液壓自動對中柱塞副的制作方法

本實用新型屬于以活塞驅動為特點的設備或裝置技術領域，具體涉及到一種可提高柱塞類液壓元件可靠性的液壓自動對中柱塞副。

背景技術：

目前，中國的柱塞泵設計理論和資料，以及國產柱塞泵，都采用圓柱形的缸孔內配一圓柱形的柱塞。在工作過程中，高壓區的柱塞副受力情況如下，此處僅以主要的液壓力為例來分析，其它諸如滑靴副的摩擦力、柱塞組的離心力等與之相似。如圖3所示，柱塞泵壓油過程中，出口壓力油p_s作用于柱塞端面產生液壓力F_h，通過柱塞、滑靴傳遞到斜盤，則斜盤產生反力N，方向通過柱塞球頭垂直于斜盤；由于存在斜盤傾角γ，因此，首先斜盤反力N必使柱塞有彎曲的趨勢；也必產生側向力R₁和R₂，進而產生摩擦力μ(R₁+R₂)，消耗能量降低了柱塞泵的機械效率。其次，柱塞在缸孔里傾斜運動，導致泄漏量大增，降低了柱塞泵的容積效率。第三，R₁和R₂的反作用力使缸體產生傾覆力矩，破壞配流副的平穩運動，并使配流副密封間隙發生變化，泄漏量增加，容積效率下降。第四，由于R₁和R₂都是周期性變化量，這大大增加了配流副力和力矩平衡的難度，以致于我們不得不以增加配流副的壓緊系數來平衡。第五，增加配流副的壓緊系數，就等于在降低柱塞泵壽命及其可靠性，這就是國產柱塞泵壽命及其可靠性差的主要根源。第六，周期性變化的力，容易導致配流副油膜被擠壓破壞，造成拉傷；容易導致配流副密封間隙變大，造成泄漏量增加；也容易引起運動副振動和噪音。第七，再考慮到其它側向力諸如滑靴副的摩擦力、柱塞組的離心力等等，它們都能通過柱塞傳遞到缸體上，產生的效果也大致相同，因此，配流副的情況會更糟糕。綜上，配流副成為柱塞泵最薄弱環節，但根源卻在柱塞副。在柱塞泵所有故障中，配流副的磨損、拉傷和泄漏占比在百分之九十左右。因此，首先解決配流副發生故障問題，是我們目前最主要的工作。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題在于克服上述柱塞泵的不足,提供一種設計合理、結構簡單、能有效減小或者消除機械摩擦力、減小泄漏量、提高總效率、降低振動和噪聲、大幅度降低配流副的壓緊系數并提升配流副的壽命及其可靠性的液壓自動對中柱塞副。

解決上述技術問題采用的技術方案是：包括缸體和柱塞，所述的柱塞裝配于所述的缸體內部，所述的柱塞沿所述的缸體軸線方向做往復運動，所述的缸體一端設置于配流盤上，所述的柱塞球頭設置于滑靴球窩內，所述的滑靴設置于斜盤上，所述的缸體為靠近柱塞球頭一端收斂的圓錐形缸孔，所述的柱塞為圓柱形結構，或者所述的柱塞為球頭相對一端收斂的圓錐形柱塞，所述的缸體為圓柱形缸孔。

