第二章　新型柱塞泵及馬達(dá)

第一節(jié)　開路式軸向柱塞泵原理

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和液壓傳動(dòng)的廣泛應(yīng)用，泵的類型也層出不窮，柱塞泵也在不斷地改革和創(chuàng)新。到目前為止，在各種容積式泵中，柱塞泵是實(shí)現(xiàn)高壓、高速化比較理想的結(jié)構(gòu)之一，有必要認(rèn)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(jié)構(gòu)。

一、閉路式泵各種配流方式的比較

目前廣泛應(yīng)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(jìn)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(jìn)、出油閥、缸體、柱塞組成周期性變化的控制腔室；由進(jìn)、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(yōu)點(diǎn)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(jié)構(gòu)簡單，維修方便，抗污染性好，使用壽命長。缺點(diǎn)是：變量困難，不能雙向和作為馬達(dá)使用；自吸性能差，低壓吸油閥只適用于較低轉(zhuǎn)速（即低壓閥只適應(yīng)低頻率）。

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(dòng)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(yōu)點(diǎn)是：易于雙向變量輸出，可作馬達(dá)用于閉式傳動(dòng)。

缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，重量大，對污染不太敏感，制造工藝復(fù)雜，成本高，壓力低，效率低，磨損后間隙不易補(bǔ)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(jié)構(gòu)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(dá)到輸出高壓液體之目的。

這種柱塞泵應(yīng)用很廣，優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，易于達(dá)到高壓、高速及實(shí)現(xiàn)變量，可作馬達(dá)使用，制造簡單，成本低，維修方便。缺點(diǎn)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(yīng)用于一種柱塞泵中，由此造成了多輸出困難、多級串聯(lián)困難等問題。

二、聯(lián)合配流開路式泵原理及其組成

聯(lián)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(yōu)點(diǎn)而形成的一種新型軸向柱塞泵。它是高壓側(cè)采用閥配流，低壓側(cè)采用軸配流和端面配流的聯(lián)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(yōu)點(diǎn)，又克服了完全采用閥配流方式低壓配流閥適應(yīng)頻率低的不足，同時(shí)吸收了軸配流和端面配流的一部分優(yōu)點(diǎn)。這幾種配流方式在聯(lián)合配流方案中是通過滑靴和柱塞使它們有機(jī)地結(jié)合起來的。

1.工作原理及組成

圖2-3所示為聯(lián)合配流開路式軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)簡圖。該泵為軸與配流盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的軸向柱塞泵，泵體2內(nèi)軸向分布著柱塞缸體，缸體內(nèi)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(jìn)入控制腔室，柱塞內(nèi)裝有回程彈簧3（這個(gè)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(jìn)的）。在吸油時(shí)靠這個(gè)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(nèi)裝有與轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定在一起的配流盤6，這是一個(gè)不對稱的配流盤，這塊配流盤一側(cè)開有吸油槽，一側(cè)不開吸油槽。

當(dāng)主轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)與軸固定在一起的配流盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(nèi)做往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)。柱塞向外伸長時(shí)正好是處在開有吸油窗口的斜盤這一側(cè)，這樣低壓油將從斜盤上開的配流窗口通過滑靴進(jìn)入柱塞腔內(nèi)。

當(dāng)柱塞向內(nèi)被壓縮時(shí)，正好處于無配流窗口一側(cè)，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(gè)由閥、柱塞、滑靴、配流盤組成的密封腔室。隨著軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)密封的腔室中體積將逐漸減小，壓力隨之升高。當(dāng)壓力升高到閥的開啟壓力時(shí)，高壓配流閥打開，將高壓油輸出。軸不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，高壓油就源源不斷地輸出，這就是聯(lián)合配流開路式軸向柱塞泵的工作原理。圖2-4所示為聯(lián)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(zhuǎn)動(dòng)的徑向柱塞泵，在泵殼上沿徑向均布著幾個(gè)如圖所示的固定缸體，缸體內(nèi)裝有柱塞組和單向閥。吸油時(shí)，液壓油將通過轉(zhuǎn)軸中心進(jìn)入配流槽，再從柱塞孔中心孔進(jìn)入缸體內(nèi)。壓油時(shí)，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(zhuǎn)動(dòng)，液壓油壓力升高，當(dāng)壓力高于單向閥的壓力時(shí)，泵輸出液壓油，這是徑向開路式泵的工作原理。

