- 新型液壓傳動:多泵多馬達液壓元件及系統
- 聞德生 呂世君 聞佳
- 11字
- 2020-05-07 10:40:40
第二章 新型柱塞泵及馬達
第一節 開路式軸向柱塞泵原理
隨著工業的不斷發展和液壓傳動的廣泛應用,泵的類型也層出不窮,柱塞泵也在不斷地改革和創新。到目前為止,在各種容積式泵中,柱塞泵是實現高壓、高速化比較理想的結構之一,有必要認真研究一下。本章從分析閉式泵入手,提出了一系列新型的開式柱塞泵配流結構。
一、閉路式泵各種配流方式的比較
目前廣泛應用的柱塞泵在配流方式上大體可分為軸配流、閥配流、端面配流三種。首先說明一下定義,我們把柱塞沒有形成通路的柱塞泵叫閉路式柱塞泵,把柱塞形成通路的柱塞泵叫開路式柱塞泵。
下面分別對閉路式泵的三種配流方式進行討論。
1.閥配流柱塞泵
圖2-1是閥配流泵的幾種形式。其配流原理為:由進、出油閥、缸體、柱塞組成周期性變化的控制腔室;由進、出油閥控制泵的吸壓油過程。這種泵是最早的液壓泵之一。優點是易獲得高壓,故一般超高壓泵采用閥配流的較多。這種配流泵密封性好,結構簡單,維修方便,抗污染性好,使用壽命長。缺點是:變量困難,不能雙向和作為馬達使用;自吸性能差,低壓吸油閥只適用于較低轉速(即低壓閥只適應低頻率)。

圖2-1 閥配流泵的幾種形式
2.軸配流柱塞泵
圖2-2所示為軸配流柱塞泵簡圖,這種配流方式柱塞泵曾在液壓傳動中廣泛采用。一般徑向柱塞泵采用軸配流的較多。簡單地說,這種泵的工作原理是:由配流軸、缸體、柱塞組成周期性變化的控制腔室,靠配流軸控制泵的吸壓油過程。優點是:易于雙向變量輸出,可作馬達用于閉式傳動。

圖2-2 軸配流柱塞泵簡圖
缺點是:結構復雜,體積大,重量大,對污染不太敏感,制造工藝復雜,成本高,壓力低,效率低,磨損后間隙不易補償,制造精度要求較高等。
3.端面配流柱塞泵
表2-1所示為端面配流柱塞泵結構類型。其原理為:由端面上直立配流盤、缸體、柱塞組成周期性變化的控制腔室;由配流盤控制泵的吸壓油過程,達到輸出高壓液體之目的。
表2-1 端面配流柱塞泵結構類型

這種柱塞泵應用很廣,優點是:結構簡單,體積小,重量輕,易于達到高壓、高速及實現變量,可作馬達使用,制造簡單,成本低,維修方便。缺點是不能自冷卻、自潤滑。
綜上所述,這幾種配流方式都是單一地應用于一種柱塞泵中,由此造成了多輸出困難、多級串聯困難等問題。
二、聯合配流開路式泵原理及其組成
聯合配流開路式軸向柱塞泵是綜合了以前所述三種配流方式的優點而形成的一種新型軸向柱塞泵。它是高壓側采用閥配流,低壓側采用軸配流和端面配流的聯合配流方式。這樣既保持了閥配流方式密封性好、壓力高、效率高、抗污染性能好等優點,又克服了完全采用閥配流方式低壓配流閥適應頻率低的不足,同時吸收了軸配流和端面配流的一部分優點。這幾種配流方式在聯合配流方案中是通過滑靴和柱塞使它們有機地結合起來的。
1.工作原理及組成
圖2-3所示為聯合配流開路式軸向柱塞泵結構簡圖。該泵為軸與配流盤一起轉動的軸向柱塞泵,泵體2內軸向分布著柱塞缸體,缸體內裝有配流閥1和柱塞4。這種泵的柱塞與閉路式柱塞泵中的柱塞的不同之處在于其中心有通孔,低壓油從這里進入控制腔室,柱塞內裝有回程彈簧3(這個回程彈簧可以不裝,而用其他方式回程,這里主要是為了較簡單地說明原理而引進的)。在吸油時靠這個回程彈簧的彈簧力使柱塞和滑靴緊壓在傾斜的配流盤上。柱塞的球頭部位裝有中心開了吸油口的滑靴5,泵體內裝有與轉動軸固定在一起的配流盤6,這是一個不對稱的配流盤,這塊配流盤一側開有吸油槽,一側不開吸油槽。