本實用新型的圓錐形缸孔的錐度與柱塞副平均間隙之比為16:100。

本實用新型的圓錐形缸孔的錐度與柱塞副平均間隙之比為14～18:100。

本實用新型的圓錐形柱塞的錐度與柱塞副平均間隙之比為16:100。

本實用新型的圓錐形柱塞的錐度與柱塞副平均間隙之比為14～18:100。

由于本實用新型采用了將缸體設計為靠近柱塞球頭一端收斂的圓錐形缸孔且柱塞設計為圓柱形結構或者將柱塞設計為球頭相對一端收斂的圓錐形柱塞且缸體設計為圓柱形缸孔，保證壓力油沿流動方向縫隙減小，同時保證液壓自動對中力F永遠不小于斜盤反力在側向的分力Nsinγ。由于高壓區柱塞副液壓自動對中，因此，柱塞與缸孔周圍不接觸，則傳統柱塞副上的側向力R₁和R₂都不存在、而被液壓自動對中柱塞副里面的高壓流體全部被吸收，形成柱塞副中的內力，對外不表現出來。這樣，不但柱塞副無機械摩擦力，即無磨損；而且，液壓自動對中生成的同心圓環縫隙柱塞副，其泄漏量最小，容積效率最高；更重要的是，傳統柱塞副里通過柱塞傳遞到缸體上的所有側向力，全部被液壓自動對中柱塞副內部的高壓介質所吸收，對外不表現出來：也就是說，缸體再也不受柱塞傳遞過來的各種側向力的侵擾，配流副的壓緊系數可望大幅降低，油膜保持均勻，配流副將能夠平穩地、高速旋轉地進行工作；極大地保證了配流副的油膜厚度不被擠壓破壞，故柱塞泵的性能、尤其是柱塞泵壽命及其可靠性將獲得大幅提升；該裝置設計合理、結構簡單，可推廣應用到所有柱塞、活塞類液壓元件、甚至發動機的沖程中。

附圖說明

圖1是本實用新型一個實施例的結構示意圖。

圖2是圖1的受力分析示意圖。

圖3是本實用新型背景技術受力分析示意圖。

圖中：1、斜盤；2、滑靴；3、柱塞；4、缸體；5、配流盤。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細說明，但本實用新型不限于這些實施例。

實施例1

在圖1、2中，本實用新型液壓自動對中柱塞副包括缸體4和柱塞3：

柱塞3安裝在缸體4內部，并且柱塞3可沿所述的缸體4軸線方向做往復運動，所述的缸體4一端壓緊配合安裝在配流盤5上，所述的柱塞3球頭安裝于滑靴2球窩內，所述的滑靴2安裝于斜盤1上，基于液壓自動對中原理，為了提升柱塞泵的壽命及其可靠性，所述的缸體4設計為靠近柱塞3球頭一端收斂的圓錐形缸孔，所述的柱塞3設計為圓柱形結構，該設計使壓力油沿流動方向縫隙減小，同時為了保證液壓自動對中力F永遠不小于斜盤1反力在側向的分力Nsinγ，所述的圓錐形缸孔的錐度與柱塞副平均間隙之比為14～18:100；同樣地，基于液壓自動對中原理，為了提升柱塞泵的壽命及其可靠性，也可以將所述的柱塞3設計為球頭相對一端收斂的圓錐形柱塞，所述的缸體4設計為圓柱形缸孔，該設計也可以使壓力油沿流動方向縫隙減小，同時為了保證液壓自動對中力F永遠不小于斜盤1反力在側向的分力Nsinγ，所述的圓錐形柱塞的錐度與柱塞副平均間隙之比為14～18:100。

本實用新型的工作原理如下：

基于液壓對中原理，將缸體4設計成圓錐形或者將柱塞3設計成圓錐形，使壓力油沿流動方向縫隙減小。那么，液壓自動對中柱塞副內的壓力分布規律如圖2所示。同時，保證液壓自動對中力F永遠不小于斜盤1反力在側向的分力Nsinγ，由于在柱塞3傳遞的所有側向力中，斜盤1反力在側向的分力Nsinγ是最大的，因此，如果液壓自動對中力能強行掌控住斜盤1反力在側向的分力，則必能同時強行掌控柱塞3傳遞的所有側向力。故

F≥Nsinγ

或

即4kl≥πdsinγ (1)

式中，k——液壓自動對中系數；

l——柱塞3最小留缸長度；

d——柱塞3直徑；

γ——斜盤1最大傾角；

(1)式就是柱塞副液壓自動對中的條件。

由于高壓區柱塞副液壓自動對中，因此，柱塞3與缸體4周圍不接觸，則傳統柱塞副上的側向力R₁和R₂都不存在、而被液壓自動對中柱塞副里面的高壓流體全部被吸收，形成柱塞副中的內力，對外不表現出來。這樣，不但柱塞副無機械摩擦力，即無磨損；而且，液壓自動對中生成的同心圓環縫隙柱塞副，其泄漏量最小，容積效率最高；更重要的是，傳統柱塞副里通過柱塞3能傳遞到缸體4上的所有側向力，全部被液壓自動對中柱塞副內部的高壓介質所吸收，對外不表現出來：也就是說，缸體4再也不受柱塞3傳遞過來的各種側向力的侵擾，配流副油膜將保持均勻，因此配流副能夠平穩地、高速旋轉地進行工作；配流副的壓緊系數可大幅地降低，極大地保證了配流副的油膜厚度不被擠壓破壞，故柱塞泵的性能、尤其是柱塞泵壽命及其可靠性將獲得大幅提升。