這種原理還可用于制成如圖2-5所示的變量型泵。當(dāng)圖中F處克服外力時(shí)，彈簧7的力變心（即改變），達(dá)到變量的目的。

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(shí)控制泵的吸、壓油過程，達(dá)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(gè)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(gè)由x乘以z個(gè)柱塞組成的泵，以xz表示。如將其中任意幾個(gè)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(dòng)性應(yīng)最小（因?yàn)橥瑯訋讉€(gè)柱塞的組合，由于柱塞的位置不同，所以組合起來的波動(dòng)性就不同，這一點(diǎn)千萬注意，關(guān)于其波動(dòng)性問題將會(huì)在下一章討論）。由于每一個(gè)柱塞的排量是一定的，所以稱為聯(lián)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(cè)再加上一個(gè)同樣的由xz個(gè)柱塞組成的泵，讓兩個(gè)泵的柱塞位置相對應(yīng)，這樣就可克服軸向力的不平衡，于是就組成了一個(gè)由2xz個(gè)柱塞組成的泵了。它也可以由若干個(gè)柱塞組成多個(gè)輸出，由于單向閥的作用，這若干個(gè)輸出（即2m個(gè)輸出）是互不相干、互不影響的。

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(gè)柱塞組成的右半部分泵，是與傳動(dòng)軸無關(guān)的，若將現(xiàn)有閉路式柱塞泵的變量方式應(yīng)用到此泵上，就可以很方便地得到一個(gè)變量的多輸出泵，這是xz個(gè)柱塞的同步變量，若組成m個(gè)輸出，則也是同步變量的；若將這xz個(gè)柱塞組成一個(gè)輸出，則就成為聯(lián)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(lián)合配油開路式柱塞泵不但可在同一個(gè)平面徑向均布n個(gè)同樣缸體，而且可布置m個(gè)平面，也是n×m個(gè)柱塞組合的柱塞泵，也可以有多種組合。

3.聯(lián)合配流開路式泵自冷卻方法

聯(lián)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(shí)現(xiàn)自冷卻和自潤滑。圖2-7所示為聯(lián)合配流開路式軸向柱塞泵的自冷卻簡圖（液流流動(dòng)如箭頭所示）。液壓油不但可以由斜盤的一側(cè)進(jìn)入柱塞腔內(nèi)，而且可以由斜盤的另一側(cè)經(jīng)過滑靴之間的間隙進(jìn)入滑靴的底孔處，從而也就進(jìn)入柱塞腔內(nèi)。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(dòng)而將熱量帶走，使摩擦副的溫度下降，潤滑性加強(qiáng)。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(jìn)油口改放到具有滑靴的一側(cè)，則可以使整個(gè)泵的流量全部參加對泵中摩擦冷卻。另外，柱塞位于高壓側(cè)時(shí)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(nèi)流道進(jìn)入低壓側(cè)的柱塞腔內(nèi)。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(gè)優(yōu)點(diǎn)，并且是柱塞泵提高壽命的關(guān)鍵所在，同時(shí)徑向聯(lián)合配流開路式柱塞泵也可以實(shí)現(xiàn)自冷卻。

4.聯(lián)合配流開路式泵的優(yōu)缺點(diǎn)

這種泵的優(yōu)點(diǎn)是：無泄漏回油管路，可自冷卻，可串、并聯(lián)，結(jié)構(gòu)簡單，壓力高，效率高，工藝性好，壽命長。它不但可以同時(shí)供給多個(gè)系統(tǒng)不同的定流量，而且可以供給一個(gè)系統(tǒng)不同的分級定流量，這些流量間是互不相干的。

缺點(diǎn)是這種泵不可逆，因此不能作油壓馬達(dá)使用。

由于這種開路式泵的產(chǎn)生，使得很多以前要求系統(tǒng)解決的問題，有的甚至連系統(tǒng)也難以解決的問題得到了解決。從而使它成為液壓行業(yè)不可缺少的且廣泛應(yīng)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(chǔ)上發(fā)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(fā)熱量小、溫升低、可逆（可作單向馬達(dá)使用）、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、效率高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