圖2-3 聯合配流開路式柱塞泵結構簡圖
1—配流閥;2—泵體;3—回程彈簧;4—柱塞;5—滑靴;6—斜盤
當主轉動軸帶動與軸固定在一起的配流盤轉動時,由于配流盤是傾斜放置的,且泵體又固定,所以柱塞就必然在缸體內做往復的直線運動。柱塞向外伸長時正好是處在開有吸油窗口的斜盤這一側,這樣低壓油將從斜盤上開的配流窗口通過滑靴進入柱塞腔內。
當柱塞向內被壓縮時,正好處于無配流窗口一側,由于斜盤上沒有開配流口,故由斜盤表面將滑靴的底孔堵死,從而形成一個由閥、柱塞、滑靴、配流盤組成的密封腔室。隨著軸的轉動,這個密封的腔室中體積將逐漸減小,壓力隨之升高。當壓力升高到閥的開啟壓力時,高壓配流閥打開,將高壓油輸出。軸不斷地轉動,高壓油就源源不斷地輸出,這就是聯合配流開路式軸向柱塞泵的工作原理。圖2-4所示為聯合配流開路式徑向柱塞泵原理簡圖。該泵為缸體固定、偏心軸轉動的徑向柱塞泵,在泵殼上沿徑向均布著幾個如圖所示的固定缸體,缸體內裝有柱塞組和單向閥。吸油時,液壓油將通過轉軸中心進入配流槽,再從柱塞孔中心孔進入缸體內。壓油時,由偏心軸配油槽處將滑靴底孔堵死,液壓油被密封在由缸體、柱塞組、偏心軸、單向閥組成的空間中,隨著偏心軸的轉動,液壓油壓力升高,當壓力高于單向閥的壓力時,泵輸出液壓油,這是徑向開路式泵的工作原理。

圖2-4 聯合配流開路式徑向柱塞泵結構
1—偏心轉軸;2—滑靴;3—柱塞;4—缸體;5—回程彈簧;6—單向閥
這種原理還可用于制成如圖2-5所示的變量型泵。當圖中F處克服外力時,彈簧7的力變心(即改變),達到變量的目的。

圖2-5 變量型徑向聯合配油開路式柱塞泵原理
1,7—回程彈簧;2,10—滑塊;3—泵殼;4—外環;5—轉子;6—單向閥;8—柱塞;9—滑靴
簡而言之,其原理為由閥、柱塞、滑靴、配流盤(偏心軸)組成周期性變化的控制腔室,由閥和配流盤(偏心軸)同時控制泵的吸、壓油過程,達到輸出高壓液體的目的。
2.多輸出的辦法
若在以軸心為圓心的某個半徑的圓上布置這樣的柱塞(x=1,2,3,…),而對不同半徑,又可以安排不同分布圓(z=1,2,3,…),則組成一個由x乘以z個柱塞組成的泵,以xz表示。如將其中任意幾個組合起來,就可以組成不同定量的多輸出泵。由于其組合的形式多種多樣,這里就不再詳述,但要掌握一條原則,即組合后的流量波動性應最小(因為同樣幾個柱塞的組合,由于柱塞的位置不同,所以組合起來的波動性就不同,這一點千萬注意,關于其波動性問題將會在下一章討論)。由于每一個柱塞的排量是一定的,所以稱為聯合配流開路式多輸出定排量軸向柱塞泵。
為了克服軸向不平衡力,我們可以采用如圖2-6所示的對頂開式泵,即在配流盤的另一側再加上一個同樣的由xz個柱塞組成的泵,讓兩個泵的柱塞位置相對應,這樣就可克服軸向力的不平衡,于是就組成了一個由2xz個柱塞組成的泵了。它也可以由若干個柱塞組成多個輸出,由于單向閥的作用,這若干個輸出(即2m個輸出)是互不相干、互不影響的。

