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柱塞泵的文章(一)
柱塞泵论文摘要
以海水为介质的柱塞泵的润滑与磨擦
王东1，李壮云2，朱雨泉2
1．武汉理工学院，自动化系，中国武汉，430073
2．华中科技大学，中国武汉，430073
摘要：由于水液压技术具有对人类无害和对环境无污染等特点而已经了人们的关注。柱塞泵是近代工程技术领域一个最常用的液压元件。由于水和油的特性的差异，在水液压柱塞泵比采用油作为工作介质的柱塞泵更容易发生润滑失效。因此这儿有例如磨损和腐蚀等重要问题需要去进行研究。研究出一种在水中没有腐蚀和侵蚀的具有更长寿命的材料。华科设计出一种具有更好吸入性能的海水液压柱塞泵。这个项目着重于对新材料、结构和实验。
关键词：水液压技术；柱塞泵；润滑；材料；实验。
CLC编号：U664.72 文章代码：A 论文呈：167`-9043(2003)01-0035-06
引言
早期的液压系统采用水作为工作介质，由此必须严格控制介质的工作温度、腐蚀和润滑问题。直到上世纪90年代才开始采用矿物质液压油。后来，液压油逐渐成为液压装置的工作介质。近年来，由于淡水具有易于得到、易保存、低成本、对环境污染小和不易失火等优点，淡水液压获得了广泛的应用。因此，淡水液压能够被用于许多新的领域，例如食品、医药、玻璃制造业、采矿和核工业等。
与矿物质液压油相比，水的粘度较低。例如，在40℃下，水的运动粘度为0.7m2/s,而普通的液压油的粘度为32m2/s。当然在水液压系统中，许多在油液压系统中不需要考虑的问题都应该重新被考虑进去。首先，水的粘度较低以致于难以在磨擦副中建立起水压支承，并且，要想在高硬度材质间实现动压润滑几乎不可实现。因此，水的粘度较低导致了其润滑性较差。由此导致腐蚀和磨擦性损耗等问题。其次，当水中含有杂质时水将会导电变成电解液。在这种情况下，将会导致电解腐蚀。因此，当金属材料采用水作为介质时应该考虑到电化学腐蚀。 基于上述观点，液压油在润滑方面具有很多优点。但是随着材料、设计和磨擦学中新技术的采用便利用水作为介质提供了可能性。大量的新材料能够能够在水中能够很好地工作，例如不锈钢、防腐蚀合金、陶瓷、高分子聚合物、青铜、黄铜、
铝合金等。伴随着现代设计和制造技术的发展，水液压技术变得越来实用化。现代科学技术为水液压技术的再次出现和发展提供了大量的技术保证。
柱塞泵是液压工程技术领域最常用的一种液压元件。与采用作为介质的柱塞泵相比，水液压柱塞泵的润滑性能差。在水液压系统中，最首要的目标是发展可用水来作为工作介质的柱塞泵和马达。为了解决用水作为润滑济的问题，人们着重于研究三个重要的磨擦副：缸体与配流盘、柱塞与缸孔、斜盘与滑靴。
许多发达国家已经开发出了水液压柱塞泵，例如美国、英国、丹麦、德国和芬兰等。泵和马达实际上是可逆的。英国的Fenner公司已经开发出一种可用水作为工作介质的定量轴向柱塞泵。这种类型的泵和马达都采用同一种型式的斜盘。轴承的中心线与转矩的中心线相重合有减小配流机构所带来的倾覆力，所有的磨擦副都采用高分子材料和合金相接触。这种泵的柱塞采用陶瓷，泵壳采用不锈钢，其压力可以达到14MPa。德国Hauhinco径向柱塞泵是一种定量柱塞泵。泵在设计时采用新材料以致于减少一个单独的润滑机构。其工作介质可以采用工业用水，同时也是润滑济。这种泵的流量可以达到240L/min,压力可以达到
32MPa。丹麦的PHA系列中的丹佛斯系列（Danfoss Nessie）作为一个完整系列斜盘式柱塞泵。这种泵的所有磨擦表面都单独采用不加强型橡胶和不锈钢，例如缸体、配流盘和滑靴。外部的壳体都单独采用专用的铸造黄铜以防止腐蚀，泵的各个运动部件都靠水来润滑。而泵的各个部件均采用耐腐蚀材料以保证泵有较长的寿命。这种泵的压力最高能达到16MPa。芬兰的Hytar公司的轴向柱塞泵可以当作马达使用，并且能够在淡火和海水中工作。其压力可以达到21MPA,寿命可以达到8000h.