按其原理可制造出各種型號的新泵，并可以對目前廣泛應(yīng)用的閉路式軸向斜盤泵進(jìn)行改造，改造后同樣具備開路式泵的優(yōu)點(diǎn)。

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(dòng)，傳動(dòng)軸帶動(dòng)缸體轉(zhuǎn)動(dòng)，它相當(dāng)于兩個(gè)配流盤配流的柱塞泵，即前配流盤7和后配流盤2。這兩個(gè)配流盤都是不對稱結(jié)構(gòu)，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(nèi)有轉(zhuǎn)動(dòng)缸體3，缸體內(nèi)均勻分布著多個(gè)軸向放置的柱塞5。這個(gè)柱塞與聯(lián)合配流開路式軸向柱塞泵中的柱塞完全相同，柱塞內(nèi)裝有回程彈簧4，靠這個(gè)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(gè)彈簧是為了說明原理而畫的，實(shí)際結(jié)構(gòu)工作原理簡圖不是在這個(gè)位置上）。在柱塞的球頭上裝有與柱塞頭配合的滑靴6。滑靴中心開有進(jìn)油孔，低壓油從這個(gè)孔進(jìn)入柱塞腔內(nèi)。這個(gè)柱塞、滑靴和彈簧完全與聯(lián)合配流開路式泵相同。

2.工作原理

該泵的工作原理簡圖如2-8所示。由于有一個(gè)傾斜的配流盤，所以隨著缸體的轉(zhuǎn)動(dòng)，柱塞將在缸體內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。柱塞伸長（即吸油）時(shí)，由直立的配流盤將缸體的底孔堵死，此時(shí)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(jīng)過滑靴中心孔進(jìn)入由柱塞、滑靴、直立的配流盤、傾斜的配流盤、轉(zhuǎn)動(dòng)缸體所組成的控制腔室。壓油時(shí)，由傾斜的配流盤無配流口側(cè)將滑靴的底部堵死，此時(shí)，直立的配流盤上開的配流窗口正好對著轉(zhuǎn)動(dòng)缸體的輸出口，隨著缸體的轉(zhuǎn)動(dòng)，柱塞向內(nèi)壓縮，使得腔內(nèi)的油液壓力升高，當(dāng)壓力高于輸出口壓力時(shí)，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(huán)4是配油環(huán)，它上面開有進(jìn)油槽，6為傳動(dòng)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(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柱塞在轉(zhuǎn)子內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，伸出時(shí)吸油，壓縮時(shí)壓油，由軸、轉(zhuǎn)子、柱塞、滑靴、外環(huán)組成控腔室，由軸與外環(huán)控制吸壓油過程，以達(dá)到泵的作用。

簡而言之，其原理為：由直立的和傾斜的外環(huán)、兩塊配流盤、轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)控制泵的吸、壓油過程，達(dá)到輸出高壓液體的目的。軸向力不平衡問題可參照聯(lián)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(dòng)情況和方向）。液壓油不但可以由傾斜配流盤一側(cè)進(jìn)入腔室內(nèi)，而且還可以由斜盤的另一側(cè)經(jīng)過滑靴之間的間隙進(jìn)入腔室內(nèi)。這部分液壓油的流動(dòng)可以將滑靴和斜盤這對摩擦副所產(chǎn)生的熱量帶走，起到自冷卻的作用，同時(shí)加強(qiáng)了該摩擦副的潤滑性能。為了使得其冷卻性能更好，可將進(jìn)油口開在如圖2-10（b）所示的箭頭處。因?yàn)樵趫D2-10（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(zhuǎn)動(dòng)缸體這對摩擦副起冷卻作用。這樣一來，泵所吸進(jìn)的全部流量都參加了泵的自冷卻。所以這種泵溫升低，發(fā)熱量少，潤滑性好。

4.端面配流半開路式泵的特點(diǎn)

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(dá)使用）、結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、重量輕、體積小、單位輸出功率大、變量方便、節(jié)能等特點(diǎn)。但是由于柱塞的一端進(jìn)油，所以自吸性能受到限制，高速時(shí)（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(qū)別

該泵與閉路式端面配流軸向柱塞泵的區(qū)別是：以軸向泵為例，由一塊配流盤控制泵的吸壓油過程變?yōu)橛蓛蓧K配流盤同時(shí)控制泵的吸壓油過程，變直立的配流盤進(jìn)油為斜盤進(jìn)油；變缸體進(jìn)油為柱塞球頭進(jìn)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(lián)合配流開路式軸向柱塞泵的區(qū)別在于：去掉了不可逆元件——高壓配流閥；改轉(zhuǎn)動(dòng)斜盤結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)動(dòng)缸體結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(dāng)柱塞做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(jìn)入由直立的配流盤、傾斜配流盤、柱塞、滑靴、轉(zhuǎn)動(dòng)缸體所組成的腔室內(nèi)。這樣一來，液壓油實(shí)際上在被吸入時(shí)，是由柱塞的兩端同時(shí)進(jìn)入腔室內(nèi)的，因此減少了吸油阻力，增加了吸油時(shí)的油面積，降低了吸油流速，從而為提高泵自吸情況下的轉(zhuǎn)速打下了良好的基礎(chǔ)。壓油時(shí)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(gè)吸油口，其原理略。