圖2-6 軸向力平衡式多輸出軸向柱塞泵
如圖2-6所示,為了使軸向柱塞泵的軸向力平衡而放置xz個柱塞組成的右半部分泵,是與傳動軸無關的,若將現有閉路式柱塞泵的變量方式應用到此泵上,就可以很方便地得到一個變量的多輸出泵,這是xz個柱塞的同步變量,若組成m個輸出,則也是同步變量的;若將這xz個柱塞組成一個輸出,則就成為聯合配流開路式變量單輸出泵。若再將左半部分加上,就是多輸出定量泵與單輸出變量泵的組合,這樣可以有多種組合,這里就不再詳述。同樣道理徑向聯合配油開路式柱塞泵不但可在同一個平面徑向均布n個同樣缸體,而且可布置m個平面,也是n×m個柱塞組合的柱塞泵,也可以有多種組合。
3.聯合配流開路式泵自冷卻方法
聯合配流開路式軸向柱塞泵不但可以組合成各種不同形式的多輸出泵,而且還可以實現自冷卻和自潤滑。圖2-7所示為聯合配流開路式軸向柱塞泵的自冷卻簡圖(液流流動如箭頭所示)。液壓油不但可以由斜盤的一側進入柱塞腔內,而且可以由斜盤的另一側經過滑靴之間的間隙進入滑靴的底孔處,從而也就進入柱塞腔內。這部分油將對滑靴和斜盤這對摩擦副起自冷卻和自潤滑作用,也就是說,由于這部分液壓油的流動而將熱量帶走,使摩擦副的溫度下降,潤滑性加強。這部分液壓油流量的大小將直接影響泵的自冷卻和自潤滑性能的好壞。若將進油口改放到具有滑靴的一側,則可以使整個泵的流量全部參加對泵中摩擦冷卻。另外,柱塞位于高壓側時將有一定的泄漏(占總流量的2%~3%),這部分油液可以直接通過泵內流道進入低壓側的柱塞腔內。所以,這種原理的柱塞泵不必再裝泄漏回油管路,這也是這種泵的一個優點,并且是柱塞泵提高壽命的關鍵所在,同時徑向聯合配流開路式柱塞泵也可以實現自冷卻。

圖2-7 聯合配流開路式軸向柱塞泵自冷卻原理
4.聯合配流開路式泵的優缺點
這種泵的優點是:無泄漏回油管路,可自冷卻,可串、并聯,結構簡單,壓力高,效率高,工藝性好,壽命長。它不但可以同時供給多個系統不同的定流量,而且可以供給一個系統不同的分級定流量,這些流量間是互不相干的。
缺點是這種泵不可逆,因此不能作油壓馬達使用。
由于這種開路式泵的產生,使得很多以前要求系統解決的問題,有的甚至連系統也難以解決的問題得到了解決。從而使它成為液壓行業不可缺少的且廣泛應用的泵類之一。
三、端面配流半開路式泵工作原理及組成
端面配流半開路式軸向柱塞泵是在閉路式軸向柱塞泵原理的基礎上發展起來的新型軸向柱塞泵。它具有無泄漏回油管路,可以自冷卻、自潤滑、發熱量小、溫升低、可逆(可作單向馬達使用)、結構簡單、體積小、重量輕、效率高、壽命長等優點。
按其原理可制造出各種型號的新泵,并可以對目前廣泛應用的閉路式軸向斜盤泵進行改造,改造后同樣具備開路式泵的優點。
1.基本組成
圖2-8所示為端面配流半開路式斜盤型軸向柱塞泵工作原理簡圖。配流盤固定不動,傳動軸帶動缸體轉動,它相當于兩個配流盤配流的柱塞泵,即前配流盤7和后配流盤2。這兩個配流盤都是不對稱結構,一半開配流窗口,一半不開配流窗口,并且開的位置不同,放的方向也不同,有的是直立著,有的是傾斜著,在殼體8內有轉動缸體3,缸體內均勻分布著多個軸向放置的柱塞5。這個柱塞與聯合配流開路式軸向柱塞泵中的柱塞完全相同,柱塞內裝有回程彈簧4,靠這個回程彈簧的彈簧力使柱塞和滑靴緊壓在傾斜的配流盤上(這個彈簧是為了說明原理而畫的,實際結構工作原理簡圖不是在這個位置上)。在柱塞的球頭上裝有與柱塞頭配合的滑靴6?;ブ行拈_有進油孔,低壓油從這個孔進入柱塞腔內。這個柱塞、滑靴和彈簧完全與聯合配流開路式泵相同。

