完整版下载在文章最后斜盘式轴向柱塞泵将原动机机械能转化成流体液压能，在能量转化过程中必然存在功率损失，功率损失分为容积损失和机械损失两部分，容积损失主要由泄露造成，机械损失主要由摩擦造成（节流损失也是一种摩擦损失，油液与固体边界、油液内部粘性产生摩擦）。摩擦产生于零部件相对运动面，而泄露产生于高低压腔之间的密封面，根据斜盘式轴向柱塞泵结构构造可知，零部件相对运动面往往也是密封面，如滑履与斜盘接触面、柱塞与缸体孔接触面、配流盘与缸底接触面等，以上三对接触面分别简称为滑履副、柱塞副和配流副，均为滑动摩擦副，是影响泵效率的关键部位。 零部件之间的摩擦必然伴随着磨损，磨损量过大将会引起零件失效，影响泵的使用寿命。所以，对于斜盘式轴向柱塞泵来说，合理的摩擦副设计至关重要。此外，斜盘支承摩擦副也是需要重点考虑的部位，不同的是，在一些泵内，该处为滚动摩擦副。 本章将介绍一些知名厂家柱塞泵上述四对摩擦副的结构特点，并进行对比，以了解不同结构设计的性能特点。 1、滑动摩擦副材料选配概述 不同厂家斜盘式轴向柱塞泵四对滑动摩擦副在结构设计上各有特点，但在配偶表面材料选择上具有相似性。滑履副、配流副常用配偶材料为钢配铜和铁配铜，柱塞副常用配偶材料为钢配铜和钢配铁，斜盘支承副常用配偶材料为铁配铜。以上材料选配具有一个共同点：即硬配软。当然，摩擦副材料选配不单局限于材料本身，和材料后期的机加工与热处理工艺及成本密切相关，上述摩擦副配偶材料在斜盘式轴向柱塞泵上使用最为普遍，是考虑到摩擦副工况、性能要求和成本控制等多方面因素而做的选择，不代表其他种类摩擦副配偶材料不能满足使用工况。 笔者认为，斜盘式轴向柱塞泵在运行过程中，其滑动摩擦副处于以边界润滑和流体润滑为主的混合润滑状态。考虑到泵不可能一直在较为理想的条件下工作，摩擦副受力不断变化，影响摩擦副可靠运行的因素复杂多变，摩擦副之间很难一直形成稳定的纯流体油膜，而摩擦副经常发生磨损失效也从侧面验证了摩擦副常处于边界润滑状态。 摩擦副表面磨损失效是泵的主要失效方式，斜盘式轴向柱塞泵摩擦副磨损形式主要分为粘着磨损、磨粒磨损和气蚀（主要存在于配流副）三种。良好的系统设计及管路配置能很好地降低配流副表面气蚀，合理的过滤措施并确保油液的清洁度也能一定程度降低磨粒磨损，而对于如何降低粘着磨损，则需要从选材、材料表面改性及合理的摩擦副设计方面入手。 为确保摩擦副的承载能力与使用寿命，配偶材料必须有一定的强度、韧性和耐磨性。为保证摩擦副处于良好的工作状态，配偶材料还需具备较高的抗咬合性、良好的顺应性（材料对安装过程中造成的误差所产生的不利影响的适应能力）、导热性和耐腐蚀。综上所述，钢配铜摩擦副是较为理想的选择。钢的强度高，承载能力强；表面氮化后硬度高，不易产生塑性变形，耐磨性好。铜的强度低，滑动时表面微凸体剪切阻力小，摩擦系数小；表面软，能嵌入润滑油中杂质和金属碎屑；导热性很好，可避免摩擦热量在表面快速累积形成高温损坏润滑膜甚至材料性能；铜与润滑油的润湿性好，易在表面形成吸附油膜，降低磨损；此外，铜合金中的合金元素（如铅Pb）可起到减磨效果，进一步降低摩擦系数。而且钢与铜的固态互溶性低，不易产生粘着。 