华中科技大学经过十年在流体力学基础上的对高压水的研究和试验，目前正在实施一个由国家自然科学基金所支持的淡水和海水液压项目。最近，华中科技大学开发出一种具有较好吸入性能的轴向柱塞泵。这个项目着重于研究新材料、结构和实验。同时，本文也次这种泵的应用。
1.海水液压柱塞泵
图1为我们展示了华科海水液压柱塞泵的结构简图。这是一种斜盘式七柱塞定量轴向柱塞泵。即能用海水也能用淡水作为工作介质。其流量可以达到
40L/min，压力可以达到14MPa，额定压力为10MPa，泵的进口与出口都与带有橡胶密封的单向阀单独与每个柱塞相通。柱塞位于吸入侧时，水在真空下通过入口的单向阀被吸入进来，充满柱塞的左侧空间；柱塞位于压排侧时，水通过出口的单向阀被压出去。为了使得轴承获得较好的润滑效果，泵的驱动装置都采用油润滑，并且在每个柱塞上都采用双向密封使得右腔与左侧配流装置隔开。因此，轴承、斜盘和滑靴磨擦表面都采用油润滑，而柱塞与缸孔之间的磨擦都采用水进行润滑。
由于水的化学性质活泼、粘度低、润滑性差和水蒸气压力高等特点，因此当采用水润滑时，材料的选择对一个水液压柱塞泵的寿命起着重要的作用。这种泵前后的端盖都采用经过电极处理的铝合金，柱塞与缸体的衬套都分别采用不锈钢（1Cr18Ni9Ti）和高强度的高分子材料（PEEK）。入、出口阀的材料的密封都采用PTEF材料，带有塑料密封的提升阀采用镀有青铀的不绣钢。
图1 柱塞泵的结构简图
为了减少表面的磨擦，必须采用磨擦系数较小的材料，PEEK材料在水中的磨擦系数大约为0.02。这个磨擦系数可与钢与钢在矿物质油中的0.05～0.07相比。近年来，PEEK材料逐渐成为水液压柱塞泵和马达运动部件广泛采用的材料。
3实验
为了验证这种泵的性能，我们也同时在进行实验装置的研究。图2是华中科
技大学海水液压柱塞泵实验装置的简图。这个实验装置包括水箱、节流阀、溢流阀、冷却器、压力传感器、流量传感器和被测试的泵等。被测试的泵靠电机驱动，为了测试这种泵在反转的功能，采用了一个电气控制柜来控制电机的正反转。安全阀起到过载保护的作用，节流阀用于对被测试的泵进行加载，冷却器用于控制系统的油温。这个实验台所有的液压元件都由我们自己进行设计的。
2.2试验方法
试验方法如下：无论是自来水还是海水都可以作为压力介质。模拟的海水的成份均参照美国的标准（ASTMD-1142-52），如表1所示。
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实验的由数据由下面的参数所决定：
(a).加载的压力最高达到14MPa;
(b).转速可高，且最高达到1000r/min;
(c).当转速达到一个稳定值后，记录下流量和压力；
(d).油液的温度控制在20℃～40℃之间。
图2 实验台装置
表1 海水成份
2．3试验步骤
实验的目次是为了在一定的压力和转速下测出泵的容积效率，并绘出进出口的流量特性曲线。
通常泵的容积效率被用来描述一个泵的性能。其定义如下：
vQ100%（式1） Q0
上式中：v——容积效率，%；
Q——单位时间内泵的实际流量，L/min；
Q0——单位时间内泵的理论流量，L/min；
系统的压力可由节流阀来调节，通过改变节流口的面积来改变泵的输出压力，负载压力应该逐渐从0 MPa变化到14 MPa。
3结果与讨论
3．1结果
通过观察流量计得出，实际的流量在一个很小的范围内波动。求出观测数据的平均值作为最好的实验结果。在3种不同的转速下（1000 r/min，750 r/min，500 r/min），液压泵的容积效率随着压力而发生变化。如图3所示，实际的流量Q也随着压力的变化而发生变化，如图4所示。
图3 相对于系统压力的效率曲线
柱塞泵的文章(二)
柱塞泵的工作原理与结构特点及安装选型注意点
柱塞泵的工作原理与结构特点及安装选型注意点
(文章来源阳光泵业)
柱塞泵工作原理
柱塞泵是液压系统的一个重要装置。它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。