圖2-8 端面配流半開路式斜盤型軸向柱塞泵工作原理簡圖
1—傳動軸;2—后配流盤;3—缸體;4—回程彈簧;5—柱塞;6—滑靴;7—前配流盤;8—殼體
2.工作原理
該泵的工作原理簡圖如2-8所示。由于有一個傾斜的配流盤,所以隨著缸體的轉動,柱塞將在缸體內做往復直線運動。柱塞伸長(即吸油)時,由直立的配流盤將缸體的底孔堵死,此時滑靴剛好位于傾斜配流盤上所開的配流窗口處,液壓油通過傾斜配流盤上開的配流窗口經過滑靴中心孔進入由柱塞、滑靴、直立的配流盤、傾斜的配流盤、轉動缸體所組成的控制腔室。壓油時,由傾斜的配流盤無配流口側將滑靴的底部堵死,此時,直立的配流盤上開的配流窗口正好對著轉動缸體的輸出口,隨著缸體的轉動,柱塞向內壓縮,使得腔內的油液壓力升高,當壓力高于輸出口壓力時,油液被壓出,這就是端面配流半開路式斜盤型軸向柱塞泵的工作原理。
若改變傾斜配流盤的傾斜角度,就可以改變泵的輸出流量,這樣就成為變量的端面配流半開路式軸向柱塞泵了。其變量形式可參照已成型的各種變量閉路式軸向柱塞泵。
圖2-9所示為端面配流半開路式徑向柱塞泵的工作原理簡圖。圖中外環4是配油環,它上面開有進油槽,6為傳動軸,2是配油軸,它上面開有配流槽(是壓油槽),柱塞滑靴仍是中心開通孔的,當轉子轉動時,柱塞在轉子內做往復運動,伸出時吸油,壓縮時壓油,由軸、轉子、柱塞、滑靴、外環組成控腔室,由軸與外環控制吸壓油過程,以達到泵的作用。

圖2-9 端面配流半開路式徑向柱塞泵工作原理
1—回程彈簧;2—配油軸;3—泵殼;4—外環;5—轉子;6—軸;7—柱塞的回程彈簧;8—柱塞;9—滑靴;10—滑塊
簡而言之,其原理為:由直立的和傾斜的外環、兩塊配流盤、轉動的缸體、柱塞、滑靴組成周期性變化的密封容積,由兩塊配流盤同時控制泵的吸、壓油過程,達到輸出高壓液體的目的。軸向力不平衡問題可參照聯合配流開路式軸向柱塞泵軸向力平衡方法解決。
3.端面配流半開路式泵自冷卻方法
圖2-10(a)所示為端面配流半開路式泵的自冷卻原理簡圖(圖中箭頭表示液壓油流動情況和方向)。液壓油不但可以由傾斜配流盤一側進入腔室內,而且還可以由斜盤的另一側經過滑靴之間的間隙進入腔室內。這部分液壓油的流動可以將滑靴和斜盤這對摩擦副所產生的熱量帶走,起到自冷卻的作用,同時加強了該摩擦副的潤滑性能。為了使得其冷卻性能更好,可將進油口開在如圖2-10(b)所示的箭頭處。因為在圖2-10(a)中,液壓油只能對滑靴和斜盤這對摩擦副起作用。而圖2-10(b)所示情況,不但可以起到以上作用,又可以對直立的配流盤和轉動缸體這對摩擦副起冷卻作用。這樣一來,泵所吸進的全部流量都參加了泵的自冷卻。所以這種泵溫升低,發熱量少,潤滑性好。

