軸向柱塞泵的工作原理與結(jié)構(gòu)
1．軸向柱塞泵
為了構(gòu)成柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)條件，軸向柱塞泵都具有傾斜結(jié)構(gòu)，所以軸向柱塞泵根據(jù)其傾斜結(jié)構(gòu)的不同分為斜盤(pán)式（直軸式）和斜軸式（擺缸式）兩種形式。
圖R所示為斜盤(pán)式軸向柱塞泵的工作原理，這種泵主體由缸體1、配油盤(pán)2、柱塞3和斜盤(pán)4組成。幾個(gè)柱塞沿圓周均勻分布在缸體內(nèi)。斜盤(pán)軸線與缸體軸線傾斜一角度，柱塞靠機(jī)械裝置或在低壓油（圖中為彈簧）作用下壓緊在斜盤(pán)上，配油盤(pán)2和斜盤(pán)4固定不轉(zhuǎn)。當(dāng)原動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸使缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于斜盤(pán)的作用迫使柱塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)配油盤(pán)的配油窗口進(jìn)行吸油和壓油。
如圖R所示，當(dāng)柱塞運(yùn)動(dòng)到下半圓范圍(π～2π)內(nèi)時(shí)，柱塞將逐漸向缸套外伸出，柱塞底部的密封工作容積將增大，通過(guò)配油盤(pán)的吸油窗口進(jìn)行吸油；而在0～π時(shí)，柱塞被斜盤(pán)推人缸體，使密封容積逐漸減小，通過(guò)配油盤(pán)的壓油窗口壓油。缸體每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)柱塞各完成吸油、壓油一次。
改變斜盤(pán)傾角就能改變柱塞行程的長(zhǎng)度，即改變液壓泵的排量；改變斜盤(pán)傾角的方向，就能改變吸油和壓油的方向，從而使泵成為雙向變量泵。
配油盤(pán)上吸油窗口和壓油窗口之間的密封區(qū)寬度1應(yīng)稍大于柱塞缸體底部通油孔寬度l1。但不能相差太大，否則會(huì)發(fā)生困油現(xiàn)象。一般在兩配油窗口的兩端部開(kāi)有小三角槽，以減小沖擊和噪聲。
2．斜盤(pán)武軸向柱塞泵的一般結(jié)構(gòu)
圖S所示為一種斜盤(pán)式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)圖，它由右邊的主體結(jié)構(gòu)和左邊的變量調(diào)整機(jī)構(gòu)所組成。
其主體部分由裝在中間泵體16內(nèi)的缸體10、柱塞17、斜盤(pán)4和配流盤(pán)13所組成，缸體10由傳動(dòng)軸l2帶動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在缸體的各個(gè)軸向柱塞孔內(nèi)各裝有柱塞17，柱塞頭部與滑履1采用球面配合，而外面加以鉚合，使柱塞和滑履既不會(huì)脫落，又使配合球面間能相對(duì)運(yùn)動(dòng)；使回程盤(pán)2和柱塞滑履一同轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在排油過(guò)程中借助斜盤(pán)4推動(dòng)柱塞作軸向運(yùn)動(dòng)；彈簧11通過(guò)鋼球8推壓回程盤(pán)2，以便在吸油時(shí)依靠回程盤(pán)、鋼球和彈簧所組成的回程裝置將滑履1緊緊壓在斜盤(pán)4的表面上滑動(dòng)，這樣就可以使泵具有白吸能力。在滑履1與斜盤(pán)4相接觸的部位有一油室，它通過(guò)柱塞17中間的小孔與缸體10中的工作腔相連，以便使壓力油進(jìn)入油室后在滑履與斜盤(pán)的接觸面間形成一層油膜，起到靜壓支承的作用，使滑履作用在斜盤(pán)上的力大大減小，磨損也減小。傳動(dòng)軸12通過(guò)其左端的花鍵來(lái)帶動(dòng)缸體10進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，柱塞在隨缸體旋轉(zhuǎn)的同時(shí)在缸體中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。缸體中柱塞底部的密封工作容積是通過(guò)配流盤(pán)13與泵的進(jìn)出口相通的。隨著傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓泵就連續(xù)地吸油和排油。