对于存在边界润滑状态的滑动摩擦副，必须保证摩擦表面的比压P、相对滑动速度V小于摩擦副配偶材料许用P值和V值，同时还需保证实际比功PV值小于许用PV值。比压P过高会造成润滑膜破裂，相对滑动速度V过高会导致润滑膜处热量快速聚集形成局部高温而损坏润滑膜，润滑膜失效将导致配偶表面出现严重的粘着磨损，甚至胶合现象。 2、配流副概述 配流副是由配流盘表面和缸体底面组成的滑动摩擦副，起隔离和密封泵吸油容腔与压油容腔作用。泵工作时缸体转动，配流盘固定，缸体在配流盘上滑动，配流盘对缸体起支承作用。试验表明配流副对泵效率的影响作用要大于其他三对摩擦副，所以配流副的设计至关重要，不仅要保证良好的密封效果，以提高泵容积效率，还要保证摩擦阻力小，磨擦损失少，以提高泵的机械效率并确保摩擦副的使用寿命。 配流副分平面配流和球面配流两种，平面配流工艺简单，制作成本低，球面配流制作难度大，但对缸体有自位作用，可防止缸体倾翻。平面配流副其缸体底面和配流盘表面均为平面，对平面度有相应要求。球面配流副其缸体底面通常为凹球面（图2-5所示），对应配流盘表面为凸球面（图2-2所示配流盘），对球面的真球度有相应要求。 配流副两表面间含有密封带，密封泵的高低压容腔，并承受缸体对配流盘的正压力，有些泵为了降低密封带接触面的比压，在配流副两表面间增设辅助支承带。密封带与辅助支承带既可以布置在配流盘上（图2-1所示配流盘），也可以布置在缸体上（如图2-6所示缸体），当位于配流盘上时，缸体底面为光面（图2-5所示缸体），当位于缸体底面时，配流盘表面为光面（图2-3所示配流盘）。通常情况下，当配流盘采用钢基材质时，会选择在配流盘表面布置密封带和辅助支承带；当配流盘采用铜合金材质时，通常在缸体底面布置密封带和辅助支承带。 2.1 配流盘结构概述 配流副的结构差别主要在于配流盘的结构差异，配流盘的结构受泵使用工况、旋向、效率与噪音等级要求、摩擦副的设计参数等因素影响而各有不同，针对不同的设计要求，配流盘结构各有偏重点。 （a）配流盘正面 （b）配流盘反面 图2-1 配流盘结构图（Rexroth公司A11VLO190） 图2-1为Rexroth公司A11VLO190泵配流盘表面结构示意图。配流盘正面与缸体底面贴合，布置有内、外辅助支承带和密封带，内、外辅助支承带上各开设有6个泄油槽。高压配流窗中设有筋板，高、低压配流窗口间过渡区域称为过渡桥，其中低压向高压过渡侧为上过渡桥，桥上开设有阻尼孔，可降低泵流量脉动和噪音等级，高压向低压过渡侧为下过渡桥，桥上开设有阻尼孔，可一定程度防止吸油腔吸空，降低气蚀。有些配流盘过渡桥上为三角槽构造（图2-3所示配流盘），还有些配流盘过渡桥上既有阻尼孔又有三角槽，虽然其结构特征各不相同，但作用基本相似。 配流盘背面与后盖贴合，布置有定位销孔，泵后盖上有定位销，配流盘可在后盖上精确定位；配流窗内外侧也布置有密封带，配流盘背面可靠贴在后盖上，减少泄露损失，配流窗密封带处泄露的油液沿泄油槽流入壳体。泄油槽完全贯穿圆环面，将配流盘内外侧的泄露油联通，使得主轴后轴承处的液压油可经泄油槽流向配流盘外周，油液的循环流动可对后轴承进行冲洗冷却。有些配流盘背面为光面，此时需要在后盖表面布置密封带和泄油槽（如2.6章节所述Rexroth公司A10VO45/31泵和Danfoss公司S90R075泵）。 （a） Rexroth公司A11VO130 开式系统用液压泵 （b） Rexroth公司A4VG71/32 闭式系统用液压泵 图2-2 配流盘结构图 图2-2所示分别为开式液压系统用泵和闭式液压系统用泵配流盘。配流盘上开有配流窗（也称腰型槽），从图中可以看出，闭式液压系统用泵配流盘两侧配流窗中间均有加强筋，而开式液压系统用泵只在高压侧有加强筋，低压侧配流窗完全贯穿。考虑到配流盘作用类似于轴承，对缸体起支承作用，配流盘必须有足够的强度和刚度，以防止在高压高温下出现过大的变形，闭式液压系统用泵两侧配油窗口需要承受高压，所以需保证配流盘刚度和强度。而开式液压系统用泵低压侧配流窗所承受压力很低，此时，强度和刚度不会出现问题，并且开式系统用泵通常不设补油泵，所以如何减小吸油阻力，降低气蚀成为主要目的，这就要求吸油流道尽可能通畅。 （a）Parker公司PD系列 左旋泵（逆时针） （b）Parker公司PD系列 右旋泵（顺时针） 图2-3 配流盘结构图 图2-3所示分别为左旋泵和右旋泵配流盘。关于配油盘旋向的辨识方法如下：沿着三角槽尖向相邻配流窗旋转方向即为配流盘旋向；对于没有三角槽而设有阻尼孔的配流盘，沿着阻尼孔向临近配流窗旋转方向即为配流盘旋向（如图2-1中a图即为右旋配流盘）；有些泵配流窗两侧都有三角槽，此时以尺寸较大的三角槽为准，沿着尺寸较大的三角槽尖向相邻配流窗旋转方向即为配流盘旋向（如图2-2中b图即为右旋配流盘）。 上文讲到，配流副在工作中存在边界润滑状况，对于处于边界润滑状态的摩擦副，PV值是非常关键的参数，P是摩擦副之间的比压，比压值越小摩擦副磨损越小，使用寿命越长。可以通过选择更好的材料和热处理工艺来提高摩擦副的比压值，这样必将增加成本，所以，可在现有材料和热处理工艺的基础上通过合理的结构设计来降低比压值，目前，最常用的办法就是增设辅助支承带，增大摩擦副两表面接触面积。图2-4为带辅助支承带与不带辅助支承带配流盘对比图。辅助支承带可以在一定程度上对配流窗内外侧密封带其保护作用，减缓密封带磨损，辅助支承带分内辅助支承带和外辅助支承带，同时增设内辅助支承带和外辅助支承带可最大程度降低接触比压。当然增设辅助支承带意味着摩擦副配合面对数增多，配合面积增大，增加了配流盘制作工艺难度。 （a）Danfoss公司S45J型 光面配流盘，无密封带和辅助支承带 无辅助支承带、只含密封带 （c）Hawe公司V30D160 含密封带和外辅助支承带 （d）Rexroth公司A11VLO190 含密封带和内、外辅助支承带 图2-4 配流盘结构图 2.2 缸体结构概述 缸体是斜盘式轴向柱塞泵的核心零件。图2-5所示为Rexroth公司A4VG71/32液压泵缸体外形图。
图2-5 缸体外形图（Rexroth公司A4VG71/32） 缸体中心加工有内花键齿，可与主轴之间传递扭矩。沿圆周方向均布有柱塞孔，柱塞孔承受高压油液的压力，所以，缸体基体必须有足够的强度，目前主要有钢基缸体和球铁基缸体两种，球铁基缸体主要用于中压泵或者部分高压小排量泵，绝大部分高压柱塞泵都采用钢基缸体。钢基缸体通常在柱塞孔内镶压铜套，缸底烧结（熔铸）铜层或者镶嵌衬板以改善柱塞副与配流副的摩擦副性能。 缸体分为圆柱形缸体和圆锥形缸体两种，圆柱型缸体其柱塞孔平行分布，圆锥型缸体其柱塞孔从缸头到缸底呈锥形收缩，锥角通常不大于5°。 图2-6为带有密封带和辅助支承带的缸体底面结构示意图。该缸体底面布置有外辅助支承带和密封带，所配配流盘为光面，缸体上9个配流窗均匀分布。
