S37《车辆与行走机械的静液压驱动》| 柱塞泵和柱塞式液压马达的基本分类及相关特性

行走液压的工作特征，要求液压元件有较高的转速、较高的工作压力、全方位的外载荷承受能力、全寿命使用成本低、环境适应性好。

现代静液压驱动所使用的各类、各型和各品牌的液压泵和马达的密封部件和配流装置的结构已基本同质化，只有一些细节上的差异，运动转化机构却往往很不相同。

让我们继续一起研读王意教授《车辆与行走机械的静液压驱动》一书的第四章，了解用于静液压驱动装置的柱塞泵和柱塞式液压马达的基本分类及相关特性。

按照工作压力级别的分类

按照运动转化机构的分类

这是一个抽像化的表述。实际上在我们的身边采用这样的原理工作的器具比比皆是。输出含能流体的有空压机、冰箱和空调装置的压缩机、洗车用的高压冲洗泵等等和本书要介绍的柱塞式液压泵等等；如果将图示的进出口的流体方向颠倒过来，则变为输出机械旋转动力的汽油机、柴油机等和柱塞式液压马达的运动学原理图。当然由于气体的压缩性较之液体的要大得多，作为动力机的内燃发动机在运转中还存在着燃料的注入、点燃和复杂的热力学循环，气体介质的机械与液压元件的具体结构之间有许多差异，但这并不妨碍各种流体机械具有共同的技术渊源。从本图中还可体会到现代柱塞式流体机械与图1-2所示古老的蒸汽机之间的传承。

在轴向柱塞元件中，一般又按柱塞和驱动轴之间的运动转化方式和机构形态分为斜盘型和斜轴型两种，不过它们的配流方式却是相似的。径向柱塞泵的品种比较单一，而径向柱塞马达则有多种结构形式，例如可按作用次数进一步细分，见表4-1。

