水,配流心轴使吸入和压出的水按规定方向流动。该泵周向结构完全对称,具有轴向柱塞泵的径向尺寸和径向柱塞泵的轴向尺寸,结构十分紧凑,且构件少,可靠性高,可实现低噪声、大排量和高转速(>3600 r/min),是一种高功率密度的液压动力元件。

　　2　样机设计

　　为了提高泵的容积效率,延长泵的使用寿命,该泵球塞副的设计要点如下:

　　(1)提高缸孔和球塞的加工精度,保证该密封摩擦副之间的原始间隙为<5μm。

　　球塞副泄漏流量公式[1]为(见图2)：

　　该泄漏量分球塞两侧压差泄漏和球塞运动剪切泄漏两部分,以前者为主。由该式可知,球塞副的等效密封长度为2Rh0,h0很小,故等效密封长度亦小。水的黏度只有液压油的1/40左右,因此球塞副应用于海(淡)水液压泵时要求配合间隙非常小,应该在5μm以下。

　　(2)球塞采用整体陶瓷,公称直径为34 mm,设计尺寸误差为0~5μm,实际加工误差为0~10μm,而其圆度误差无论是设计还是实际加工都达到了0~5μm。为了能够实现球塞副的流体动压润滑,球塞表面粗糙度控制在0~3μm以内,润滑水膜厚度的期望值为3~5μm。

　　(3)缸孔采用复合工程塑料,以增强其在海(淡)水液压介质中的耐磨性和耐腐蚀性。但复合工程塑料材料的膨胀系数与转子不锈钢基材存在较大差异,且通常难以直接喷涂在金属基体上。为了提高塑料涂层的结合强度,必须设计粘结底层。本文采用最常用的环氧树脂作为粘结底层,同时通过塑料材料的辐射改性等措施以提高涂层的结合强度,提高涂层抗冲击性能。

　　(4)国内外大量的实验证明,液压泵声压级L[dB(A)]与泵输出功率的对数成线性关系:L=B0+AlgW。对于常规的斜盘滑靴液压泵,在负载压力一定的情况下压力上升时间与配流盘形式有关。压力上升最快的是零重叠型,三角槽型次之,最慢的是预压缩型。对照噪声回归曲线,功率超过40 kW时,压力上升由慢到快的顺序与噪声由低到高的顺序都是:预压缩,三角槽,零重叠。但功率再大,三角槽显示出噪声低的优点。因此,零重叠配流盘的设计必须取缔,预压缩配流盘型液压泵的噪声在中压时低[2]。