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(dá)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(dòng)方向。液壓油可以由傾斜配流盤上的窗口進(jìn)入柱塞腔內(nèi)。此外，還有一部分油液繞經(jīng)傾斜盤上的窗口進(jìn)入柱塞腔內(nèi)，另有一部分油液經(jīng)過缸體與殼體之間的間隙繞到直立的配流盤處（這要看進(jìn)口的阻力如何，這部分油液還有倒流的可能）。

同時(shí)，在直立的配流盤側(cè)，還有另一部分油液進(jìn)入柱塞腔內(nèi)，若此處進(jìn)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(jīng)過該配流盤進(jìn)入柱塞腔內(nèi)。我們可以通過改變兩個(gè)入口的進(jìn)口阻力來改變各進(jìn)口的進(jìn)入油量。由于各進(jìn)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(jìn)口阻力的辦法來控制自冷卻流量，即哪部分發(fā)熱大，就讓其自冷卻流量大些。可以按發(fā)熱量控制自冷卻流量的大小，這一點(diǎn)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(shí)又可以按著各摩擦副的發(fā)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

為了與標(biāo)準(zhǔn)情況相同，可將進(jìn)油口改到直立的配流盤側(cè)，圖2-12所示為標(biāo)準(zhǔn)的端面配流全開路式軸向柱塞泵自冷卻簡圖。

3.端面配流全開路式泵的特點(diǎn)

該泵不但具備端面配流半開路式泵的一切優(yōu)點(diǎn)，而且還有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它可以改善自吸性能，從而可以提高自吸轉(zhuǎn)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(shí)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(qū)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(qū)別是：由一塊配流盤配流控制泵的吸壓油過程，變?yōu)橛蓛蓧K配流盤同時(shí)配流控制泵的吸壓油過程。變直立配流盤進(jìn)油為兩塊配流盤同時(shí)進(jìn)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(lián)合配流開路式軸向柱塞泵的區(qū)別為：變缸體不動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)，變轉(zhuǎn)動(dòng)斜盤為固定斜盤，變出油閥為配流盤，變由滑靴進(jìn)油為柱塞兩端同時(shí)進(jìn)油的雙端面進(jìn)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(qū)別在于：改直立配流盤不對稱結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，改柱塞的一端進(jìn)油為從柱塞的兩端同時(shí)進(jìn)油。

另外，對于開路式軸向柱塞泵來講，當(dāng)柱塞位于高壓側(cè)時(shí)，由于柱塞內(nèi)是高壓液體，所以使得柱塞腔內(nèi)的液體從各個(gè)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(gè)泄漏回油管將其引走。因此開路式泵不僅簡化了結(jié)構(gòu)，而且提高了性能。

開路式泵不但可以按以上所述的原理設(shè)計(jì)新型結(jié)構(gòu)的軸向柱塞泵，而且可用該原理對如今廣泛應(yīng)用在液壓行業(yè)中的閉路式柱塞泵進(jìn)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(lián)多級泵原理及組成

在液壓技術(shù)領(lǐng)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(jī)械的飛速發(fā)展，越來越要求液壓傳動(dòng)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(nèi)，國內(nèi)外應(yīng)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(chǎn)品，泵流量大都在4～10L/min的范圍內(nèi)。近幾年來，國內(nèi)也陸續(xù)有超高壓小流量泵問世，且已形成系列。由于超高壓在技術(shù)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(shí)現(xiàn)高壓、高速化較為理想的泵結(jié)構(gòu)之一。但超高壓、大流量的要求給柱塞泵的設(shè)計(jì)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(zhuǎn)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(shí)之增大。所以滑靴的承載能力是發(fā)展超高壓大流量液壓泵的關(guān)鍵環(huán)節(jié)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(fā)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(shí)現(xiàn)高壓、高速、大流量化的一個(gè)關(guān)鍵。

②隨著壓力的增加，對各零件的強(qiáng)度要求增加，因此尺寸將逐漸加大，即體積、重量增大，有時(shí)即使增大了強(qiáng)度，也不一定能達(dá)到越高壓的目的。