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按照配流装置型式的分类

（1）机械联动型配流装置装有与元件主轴同步联动的转阀、板阀或滑阀，由静止部件与活动部件构成配流副。

静止部件上设有分别与元件高低压油口相连的公共槽口，活动部件上则为每一个柱塞缸设置了一个单独的配流窗口。

当活动部件贴合在静止部件上运动时，各缸筒的窗口就会交替与静止件上的高低压槽口接通，并导入或排出油液。

配流窗口的交叠开闭的运动方式、狭窄的安装空间和相当高的滑摩功都使得静止件和活动件之间无法设置柔性或弹性的密封件。

而完全要靠精密配合的平面、球面、圆柱面或圆锥面等刚性的“配流镜面”之间的间隙中的微米级厚度的油膜来密封，即为间隙密封。

因此对配流副对偶材料的选择及加工都有很高的要求。同时，配流装置的窗口分布相位也应该与促使柱塞完成往复运动的机构的换向位置精准协调并有合理的受力分布。

这些都属于对于高品质柱塞元件的基本要求并涉及到相关的核心制造技术。现代柱塞式液压元件采用的主流机械联动型配流装置为端面配流和轴配流两种。

其他形式的如滑阀型、缸体耳轴摆动型等都很少使用。

端面配流亦称轴向配流（图4-3 a和图4-4），主体为一套板式转阀，由一个带有两个新月形槽口的平面或球面配流盘贴合在开有扁豆形配流孔的缸体端面构成。

两者在垂直于驱动轴的面上相对旋转，配流盘上的槽口和缸体端面开孔的相对位置按一定规律安排，

以使处在吸油或压油行程中的柱塞缸能交替与泵体上的吸、排油槽口相通，同时又能始终保证吸、排油腔之间的隔离和密封；

轴配流又称径向配流（图4-3b），工作原理与端面配流装置相似，但系由相对旋转的阀芯和阀套构成的转阀结构，采用圆柱形或略有锥度的旋转配流面。

为了便于配流对偶零件摩擦面材料的匹配和维修，有时在上述两种配流装置中设置可更换的衬板（图4-4中的2）或衬套。

图4-3 静液压驱动装置用柱塞式元件的

基本配流方式

a) 端面配流装置   b) 轴配流装置

 图4-4 斜盘型轴向柱塞元件的端面配流装置的工作原理及实物配置

S – 低压油道  P – 高压油道，缸体-柱塞副配流端面  2- 衬板  3- 配流盘

注意上图的高压配流槽口中有两条为增加配流盘刚度而设的横档，高低压配流槽口之间的分隔带密封面上有为降低高低压换向噪声而设的节流槽和盲孔群。

（2）压差启闭型也称为座阀型配流装置，它在每一个柱塞缸的进出油口各设置了一个座阀式单向阀，使油液只能向一个方向流动并隔离了高低压油腔。

这种配流装置结构简单，密封性好，可在极高的压力下工作。

但压差启闭的原理使这种泵不具备转化为马达工况的可逆性，不能在静液压驱动装置的闭式回路系统中作为主液压泵使用。

（3）数控电磁阀启闭型是一种近年来新出现的先进配流装置，它也在每一个柱塞缸的进出油口各设置了一个截止阀，但由电子装置控制的高速电磁铁作动，而且每个阀均可双向通流。

图4- 5示出数控配流的柱塞泵（马达）的基本工作原理：高速电磁阀1和2分别控制柱塞缸上部工作腔内油液的流向。

当阀1或阀2开启时，柱塞缸分别与低压或高压回路接通，而它们的启闭动作是由数控调节装置9根据调节指令和输入（输出）轴转角传感器8测出的旋转相位进行解算后控制的。

如图示状态即为阀1关闭，柱塞缸工作腔通过开启的阀2向高压回路供油的液压泵工况。

由于用可自由调节启闭关系的高速电磁阀取代了传统的固定设置的配流窗口，所以它能灵活地控制供油时间和通流方向。

不仅兼有机械联动型的可逆性与压差启闭型的低泄漏的优点，而且还具有通过连续改变柱塞有效行程实现双向无级变量的功能。

由其构成的数控配流型柱塞泵和马达性能优异，体现了未来柱塞式液压元件的一个重要发展方向。

当然，采用数控配流技术的前提要是配置高品质、低能耗的高速电磁阀及高可靠的数控调节装置软硬件。

图4- 5 数控配流柱塞泵的结构原理简图

1 低压油口电磁阀  2 高压油口电磁阀  3 壳体  4 缸套  5 柱塞  6 曲柄  7曲轴  8 曲轴转角传感器  9 数控调节装置

与电力传动中功率传输元件的发展方向相类似，静液压驱动元件也在逐渐将控制部件（如配流装置）与受力的运动转化部件（如柱塞缸和曲轴）分离开来设置，越来越多地体现出电子“神经”和液压“肌肉”的分工模式。

虽然在柱塞式液压元件的配流装置和柱塞的驱动机构之间原则上并无必然的搭配关系，但一般认为端面配流对于工作压力较高的元件有更好的适应性。现在应用较多的轴向柱塞泵和柱塞马达绝大多数采用端面配流。径向柱塞泵和马达采用轴配流和端面配流的则皆有之，而且也不乏一些轴配流的高性能元件。而从结构上看，高性能的数控配流装置则更适合用于径向柱塞元件。表4-2列出对于端面配流和轴配流两种方式所进行的一些比较的意见。作为参考，其中也涉及了摆线齿轮液压马达。从样本数据上看，端面配流的摆线齿轮液压马达比轴配流的性能要明显高一些，但这是出于后者作为廉价产品的定位而在啮合副、支承轴系等部件中都采取了简化结构等多方面的原因，并不意味着端面配流和轴配流本身的性能之间就有那么大的差距。

注明

以上内容引用或改编自王意先生著作《车辆与行走机械的静液压驱动》化学工业出版社，2014.