圖2-10 端面配流半開路式泵自冷卻原理簡圖
4.端面配流半開路式泵的特點
該泵具有無泄漏回油管路、壓力高、效率高,壽命長,可自冷卻、自潤滑,可逆(作單向馬達使用)、結構簡單、加工方便、重量輕、體積小、單位輸出功率大、變量方便、節能等特點。但是由于柱塞的一端進油,所以自吸性能受到限制,高速時(1500r/min以上)要有一定的供油壓力方能正常工作。
5.端面配流半開路式泵與其他軸向柱塞泵的區別
該泵與閉路式端面配流軸向柱塞泵的區別是:以軸向泵為例,由一塊配流盤控制泵的吸壓油過程變為由兩塊配流盤同時控制泵的吸壓油過程,變直立的配流盤進油為斜盤進油;變缸體進油為柱塞球頭進油,使柱塞成為通路,這就是我們稱之為開路式泵的原因。
該泵與聯合配流開路式軸向柱塞泵的區別在于:去掉了不可逆元件——高壓配流閥;改轉動斜盤結構為轉動缸體結構,使得變量更為方便。
四、端面配流全開路式泵工作原理及組成
1.工作原理及組成
圖2-11所示為端面配流全開路式軸向柱塞泵結構簡圖。該泵的基本組成除件2與圖2-8中件2不同外,其余完全相同。它的工作原理是:當柱塞做往復直線運動時,液壓油可以像端面配流半開路式軸向柱塞泵那樣,從傾斜配流盤上開的配流窗口處進入由直立的配流盤、傾斜配流盤、柱塞、滑靴、轉動缸體所組成的腔室內。這樣一來,液壓油實際上在被吸入時,是由柱塞的兩端同時進入腔室內的,因此減少了吸油阻力,增加了吸油時的油面積,降低了吸油流速,從而為提高泵自吸情況下的轉速打下了良好的基礎。壓油時的情況與端面配流半開路式軸向柱塞泵完全相同。徑向全開路式柱塞泵與圖2-9相同,只是軸向再開一個吸油口,其原理略。

圖2-11 端面配流全開路式軸向柱塞泵工作原理簡圖
1—傳動軸;2,7—配流盤;3—缸體;4—回程彈簧;5—柱塞;6—滑靴;8—殼體
其工作原理可概括為:由兩塊配流盤、缸體、柱塞、滑靴組成周期性變化的腔室,由兩塊配流盤控制泵的吸、壓油過程,達到輸出高壓液體的目的。
2.端面配流全開路式泵的自冷卻方法
以軸向泵為例,如圖2-11所示,箭頭表示液流流動方向。液壓油可以由傾斜配流盤上的窗口進入柱塞腔內。此外,還有一部分油液繞經傾斜盤上的窗口進入柱塞腔內,另有一部分油液經過缸體與殼體之間的間隙繞到直立的配流盤處(這要看進口的阻力如何,這部分油液還有倒流的可能)。
同時,在直立的配流盤側,還有另一部分油液進入柱塞腔內,若此處進油阻力小,可能有一部分液壓油將繞過缸體與殼體之間的間隙,流到傾斜的配流盤處,再經過該配流盤進入柱塞腔內。我們可以通過改變兩個入口的進口阻力來改變各進口的進入油量。由于各進口的油流分別對摩擦副起冷卻作用,所以我們可以通過控制進口阻力的辦法來控制自冷卻流量,即哪部分發熱大,就讓其自冷卻流量大些。可以按發熱量控制自冷卻流量的大小,這一點是其他柱塞泵所不可比擬的。
從以上分析可知,端面配流全開路式軸向柱塞泵所吸入的全部流量都參加了自冷卻,同時又可以按著各摩擦副的發熱量的大小隨意分配自冷卻流量,從而為提高柱塞泵的壽命打下了堅實的基礎。
為了與標準情況相同,可將進油口改到直立的配流盤側,圖2-12所示為標準的端面配流全開路式軸向柱塞泵自冷卻簡圖。

