[发明专利]一种力矩平衡的水液压轴向柱塞泵用配流副

说明书

技术领域

本发明属于水液压传动技术领域，涉及以纯水作为工作介质的端面配流的斜盘或斜轴式液压轴向柱塞泵，特别涉及一种力矩平衡的水液压轴向柱塞泵用配流副。

背景技术

以纯水（包括淡、海水）为工作介质的水液压传动技术具有无污染、阻燃性好和介质来源广等众多优点，在食品加工、海水淡化、海洋资源开发等众多领域具有独特使用优势。水液压轴向柱塞泵作为动力元件，是整个水液压传动系统的“心脏”，其性能好坏对整个系统具有决定性影响，而配流副又是水液压轴向柱塞泵中最为关键的摩擦副之一，其工作状况的优劣是决定水液压轴向柱塞泵质量优劣的关键。

相比传统的油压轴向柱塞泵，水液压轴向柱塞泵的配流副更容易磨损和失效，这是因为纯水（包括淡水、海水）不仅粘度低而且润滑性差，在同等工况下通过相同摩擦副间隙时纯水（包括淡水、海水）的泄漏流量要比液压油增大近30倍，从而引起容积效率的显著降低；再者纯水介质很难形成润滑膜，即便产生了润滑水膜，其厚度也只有油膜的1/3～1/20，再加上配流副两端面间的液压反推力和压紧力很难保持平衡，通常高压配流窗口周边的液压反推力要远远高于低压配流窗口周边的液压反推力，液压反推力的不平衡产生偏载力矩，缸体在偏载力矩的作用下往往会出现倾斜，在配流副两端面之间产生楔形空间，这会导致在高压配流窗口一侧因配流间隙较大从而产生较大的泄漏流量，降低了泵的容积效率；在低压配流窗口一侧因配流间隙较小，产生的润滑水膜很薄，很难形成具有有效刚度的水膜支撑，极易造成配流副运动表面之间的直接接触，产生干摩擦加剧磨损，影响泵的使用寿命。

由于液压轴向柱塞泵工作时受到许多因素影响，其压力场、速度场和温度场等分布也都十分复杂，国内外学者围绕传统油压轴向柱塞泵配流副的配流状况进行了多方面研究，但大多是集中在对现有油压配流副的工作情况和摩擦润滑规律进行研究，对配流副特别是水液压轴向柱塞泵用配流副压力分布不均匀导致的偏载力矩存在，以致引起偏磨降低水液压轴向柱塞泵容积效率和寿命等问题研究很少，更未提出一个较好的解决措施。专利200510096287.3公开的一种端面配流轴向柱塞泵的油膜厚度控制系统，通过闭环可控的电磁力来补偿配流副两个端面之间的液压反推力，能有效避免油压轴向柱塞泵配流盘烧盘故障的发生，但对于平衡水液压轴向柱塞泵配流副两个端面之间的偏载力矩效果不佳，原因在于它是整体加大配流副两个端面之间的液压反推力而非有针对性的补偿低压配流窗口周边的液压反推力，这会导致配流副两个端面之间配合间隙整体增加而楔形空间却依旧存在，因为相比油膜水膜要薄很多，在避免配流副运动表面直接接触的同时却加大了泄漏流量，影响整机的容积效率；此外，由于缸体本身质量较大，在柱塞泵整机高压、高速旋转工况下，产生很大的惯性力，致使安装在缸体上的电磁铁需要大功率、高响应电流才能驱动，这为准确及时的补偿配流副两个端面之间的液压反推力带来困难；再者，先利用压力传感器间接测量出配流副两个端面之间的压力，再通过控制程序计算配流副两个端面的间隙变化以及判断楔形空间或偏磨的方法，受轴向柱塞泵复杂工况和压力场分布等影响，对控制程序要求极高，实现起来难度很大。更为重要的问题是，由于水膜厚度相比油膜要薄很多，包括压电晶体压力传感器在内的多数压力传感器都是接触型传感器，若将其安装在水液压轴向柱塞泵配流盘上测量配流副两个端面之间的压力，由于配流副两个端面不断承受交变载荷，驱使缸体产生不断变化的轴向位移，再加上配流盘和安装其上的压力传感器静止不动而缸体却高速旋转，这会导致接触型传感器表面不断受到摩擦，短时间内极易磨损失效，反而成为影响整机使用寿命的短板。

发明内容

本发明提供一种力矩平衡的水液压轴向柱塞泵用配流副，目的是自动补偿配流副低压配流区的液压反推力，使配流副两个端面之间受力更加均匀，从而平衡高压配流区的偏载力矩，减轻低压配流区的磨损和高压配流区的泄漏流量，进而提高水液压轴向柱塞泵的容积效率和使用寿命。