说起柱塞泵,液界小伙伴们都不会陌生。凡是和液压打过交道的,或多或少都接触过液压泵这个元件。从莫里斯·克尔·英格比在1923年发表第一份斜盘式轴向柱塞泵的专利到现在,近一个世纪的时间里,斜盘式柱塞泵的结构并没有发生本质的创新改变。那这是不是意味着我们的泵已经完善成熟到无可挑剔的地步了吗?然而事实却并非如此。一个简单的例子,使用过柱塞泵的小伙伴们可能都被壳体的泄油管路如何布置设计,泄油压力的各种严苛使用要求搞的头痛不已。小小的泄漏回油管路,使用稍有不慎便会带来不可挽回的损失。i小编在先前的专栏文章中专题讲解过这个话题,大家可以点击如下链接查看具体内容。【i专栏】N30:壳体压力高只会油封漏油吗【泵失效模式分析】

2020年王长江在液压泵新技术与发展趋势学术论坛上,对当前轴向柱塞泵的现状和几个亟待解决的问题做了总结,其中包括:
泄油管问题
发热引起的泵损坏问题
噪音问题
效率再提高问题
针对于当前轴向柱塞泵的技术现状,燕山大学的闻德生教授团队进行了深入探索并提出了自己的解决方案 —— 强制冷却型双端面配油轴向柱塞泵结构。这款新型的柱塞泵设计到底有着怎样的特别之处?Follow me...
对于也是搞泵出身的i小编来说,听说有新设计的泵,那自然是要好好扒一扒的。第一次接触到这款新型设计泵概念还是在PTC展会上,听到闻德生教授的专题报告。而后和闻教授又进行过多次的交流,逐渐对这种设计理念有了一个全面的认知框架。
“双端面配流” —— 顾名思义,就是从两侧端面都可以进行流量分配。这个概念是相对于传统的仅采用一侧端面配流盘配流的结构而言。双端面配油轴向柱塞泵又称为端面配流全开路式轴向柱塞泵,该泵中的柱塞是一条管道,即空心柱塞。该原理首次在柱塞泵上通过管状柱塞将吸入的冷油引入泵壳与缸体之间的容腔,给三对摩擦副降温和润滑,实现了自冷却、自润滑、可串联多级增压等功能,同时去掉了泄漏回油管路。
传统的斜盘式轴向柱塞泵,缸体在配流盘表面上高速旋转,经过配流盘上的低高压区完成吸排油功能,这其中的吸油路径仅是通过配流盘的吸油侧进行。如下图中吸油仅通过Inlet Port通路完成。

双端面配流方案,其吸油的路径不仅可以通过原有的配流盘侧的完成,同时可以通过柱塞滑靴侧完成。

传统泵由柱塞、缸体、配流盘组成控制腔室,吸排油对称。双端面配流泵由柱塞、缸体、配流盘、滑靴、斜盘组成控制腔室,吸排油不对称。由于采用了从滑靴端面吸油的“第二吸油口”通路,新的柱塞和滑靴采用了直径更大的流道结构,而非传统的阻尼孔结构形式。

双端面配流轴向柱塞泵是柱塞两端同时进油,一端排油。由于壳体内与吸油腔相通,所以泵的吸油口可开在泵壳上的任意部位,而且也可以根据各摩擦副的发热量来分配自冷却流量形成最佳自冷却流量,还可将泵壳制成鼠笼型,将泵装入油箱内使用。

通过将吸油口设置在壳体上,可直接从油箱将冷油吸入到泵体内,并保持了壳体内压力温度和油箱保持一致。随着转子的转动,油液可均匀的流动到壳体内部。零件内外侧温度相同,零件随温升变形均匀,提高摩擦副的使用寿命。传统泵的泄漏油温度高,流动性小且自搅运动进一步提高了泄漏油温度。零件内外部温度不相同,导致零件温升变形大,特别是外侧变形大,降低了摩擦副的使用寿命。

对于轴向柱塞泵的关键结构要素,王长江在2020年液压泵新技术与发展趋势学术论坛上总结为以下9点:
组成工作腔
产生工作腔容积的变化
消除困油现象
有配油装置
尽量实现液体静液压平衡
保证寿命的轴承结构 高PV值
易于实现自润滑
合理的吸排油设计
具有变量机构
双端面配流轴向柱塞泵相对于传统泵的特征优势,从上述的9点分析,听听闻德生教授如何来阐述的吧。
实践是检验一切真理的标准,这条准则对于我们工业产品领域再合适不过了。这款强制冷却型双端面配油轴向柱塞泵也已经从纸面文字走进了试验室,并且现在已经落地形成系列产品。强制冷却型双端面配油原理首先在CY泵上得到了应用。利用此原理改造25CY14-1A后型号为25KZB型轴向柱塞泵,由齐齐哈尔第二机床厂等企业生产。改造25CY14-1B后型号为25SPB型轴向柱塞泵。由天津高压泵阀厂生产。以改造25CY14-1A泵为例,如图所示为25KZB型手动变量泵内部结构原理图。

与传统的CY相比,应用双端面配流技术的全新CY泵具有:
近期此技术也在启东高压油泵有限公司的CY系列产品上落地,推出了SPB型强制冷却双端面配流轴向柱塞泵。

SPB泵专门针对原CY型泵零部件进行了重新设计,在不增加零件数量的基础上,改变了滑靴与斜盘摩擦副的设计方法,针对泵内零部件设计了一些列特殊流道,实现吸油时柱塞两端面同时进油,并去掉了泄漏油口,降低了泵内油液温升,减小了泵内零部件的热变形量,改善了润滑条件,降低了吸油流速,从而减小了泵的噪音水平。