柱塞泵是往复泵的一种，属于体积泵，其柱塞靠泵轴的偏心转动驱动，往复运动，其吸入和排出阀都是单向阀。当柱塞外拉时，工作室内压力降低，出口阀关 闭，低于进口压力时，进口阀打开，液体进入；柱塞内推时，工作室压力升高，进口阀关闭，高于出口压力时，出口阀打开，液体排出。当传动轴带动缸体旋转时， 斜盘将柱塞从缸体中拉出或推回，完成吸排油过程。柱塞与缸孔组成的工作容腔中的油液通过配油盘分别与泵的吸、排油腔相通。变量机构用来改变斜盘的倾角，通 过调节斜盘的倾角可改变泵的排量。
柱塞泵结构形式:
柱塞泵分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵两种代表性的结构形式；由于径向柱塞泵属于一种新型的技术含量比较高的高效泵，随着不断加快，径向柱塞泵必然会成为柱塞泵应用领域的重要组成部分．
柱塞泵的维护:【柱塞泵的文章】
斜盘式轴向柱塞泵一般采用缸体转动、端面配流的形式。缸体端面上镶有一块由双金属板与钢配油盘组成的摩擦副，而且大多数是采用平面配流的方法，所以维 修比较方便。配油盘是轴向柱塞泵的关键部件之一，泵工作时，一方面工作腔的高压油把缸体推向配油盘，另一方面配油盘和缸体间的油膜压力形成对缸体的液压反 推力使缸体背离配油盘。缸体对配油盘的设计液压压紧力Fn略大于配油盘对缸体的液压反推力Ff，即Fn/Ff=1.05~1.1，使泵工作正常并保持较高 的容积效率。
柱塞泵的安装:
轴向柱塞泵的基本形式均为法兰安装式，若采用电动机驱动时，则需要制造一个"安装体"，如图1-8所示，采用这种连接方法可消除驱动机轴与柱塞泵轴的 两个轴的同轴度误差， 小端法兰与柱塞泵法兰连接，大法兰则与Y系列B5或B35电动机前法兰连接，两轴之间应留有3mm间隙，可用弹性联轴器、梅花联轴器、齿轮联轴器连接。
轴向柱塞泵可以两个方向运转。轴向柱塞泵的输人轴和输出轴不能承受来自各方向的外力，因此在装配联轴器时的配合不可过紧，不许用铁锤敲打联轴器。轴向柱塞泵与联轴器的
配合关系，应为二级间隙配合。在联轴器键槽对面，按轴孔不同的直径，钻、攻一个M6-M10mm仿边的螺紋孔，用螺钉顶死防止联轴器窜动。
①如采用轴套刚性连接时，原动机轴与泵轴伸、两轴中心线的同轴度误差应控制在0.05mm之内。若以弹性联轴器连接时，同轴度误差为0.1mm左右。两个轴的角度误差控制在0.5°以内。
② 轴向柱塞泵不许用V带或链轮直接传动，必要时，要采取间接形式，柱塞泵的轴伸仍用联轴器与输人轴的联轴器连接。
③ 轴向柱塞泵的旋转方向，无特殊要求时，制造厂出厂的泵都按顺时针方向运转。
④ 轴向柱塞泵的安装位置应注意，在泵的后面应留出一定的空间，便于拆卸检修。
⑤ 轴向柱塞泵的自吸能力较差，安装泵时尽力靠近油箱，应在油面以下，使液压油可以自行灌进泵内，对泵的运转十分有益。如果限于条件，液压泵必须安装于油箱上边时，其吸油高度不得大于最低油位500mm。
⑥ 柱塞泵的吸油口，要安设线隙式滤油器，过滤精度应为30~50μm；在系统的回油管路要安装过滤精度为10~20μm的回油滤油器。
径向柱塞泵的结构一般为偏心轴式或凸轮式两种，分为3个柱塞或6个柱塞的，这种泵为阀式配流，抗污染能力较强，并有一定的自吸能力。这类泵的工作压力 稍高于轴向柱塞泵，而流量比较小，是由其结构所决定的。径向柱塞泵的整体结构好，在安装方面比轴向柱塞泵的安装规范要简单许多。
选型时应注意以下几点：
1、确定介质工况，柱塞泵输送介质中不允许出现大颗粒物质，否则会引起工作故障，对铁污染有要求的场合应选用不锈钢柱塞泵，酸性或碱性介质应选用防腐柱塞泵;
2、确定合理的流量范围，柱塞泵型号标称的是额定流量，选用时应考虑适当的余量范围;
3、确定适用的压力等级，柱塞泵的额定压力均可达到2.0-2.5MPa，配用压滤机时应选用变量泵，输浆应选用低压泵，减少浪费;4、确定以上参数后，按宁大勿小的原则，按标准型号选用YB系列陶瓷 柱塞泵 ;
5、如有疑问，应致电专业生产厂家，请专业工程技术人帮助选型。