缸體10通過(guò)大軸承9支承在中間泵體上，這樣斜盤(pán)4通過(guò)柱塞作用在缸體上的徑向分力可以由大軸承承受，使傳動(dòng)軸l2不受彎矩作用，并改善了缸體的受力狀態(tài)，從而保證缸體端面與配流盤(pán)更好地接觸。
左邊的變量調(diào)整機(jī)構(gòu)用來(lái)進(jìn)行輸出流量的調(diào)節(jié)。在變量軸向柱塞泵中都設(shè)置有專(zhuān)門(mén)的變量調(diào)整機(jī)構(gòu)，可以用來(lái)改變斜盤(pán)傾角的大小，以調(diào)節(jié)泵的流量。
軸向柱塞泵的變量控制形式一般有手動(dòng)控制和液壓伺服控制兩種。圖S所示為手動(dòng)變量控制機(jī)構(gòu)，其工作原理為：轉(zhuǎn)動(dòng)手輪7，使螺桿6轉(zhuǎn)動(dòng)，可以使變量活塞5作上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)插入變量活塞5下端的斜盤(pán)4繞著外殼上的圓弧面進(jìn)行擺動(dòng)，使斜盤(pán)4的傾斜角度發(fā)生變化，達(dá)到了手動(dòng)控制輸出流量的目的。
圖T所示為一種液壓伺服變量控制機(jī)構(gòu)，其控制機(jī)構(gòu)由殼體5和隨動(dòng)活塞4所組成。其基本工作原理為：泵輸出的壓力油由通道經(jīng)單向閥a進(jìn)入變量機(jī)構(gòu)殼體5的下腔d，液壓力作用在變量活塞4的下端。當(dāng)與伺服閥閥芯1相連接的拉桿不動(dòng)時(shí)（圖示狀態(tài)），變量活塞4的上腔g處于封閉狀態(tài)，變量活塞不動(dòng)，斜盤(pán)3在某一相應(yīng)的位置上。當(dāng)使拉桿向下移動(dòng)時(shí)，推動(dòng)閥芯1一起向下移動(dòng)，d腔的壓力油經(jīng)通道e進(jìn)人上腔g。由于變量活塞上端的有效面積大于下端的有效面積，向下的液壓力大于向上的液壓力，故變量活塞4也隨之向下移動(dòng)，直到將通道e的油口封閉為止。變量活塞的移動(dòng)量等于拉桿的位移量。當(dāng)變量活塞向下移動(dòng)時(shí)，通過(guò)軸銷(xiāo)帶動(dòng)斜盤(pán)3擺動(dòng)，斜盤(pán)傾斜角增加，泵的輸出流入隨之增加；當(dāng)拉桿帶動(dòng)伺服閥閥芯向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥芯將通道f打開(kāi)，上腔g通過(guò)卸壓通道接通油箱而卸壓，變量活塞向上移動(dòng)，直到閥芯將卸壓通道關(guān)閉為止。它的移動(dòng)量也等于拉桿的移動(dòng)量。這時(shí)斜盤(pán)也被帶動(dòng)作相應(yīng)的擺動(dòng)，使傾斜角減小，泵的流量也隨之相應(yīng)地減小。
由上述可知，伺服變量機(jī)構(gòu)是通過(guò)操作液壓伺服閥動(dòng)作，利用泵輸出的壓力油來(lái)推動(dòng)變量活塞實(shí)現(xiàn)變量的，在拉桿上加很小的力就可以靈敏地控制較大的活塞4，所以變量活塞4被稱(chēng)為伺服隨動(dòng)活塞。拉桿可用手動(dòng)方式或機(jī)械方式操作，斜盤(pán)可以?xún)A斜士18°，故在工作過(guò)程中泵的吸壓油方向可以變換，因而這種泵就稱(chēng)為雙向變量液壓泵。
3．通軸武軸向柱塞泵的基本結(jié)構(gòu)
圖S所示的柱塞泵也稱(chēng)為非通軸式軸向柱塞泵，其主要缺點(diǎn)之一是要采用大型滾柱軸承來(lái)承受斜盤(pán)4施加給缸體的巨大徑向分力，軸承的壽命較低，且轉(zhuǎn)速不高，噪聲大，成本高。為此，近年來(lái)發(fā)展了一種通軸式向柱塞泵，圖U所示為它的典型結(jié)構(gòu)。其工作原理和非通軸式基本相同。不同之處主要在于：通軸泵的主軸直接采用了如圖U所示的兩端支承，使斜盤(pán)通過(guò)柱塞作用在缸體上的徑向分力可以直接由主軸來(lái)承受，因而取消了缸體外緣的大軸承，使通軸泵的轉(zhuǎn)速得以提高。
