S48《车辆与行走机械的静液压驱动》| 了解斜盘型轴向柱塞变量液压泵和液压马达的变量执行机构等细节

【第五章】

静液压驱动功率

传输元件的典型构造

斜盘型轴向柱塞变量液压泵和液压马达的变量执行机构

斜盘型变量泵和马达在运转中，其斜盘承受着柱塞经滑履传递的轴向力，各个柱塞副产生的合力作用线通常都不通过斜盘的偏转中心，而形成一个力图使斜盘回到中立位置的力矩。

为克服这个力矩以及斜盘支承系统的摩擦力矩，在带载情况下，改变斜盘倾角需要施加一定的调节力矩，这个力矩随系统压力增大而增大。

除了小排量的轻系列斜盘泵可以由人力通过固定在斜盘耳轴端部的杠杆，在运转中直接改变斜盘角度和偏摆方向，以此调节其排量及供油流向外。

中重系列的变量泵和变量马达都需要设置专门的变量执行机构，以产生足够大的斜盘调节力。

由人力用手柄、手轮或踏板等经杠杆、凸轮、链条等操作的变量机构直接与斜盘相联，仅用于小排量的轻系列斜盘泵。

有时需要辅以固定已调定斜盘角度的制动或止动机构，也称机械式变量机构（参见图5-10a、图5-11c和图5-16）；

A

B

图5-10 斜盘的铰接支承方式

a）外耳轴式（HANSA-TPM）  

b）内耳轴式或耳环式（Sauer Danfoss）

大部分斜盘泵的变量机构都是用具有特定功能的液压伺服阀组控制专门设置的往复或摆动型伺服液压缸来操作的，

控制指令可以用机械的、液压的或电信号等方式输入。即使是电子控制的变量系统也都需要采用液压的执行机构，机电型或气动型的变量执行机构则十分罕见。

静液压驱动用变量泵的变量执行机构所需的控制压力油大多取自自身的补油系统，大功率变量元件也有取自其它独立的低压控制油源者。

早期产品沿用工业变量泵上由主回路引出高压油为变量系统供能的方式，在静液压驱动装置中现已基本淘汰，但有些系统采用复合控制，

例如用取自补油系统的主控压力使较大的主变量液压缸动作，同时又引来主回路中的实时高压油作用到一个与主变量活塞对顶的小柱塞上，产生相应的反馈力叠加于变量机构。

此处高压油液仅作为控制信号的载体使用，流量极小，对于系统容积效率的影响微乎其微。

为了在保持基础部件通用化的前提下满足用户对于多种变量控制方式的选型的要求，生产厂家常将变量机构制成两部分，

一部分为用以推动斜盘偏摆的伺服变量液压缸和斜盘角度反馈杠杆机构，它对于同一系列和规格的各种变量方式的斜盘泵多是通用的，并作为执行元件集成于泵的壳体上；

另一部分则是根据不同的控制方式的要求选装的，例如有机械杠杆操纵（手动伺服）的、液压先导遥控的、转速敏感控制的和电子比例或脉宽控制的等等不同的模块。

某些产品和允许几种功能相容的先导控制阀叠加使用，例如，Bosch Rexroth的A4VG型变量泵就允许将转速敏感控制（企业商品名为DA控制）模块叠加在机械或液压控制的模块上。

今后的发展趋势是越来越普遍地采用电子控制的变量前级模块和通用的液压伺服执行机构。

集成安装在斜盘泵壳体中的伺服变量液压缸的常用布置方式有以下几种：

单独的变量液压缸与驱动轴平行或略微倾斜布置（图5-16a），多用于中、轻系列斜盘泵和单向变量的斜盘马达，也曾用于早期的以主回路高压油作动的斜盘型元件（参见图5-14）；

