球塞式液压泵配流轴平衡特性

　　0 引言

　　球塞式液压泵(以下简称球塞泵)是一种新型的缸体转动的轴配流式径向液压泵，其主要由变量机构即行程调节器1、缸体2、作用环3、球塞4、配流轴5、配流套6 等组成，如图1 所示。当缸体转动时，球塞在随缸体转动的同时，沿缸体孔轴线作往复运动，使球塞、缸体孔和配流机构之间工作腔的容积发生变化，完成吸油和排油的过程^[1,2]。

　　它具有以下优点：在相同的技术指标下比其他类型泵尺寸更小，结构简单紧凑，功率密度高;构件少，可靠性高;变量机构简单可靠，排量可以很容易的实现连续无级变化。因此在军用履带车辆的无级变速和转向中得到了广泛应用^[3,4]。

　　配流副是配流轴与缸体间形成的圆柱副，是球塞泵中一对关键的摩擦副^[5]。为在循环载荷和突变载荷条件下保证配流轴与缸体间存在一定的间隙，须建立配流副间的静压支承系统和压力反馈机制。王明智、王春行在发明专利中提出了一种单向径向柱塞泵配流副的过平衡压力补偿方法，此方法有效地避免了缸体偏磨和抱轴现象的发生^[6]。孟正华针对配流轴高低压沟通的两种方案进行了缸体平衡度计算，得出了两种沟通方案缸体静压支承平衡度基本一致的结论^[7] ，但并没涉及到压力反馈机制。申永军针对径向柱塞泵配流副的静压支承系统，采用动压反馈设计思想增加压力补偿元件，有效地避免了配流轴“抱轴”现象的发生^[8]，但并没进行配流轴的动态特性研究。由于球塞泵是高压、大排量液压泵，其配流轴的平衡特性对球塞泵的性能影响极大。本文在前人的基础上，采用压力反馈机制，建立配流副的流场模型和动态特性模型，对球塞泵配流轴的平衡特性进行较为全面的研究。

　　1 配流轴静态特性

　　球塞泵配流副是由支承在精度等级要求不高轴承上的缸体和完全处于浮动状态的配流轴组成的。球塞泵处于高压大排量工作状态时，缸体所受径向力完全由轴承承受，而配流轴的径向力则由静压支承作用实现平衡，从而形成配流轴支承系统。图2 所示为配流轴径向受力分析及配流副流场模型简图。缸体绕着配流轴旋转时，排油区中的高压油流经间隙(可变阻尼R₀)到达高压侧平衡油槽，压力降至P₁，然后再流经间隙(可变阻尼R₁)外泄到壳体及流经阻尼孔(固定阻尼R₂)到达吸油区，此流场定义为I 流场。同时高压油也流经阻尼孔(固定阻尼R₂)到达低压侧平衡油槽，压力降至P₂，然后再流经间隙(可变阻尼R₃)外泄到壳体及流经间隙(可变阻尼R₄)内泄到吸油区;并流经平衡油槽周向间隙(可变阻尼R₅)到达高压侧平衡油槽，此流场定义为II 流场。排油区左右侧的流场几何模型相同，在此只分析单侧即可。由于球塞泵是双向变量泵，为了实现双向变量及配流轴径向受力平衡，设计时保证配流轴高低压两侧平衡油槽的尺寸相等，同时阻尼孔的沟通方式和直径均相同。