4．斜軸武軸向柱塞泵
(1)斜軸式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)。圖V所示為斜軸式單向變量泵的一種典型結(jié)構(gòu)，它由主軸、泵殼、軸承、帶連桿的柱塞、中心軸、缸體、配流盤(pán)和變量機(jī)構(gòu)等主要部分組成。主軸由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)連桿、柱塞帶動(dòng)缸體旋轉(zhuǎn)。由于缸體軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相交一個(gè)角度，當(dāng)缸體旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)配流盤(pán)吸油和壓油。配流盤(pán)與變量殼體的接觸面做成弧形，通過(guò)一個(gè)撥銷(xiāo)將配流盤(pán)與變量機(jī)構(gòu)連接起來(lái)。
(2)斜軸式軸向柱塞泵的白動(dòng)補(bǔ)償原理。這種泵通過(guò)右邊的白動(dòng)補(bǔ)償調(diào)整機(jī)構(gòu)可以在輸出壓力減小時(shí)自動(dòng)地通過(guò)增加流量來(lái)補(bǔ)償和調(diào)整壓力。當(dāng)負(fù)載壓力升高時(shí)，壓力油通過(guò)噴嘴2作用到先導(dǎo)活塞3的上端，并推動(dòng)導(dǎo)桿4和控制閥芯9，由于此推力大于調(diào)節(jié)彈簧兒的作用力，控制閥芯9將向下移動(dòng)，使壓力油通過(guò)閥套10的徑向孔進(jìn)入變量活塞13的下腔，由于活塞下端的面積大而上端面積小，活塞13將向上移動(dòng)，從而帶動(dòng)缸體16使擺角變小，減小了泵的流量，實(shí)現(xiàn)了變量的目的。與此同時(shí)，套在導(dǎo)桿上的大小彈簧也受到壓力。該壓力通過(guò)導(dǎo)桿作用于先導(dǎo)活塞上，使先導(dǎo)活塞下端受到的力與上端的液壓力相平衡，導(dǎo)桿對(duì)控制閥芯的壓力減小，使控制閥芯上移直到閥套徑向孔被關(guān)閉，于是變量活塞就固定在某一個(gè)位置上。反之，當(dāng)負(fù)載壓力減小時(shí)，調(diào)節(jié)彈簧通過(guò)作用力控制閥芯、導(dǎo)桿傳到活塞上的壓力大于先導(dǎo)活塞上端的壓力時(shí)，控制閥芯在調(diào)節(jié)彈簧的作用下向上移動(dòng)，將變量活塞大腔的控制油與低壓腔溝通，變量活塞小端壓力高而大端壓力低，變量活塞又在液壓力的差值作用下向下移動(dòng)，通過(guò)撥銷(xiāo)使缸體與主軸之間的擺角增大、流量增大。同時(shí)，大小彈簧對(duì)先導(dǎo)活塞的壓力減小，先導(dǎo)活塞在上面壓力的作用下叉推動(dòng)導(dǎo)桿和控制閥芯下移，直到與調(diào)節(jié)彈簧力相平衡，這時(shí)變量活塞又在某一位置處于新的平衡狀態(tài)。因此，這種變量方式是使流量隨著壓力的變化而自動(dòng)作相應(yīng)的變化，可以大致保持流量與壓力的乘積不變，即恒功率變量。
(3)斜軸式軸向柱塞泵的特點(diǎn)。與斜盤(pán)式泵相比較，這類(lèi)泵的最大特點(diǎn)是變量范圍大，這種斜軸式泵由于柱塞和缸體所受的徑向作用力較小，泵的強(qiáng)度較高，允許的傾角較大，所以變量范圍較大。一般斜盤(pán)式泵的最大傾角為20°左右，而斜軸式泵的最大傾角可達(dá)40°。另一方面，由于其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，外形尺寸和質(zhì)量均較大，由于它靠擺動(dòng)缸體來(lái)改變流量，故其體積和變量機(jī)構(gòu)的慣量較大，變量機(jī)構(gòu)動(dòng)作的響應(yīng)速度較低。