圖2-12 端面配流全開路式軸向柱塞泵自冷卻原理
3.端面配流全開路式泵的特點
該泵不但具備端面配流半開路式泵的一切優點,而且還有其獨特的優點。它可以改善自吸性能,從而可以提高自吸轉速;也可以任意分配自冷卻流量的比例,從而大大提高柱塞泵的實際使用壽命。
4.端面配流全開路式泵與其他軸向柱塞泵的區別
以軸向泵為例,端面配流全開路式軸向柱塞泵與閉路式端面配流軸向柱塞泵的區別是:由一塊配流盤配流控制泵的吸壓油過程,變為由兩塊配流盤同時配流控制泵的吸壓油過程。變直立配流盤進油為兩塊配流盤同時進油,變不通路柱塞為通路柱塞,即開路式柱塞。
端面配流全開路式軸向柱塞泵與聯合配流開路式軸向柱塞泵的區別為:變缸體不動為轉動,變轉動斜盤為固定斜盤,變出油閥為配流盤,變由滑靴進油為柱塞兩端同時進油的雙端面進油。
端面配流全開路式軸向柱塞泵與端面配流半開路式的區別在于:改直立配流盤不對稱結構為對稱結構,改柱塞的一端進油為從柱塞的兩端同時進油。
另外,對于開路式軸向柱塞泵來講,當柱塞位于高壓側時,由于柱塞內是高壓液體,所以使得柱塞腔內的液體從各個不同間隙泄漏出來。在開路式泵中,這部分油直接參與自冷卻流量,不需像閉路式軸向柱塞泵那樣安裝一個泄漏回油管將其引走。因此開路式泵不僅簡化了結構,而且提高了性能。
開路式泵不但可以按以上所述的原理設計新型結構的軸向柱塞泵,而且可用該原理對如今廣泛應用在液壓行業中的閉路式柱塞泵進行改造,改造后的閉路式泵完全可以具備開路式泵的性能。
五、開路式斜盤型串聯多級泵原理及組成
在液壓技術領域中,一般將壓力大于32MPa的稱為超高壓。隨著鍛壓、軋鋼、工程、礦山機械的飛速發展,越來越要求液壓傳動的高壓化,于是對液壓泵的流量和壓力提出了越來越高的要求。目前,超高壓范圍內,國內外應用的泵的壓力是63MPa、70MPa、80MPa。在英、美、日、德等國家都有這一壓力等級的泵、缸、閥系列產品,泵流量大都在4~10L/min的范圍內。近幾年來,國內也陸續有超高壓小流量泵問世,且已形成系列。由于超高壓在技術上有一定難度,故到目前為止還沒有超高壓、大流量的液壓泵問世。
眾所周知,到目前為止,在各種容積式液壓泵中,唯有柱塞泵是實現高壓、高速化較為理想的泵結構之一。但超高壓、大流量的要求給柱塞泵的設計帶來了一系列的問題。
①滑靴的承載能力。隨著工作壓力的增加,柱塞泵中柱塞副對滑靴的作用力隨之增大;另一方面,隨著流量的增加,柱塞直徑隨之增大(在轉速和柱塞行程一定的情況下),因此柱塞副對滑靴的作用力隨時之增大。所以滑靴的承載能力是發展超高壓大流量液壓泵的關鍵環節之一。同樣道理,配流盤與缸體這對摩擦副,隨著高壓大流量化的發展,本來就易燒盤的地方,就更難于解決了。因此,這也是液壓泵實現高壓、高速、大流量化的一個關鍵。
②隨著壓力的增加,對各零件的強度要求增加,因此尺寸將逐漸加大,即體積、重量增大,有時即使增大了強度,也不一定能達到越高壓的目的。
③泄漏問題。超高壓泵壓力可達到70~100MPa,根據泄漏公式Q=kh3Δp可知,泄漏量與壓力成正比,隨著壓力的增大,泄漏量將大大增加。
目前,國內生產的高壓大流量泵最高壓力達40MPa,流量為250L/min左右。泵在實際工作時,一般壓力為20~25MPa。為了得到超高壓油液,液壓機大都采用多臺柱塞泵供應增壓器,由增奪壓器傳動液壓缸工作。增壓器工作,可產生80MPa以上的壓力,這樣雖然解決了液壓機上超高壓油源的壓力供應問題,但不能解決大流量超高壓問題。同時還會使液壓機上液壓缸的工作行程、速度受到限制,并導致液壓機能源復雜,液壓泵遍地,使占地面積增大、泄漏嚴重、故障點增多、整個設備價格上升等。
近十幾年來超高壓小流量液壓泵在我國才逐步發展起來,但其產品規格少,基本上沒有形成自己的系列產品,大多只是參照國外樣機研制成功的產品。目前國內生產的超高壓小流量泵均屬于閥配流定量柱塞泵,規格范圍是壓力63MPa、70MPa、80MPa,流量為4~10L/min。如機電部自動化所配合德州液壓機具廠從德國引進的RK系列超高壓徑向柱塞泵,上海華光工具廠生產的CZB6302及英國托靴爾公司生產的FCM系列閥式軸向柱塞泵等。這些超高壓小流量液壓泵均采用閥配流。徑向柱塞采用套有滾針軸承的偏心軸驅動柱塞;軸向柱塞泵采用有推力軸承的斜盤驅動柱塞,柱塞頭部直接作用于滾針軸承外套或斜盤上,為線接觸或面接觸,呈擠壓狀態,承載能力有限。這些超高壓泵結構僅能適應超高壓小流量,不能滿足超高壓大流量的要求。
到目前為止,容積中為使泵的壓力成倍提高,已有串聯的齒輪泵、葉片泵,就是沒有串聯的柱塞泵,如能實現串聯柱塞泵,超高壓大流量的供應問題就能迎刃而解了。
為了解決液壓機上多臺泵供液的問題,滿足軋鋼、鍛壓、工程、礦山機械對液壓泵的超高壓大流量的要求,國外一直有人想搞柱塞泵直傳,即取消增壓器,實現軸向柱塞泵串聯。但到目前為止,還未見串聯柱塞泵問世。
為了說明問題,請看圖2-13所示的串聯葉片泵原理簡圖,第一級的高壓輸出口與低壓輸出口相通,第二級泵的工作原理與第一級泵完全相同。第二級泵的容腔形成與第一級泵輸出壓力相等的壓力容腔,一部分高壓油經泄漏通道流入第二級泵的低壓口(實際是第一級泵的出口),形成內泄漏。