柱塞泵厂家介绍：
柱塞泵专业生产厂家上海阳光泵业制造有限公司座落于上海市金山工业园区，是国内一家著名的集研制、开发、生产、销售、服务于一体的 大型多元化企业，注册资本1100万元。主导产品包括：螺杆泵、隔膜泵、液下泵、磁力泵、排污泵、化工泵、多级泵、自吸泵、齿轮油泵、计量泵、卫生泵、真 空泵、潜水泵、转子泵等类别。产品以优越的性能，精良的品质已获得各项专业认证证书及客户的认可。公司拥有多名水泵专家和各类中高级工程师，不断的开发制 造，升级换代产品年年都有问世。
柱塞泵的文章(三)
柱塞泵常见故障的维修方法
柱塞泵常见故障的维修方法
(文章来源阳光泵业)
1．液压泵输出流量不足或不输出油液
(1)吸入量不足。原因是吸油管路上的阻力过大或补油量不足。如泵的转速过大，油箱中液面过低，进油管漏气，滤油器堵塞等。
(2)泄漏量过大。原因是泵的间隙过大，密封不良造成。如配油盘被金属碎片、铁屑等划伤，端面漏油；变量机构中的单向阀密封面配合不好，泵体和配油盘的支承面有砂眼或研痕等。可以通过检查泵体内液压油中混杂的异物判别泵被损坏的部位。
(3)倾斜盘倾角太小，泵的排量少，这需要调节变量活塞，增加斜盘倾角。
2．中位时排油量不为零
变量式轴向柱塞泵的斜盘倾角为零时称为中位，此时泵的输出流量应为零。但有时会出现中位偏离调整机构中点的现象，在中点时仍有流量输出。其原因是控制器的位置偏离、松动或损伤，需要重新调零、紧固或更换。泵的角度维持力不够、倾斜角耳轴磨损也会产生这种现象。
3．输出流量波动
输出流量波动与很多因素有关。对变量泵可以认为是变量机构的控制不佳造成，如异物进入变量机构，在控制活塞上划出阶痕、磨痕、伤痕等，造成控制活塞运 动不稳定。由于放大器能量不足或零件损坏、含有弹簧的控制活塞的阻尼器效能差，都会造成控制活塞运动不稳定。流量不稳定又往往伴随着压力波动。这类故障一 般要拆开液压泵，更换受损零部件，加大阻尼，提高弹簧刚度和控制压力等。
4．输出压力异常
泵的输出压力是由负载决定的，与输入转矩近似成正比。输出压力异常有两种故障。
(1)输出压力过低【柱塞泵的文章】
当泵在自吸状态下，若进油管路漏气或系统中液压缸、单向阀、换向阀等有较大的泄漏，均会使压力升不上去。这需要找出漏气处，紧固、更换密封件，即可提 高压力。溢流阀有故障或调整压力低，系统压力也上不去，应重新调整压
力或检修溢流阀。如果液压泵的缸体与配流盘产生偏差造成大量泄漏，严重时，缸体可能破 裂，则应重新研磨配合面或更换液压泵。
(2)输出压力过高
若回路负载持续上升，泵的压力也持续上升，当属正常。若负载一定，泵的压力超过负载所需压力值，则应检查泵以外的液压元件，如方向阀、压力阀、传动装置和回油管道。若最大压力过高，应调整溢流阀。
5．振动和噪声【柱塞泵的文章】
振动和噪声是同时出现的。它们不仅对机器的操作者造成危害，也对环境造成污染。
(1)机械振动和噪声
如泵轴和电机轴不同心或顶死，旋转轴的轴承、联轴节损伤，弹性垫破损和装配螺栓松动均会产生噪声。对于高速运转或传输大能量的泵，要定期检查，记录各部件的振幅、频率和噪声。如泵的转动频率与压力阀的固有频率相同时，将会引起共振，可改变泵的转速以消除共振。
(2)管道内液流产生的噪声
进油管道太细、进油滤油器通流能力过小或堵塞、进油管吸入空气、油液豁度过高、油面过低吸油不足和高压管道中产生液击等，均会产生噪声。因此，必须正确设计油箱，正确选择滤油器、油管和方向阀。
6．液压泵过热
液压泵过度发热有两个原因，一是机械摩擦生热。由于运动表面处于干摩擦或半干摩擦状态，运动部件相互摩擦生热。二是液体摩擦生热。高压油通过各种缝隙 泄漏到低压腔，大量的液压能损失转为热能。所以正确选择运动部件之间的间隙、油箱容积和冷却器，可以杜绝泵的过度发热和油温过高的现象。另外，回油过滤器 堵塞造成回油背压过高，也会引起油温过高和泵体过热。
7．漏油
柱塞泵漏油主要有以下原因：
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