③泄漏問題。超高壓泵壓力可達(dá)到70～100MPa，根據(jù)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(nèi)生產(chǎn)的高壓大流量泵最高壓力達(dá)40MPa，流量為250L/min左右。泵在實(shí)際工作時(shí)，一般壓力為20～25MPa。為了得到超高壓油液，液壓機(jī)大都采用多臺柱塞泵供應(yīng)增壓器，由增奪壓器傳動(dòng)液壓缸工作。增壓器工作，可產(chǎn)生80MPa以上的壓力，這樣雖然解決了液壓機(jī)上超高壓油源的壓力供應(yīng)問題，但不能解決大流量超高壓問題。同時(shí)還會(huì)使液壓機(jī)上液壓缸的工作行程、速度受到限制，并導(dǎo)致液壓機(jī)能源復(fù)雜，液壓泵遍地，使占地面積增大、泄漏嚴(yán)重、故障點(diǎn)增多、整個(gè)設(shè)備價(jià)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(fā)展起來，但其產(chǎn)品規(guī)格少，基本上沒有形成自己的系列產(chǎn)品，大多只是參照國外樣機(jī)研制成功的產(chǎn)品。目前國內(nèi)生產(chǎn)的超高壓小流量泵均屬于閥配流定量柱塞泵，規(guī)格范圍是壓力63MPa、70MPa、80MPa，流量為4～10L/min。如機(jī)電部自動(dòng)化所配合德州液壓機(jī)具廠從德國引進(jìn)的RK系列超高壓徑向柱塞泵，上海華光工具廠生產(chǎn)的CZB6302及英國托靴爾公司生產(chǎn)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(qū)動(dòng)柱塞；軸向柱塞泵采用有推力軸承的斜盤驅(qū)動(dòng)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(tài)，承載能力有限。這些超高壓泵結(jié)構(gòu)僅能適應(yīng)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(lián)的齒輪泵、葉片泵，就是沒有串聯(lián)的柱塞泵，如能實(shí)現(xiàn)串聯(lián)柱塞泵，超高壓大流量的供應(yīng)問題就能迎刃而解了。

為了解決液壓機(jī)上多臺泵供液的問題，滿足軋鋼、鍛壓、工程、礦山機(jī)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(shí)現(xiàn)軸向柱塞泵串聯(lián)。但到目前為止，還未見串聯(lián)柱塞泵問世。

為了說明問題，請看圖2-13所示的串聯(lián)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(jīng)泄漏通道流入第二級泵的低壓口（實(shí)際是第一級泵的出口），形成內(nèi)泄漏。

也就是說，齒輪泵和葉片泵都是一個(gè)進(jìn)油管、一個(gè)出油管，沒有其他管路，現(xiàn)有的閉路式軸向柱塞泵不但有進(jìn)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(lián)。而開路式軸向柱塞泵正好和齒輪、葉片泵一樣，只有進(jìn)、出油口，所以也完全可以實(shí)現(xiàn)柱塞泵的串聯(lián)，并可以增壓。

1.聯(lián)合配流開路式串聯(lián)多級泵原理

圖2-14所示為聯(lián)合配流開路式串聯(lián)雙級軸向柱塞泵原理簡圖。它是由兩個(gè)聯(lián)合配流開路式軸向柱塞泵串聯(lián)而成的。可以是用一個(gè)通軸使串聯(lián)泵成為一體，也可以是分體的，即分兩個(gè)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(shí)現(xiàn)柱塞泵的串聯(lián)了。

聯(lián)合配流開路式軸向柱塞泵和齒輪泵、葉片泵一樣，只有進(jìn)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(lián)性。

如圖2-14所示，液壓油由p_入進(jìn)入第一級泵，然后第一級泵將壓力提高后進(jìn)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(lián)合配流開路式軸向柱塞泵原理，依此類推，可得到多級聯(lián)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(lián)多級泵原理

圖2-15所示為端面配流半開路式串聯(lián)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(lián)合配流開路式軸向柱塞泵原理一樣具有可串性。這里的關(guān)鍵在于第二級泵殼內(nèi)為吸入壓力（即第一級輸出壓力），所以可以實(shí)現(xiàn)雙級泵的串聯(lián)，當(dāng)然可以是通軸的，也可以是分體軸的，并且可以實(shí)現(xiàn)多級串聯(lián)。

3.端面配流全開路式串聯(lián)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(lián)柱塞泵原理簡圖，同樣道理也可以實(shí)現(xiàn)多級串聯(lián)。串聯(lián)中的每一級泵也可以實(shí)現(xiàn)分別變量。

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(lián)起來組成混合型串聯(lián)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(xiàn)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(xiàn)，應(yīng)對軸向柱塞泵進(jìn)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。可分為聯(lián)合配流開路式（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。