圖2-13 雙級葉片泵原理及符號簡圖
1,2—液壓管道
也就是說,齒輪泵和葉片泵都是一個進油管、一個出油管,沒有其他管路,現有的閉路式軸向柱塞泵不但有進油管路和出油管路,而且還多了一條泄漏回油管路,成為三條管路的泵。所以不易形成柱塞泵的串聯。而開路式軸向柱塞泵正好和齒輪、葉片泵一樣,只有進、出油口,所以也完全可以實現柱塞泵的串聯,并可以增壓。
1.聯合配流開路式串聯多級泵原理
圖2-14所示為聯合配流開路式串聯雙級軸向柱塞泵原理簡圖。它是由兩個聯合配流開路式軸向柱塞泵串聯而成的。可以是用一個通軸使串聯泵成為一體,也可以是分體的,即分兩個泵,分別由管路連接起來,只要二級泵軸處可以密封(這里假定可以密封),就可以實現柱塞泵的串聯了。

圖2-14 聯合配流開路式串聯雙級軸向柱塞泵原理簡圖
聯合配流開路式軸向柱塞泵和齒輪泵、葉片泵一樣,只有進油和出油管路,沒有閉路式軸向柱塞泵的泄漏回油管路,故與齒輪泵和葉片泵一樣具有可串聯性。
如圖2-14所示,液壓油由p入進入第一級泵,然后第一級泵將壓力提高后進入第二級泵的吸油腔,第二級泵吸入后,將壓力再提高,則使泵成為高壓輸出,即成倍地提高壓力,這是雙級聯合配流開路式軸向柱塞泵原理,依此類推,可得到多級聯合配流開路式軸向柱塞泵,從而使壓力提高。
2.端面配流半開路式串聯多級泵原理
圖2-15所示為端面配流半開路式串聯雙級軸向柱塞泵原理簡圖。這種開路式軸向柱塞泵原理與聯合配流開路式軸向柱塞泵原理一樣具有可串性。這里的關鍵在于第二級泵殼內為吸入壓力(即第一級輸出壓力),所以可以實現雙級泵的串聯,當然可以是通軸的,也可以是分體軸的,并且可以實現多級串聯。

圖2-15 端面配流半開路式串聯雙級軸向柱塞泵原理圖
3.端面配流全開路式串聯多級泵原理
圖2-16所示為端面配流全開路式軸向雙級串聯柱塞泵原理簡圖,同樣道理也可以實現多級串聯。串聯中的每一級泵也可以實現分別變量。

圖2-16 端面配流全開路式軸向雙級串聯柱塞泵簡圖
4.混合型多級開路式軸向柱塞泵
如前所述,所有開路式柱塞泵均具有可串性,也就是說,可以將三種泵任意組合串聯起來組成混合型串聯多級開路式柱塞泵。任意一種泵均可作為任意一級泵,但需要指出的是,第一級泵(即初級泵)可以是開路式泵,也可以是現有的閉路式泵。
5.軸向柱塞泵的新分類
由于開路式泵的出現,應對軸向柱塞泵進行新的分類。
軸向柱塞泵可分為閉路式軸向柱塞泵、開路式軸向柱塞泵及兩種混合型的泵。
①閉路式軸向柱塞泵。可分為閥配流式、軸配流式、端面配流式泵。
②開路式軸向柱塞泵??煞譃槁摵吓淞鏖_路式(單級、多級、多輸出、變量)、端面配流半開路式(單級、多級、變量)、端面配流全開路式(單級、多級、變量)、開路式混合型多級泵。
③軸向開、閉路混合式多級泵。
同理,徑向泵也可重新分類。