A

B

图5-14 缸筒底部带浮动套筒配流副的斜盘泵（a，Lucas）及配流装置细部（b）

1-柱塞  2-缸体  3-浮动过流套筒  4-弹簧  5-密封圈  6-随缸体旋转的配流窗口盘  7-制有配流槽口的配流盘  8-带油口的后盖  9-后轴承

变量缸仍与驱动轴平行或略微倾斜，但用2个（Sauer Danfoss的 20系列）或4个（Linde的BPV和HPV02系列）较小的单作用缸代替1个大的双作用变量缸，

可更充分利用泵壳内的空间，用于斜盘调节力较大的重系列泵（图5-16b）；

非通轴型元件可将变量执行机构横置于壳体上没有轴伸的一端的中间（图5-16c），通轴型的则需要把伺服变量液压缸偏置于泵体一侧的盖板上（图5-16d）。

图5-16 斜盘泵和马达变量执行机构的常用布置方式

a)纵向集中布置  b）纵向分散布置 

c）横向布置在端盖上，仅适用于非同轴型元件

d）横向布置在侧盖上，可认为是目前闭式回路用变量泵的主流结构型式

见之于前述采用缸体外轴承结构的Denison斜盘型变量泵（参见图5-13），因结构复杂而罕有其他应用者。

图5-13 带缸体外轴承的通轴型斜盘变量泵。缸体内花键充当了联轴器，比较罕见的是其变量装置采用摆动式伺服液压缸。其实物模型请参看图3-7（Denison）

与开式回路用柱塞泵的进出油口通径相差悬殊的情况不同，静液压驱动装置使用的斜盘变量泵的两个主回路油口都是等大和对称的，和允许双向旋转的液压马达一样。

这是区别开式或闭式回路用柱塞泵的一个明显的外观特征。

斜盘泵和马达的壳体除用于密封包容其核心旋转部件外，尚须与端盖一起承受斜盘、柱塞、缸体及驱动轴传来的径向和轴向力，其本身及联结螺栓都需要具有足够的强度和刚度。

重系列元件的壳体和端盖一般均用高强度球墨铸铁铸造加工而成。出于减小质量的目的，某些轻系列元件也有采用铝合金或铝镁合金制造壳体的。

为了提高整个系统的集成化程度和减少外接管道的数量，现代静液压驱动装置普遍将为构成一个闭式回路系统所必需的补油泵和补油单向阀、补油溢流阀、高压安全阀和冲洗阀等控制阀组集成安装在变量泵的壳体上和后盖中，

并设有多个压力及转速传感器及测试接口。只有早期设计的Sundstrand 20系列的主回路安全阀和冲洗阀是设于一个单独的阀块内，

并附装在同系列的马达后盖上的。后一方式如果配用其他的马达就不很方便。

新型变量泵一般都还有在补油回路中附装过滤器的选项。变量液压泵的变量机构是双向工作的，其上还常常叠加有各种先导控制阀。

相比之下，定量马达无须变量装置，变量马达也只需要有单向变量机构，在它们的壳体和端盖上集成的阀组也较少。

因此变量泵的外形比同等排量的同类结构的马达要复杂得多，体积和质量也要大得多。

静液压驱动装置使用的规格稍大的各种重系列变量泵和马达的主回路均采用匹配矩型可分裂法兰接头的油口，执行米制ISO6162 40MPa级或SAE J518C 6000psi级的标准。这两种标准的区别主要在于法兰紧固螺栓是米制还是吋制。

以此油口的尺寸即可以直接识别与确定元件主回路连接管道的通径和耐压等级。其他的通径较小的辅助性油口，如补油泵吸油口、壳体回油口、测压口等则为米制或吋制的螺纹油口。

只有排量规格较小的中轻系列元件的主回路也采用螺纹油口。为方便管路安装和设置壳体内循环冷却系统，越来越多的静液压驱动用元件设置了两个壳体回油口。

这些油口的具体位置和尺寸，可从元件样本中的安装图内找到。

以上介绍的关于元件壳体和油口的配置原则，对于静液压驱动装置所采用的其他型式的各种变量泵和马达也都是适用的。

  文中所提到的区别闭式和

开式液压元件的

明显的外观特征是什么？