图2-6 缸体底面结构图（Danfoss公司S90R075） 2.3 配流盘偏转角 柱塞泵运行时，缸体相对配流盘连续转动，柱塞腔从吸油到排油、再到吸油循环工作，从而实现泵连续供油。当柱塞腔从吸油向排油转变时，柱塞腔内油液压力迅速升高，而当柱塞腔从排油向吸油转变时，柱塞腔内油液压力迅速下降，压力的瞬间突变必然产生压力冲击，造成泵出口压力与流量脉动，并释放出巨大的噪音，所以，柱塞泵配流盘在安装时顺着缸体旋转方向有一小偏转角（该转角通常为3°～8°），如图2-7所示偏转角α。
图2-7 配流盘偏转角（Parker公司Gold cup系列） 由于偏转角的存在，当配流盘上高压配流窗（不包含三角槽部分）与缸底柱塞腔配流窗联通之前，柱塞腔内油液由于柱塞的内缩进行预压缩，从而实现柱塞腔内油液预升压；相反，当配流盘上低压配流窗（不包含三角槽部分）与缸底柱塞腔配流窗联通之前，柱塞腔内油液由于柱塞的外伸产生膨胀，从而实现柱塞腔内油液预卸荷。预升压与预卸荷使得柱塞腔与配流窗联通前，两者间的压差减小，降低了压力突变幅度，从而改善泵出口压力脉动。 配流盘偏转角在一定程度上降低了压力脉动和泵噪音等级，但是考虑到配流盘偏转角安装角度恒定，且安装后不再调整，而泵斜盘角度和输出压力是不断变化的，所以实际工作中无法很好的主动掌控柱塞腔预升压和预卸荷幅度。对于特定的泵，偏转多少度，需要大量的试验，从而确定出最佳值。 2.4 配流盘阻尼槽（孔） 上节讲到，配流盘偏转角目的在于改善泵压力脉动，但是其效果有限。配流盘过渡桥上还需布置阻尼槽（孔）进一步改善压力脉动，图2-4 中a、c图配流盘为阻尼槽构造，b、d图配流盘为阻尼孔构造。当缸体柱塞腔从吸油向排油过渡时，不管是阻尼槽还是阻尼孔其作用都是在配流盘上配流窗与柱塞腔联通之前，先通过很小的阻尼通道将两者联通，通过配流窗向柱塞腔反充油液，辅助柱塞腔升压，如图2-8所示。
图2-8 配流盘结构图（a）阻尼孔式；（b）阻尼槽式 目前很多泵在阻尼孔式的基础上，增加一预压缩容腔（国外称之为Ripple chamber或者Pre-compression volume）,并将阻尼孔和预压缩腔联通，如图2-9所示。先通过预压缩容腔对柱塞腔充油，进一步减小了柱塞腔与配流盘上高压配流窗联通前的压差，极大地降低了压力脉动。预压缩容腔通常设置在泵后盖上，如图2-10所示。
图 2-9 预压缩容腔工作原理
图 2-10 预压缩容腔 2.5 配流副遮盖 配流盘过渡桥分为两部分，一部分为密封区，起隔离两侧配流窗作用，另一部分为预升压区（预卸荷区）。如图2-11所示，密封区在配流窗分布圆上的弧长称为密封区长度，标记为SP，缸体底部配流窗的长度标记为Sc。当SP>Sc时，称为正遮盖；当SP=Sc时，称为零遮盖；当SP<Sc时，称为负遮盖。 关于遮盖参数对泵特性有何影响，笔者尚未找到相关实验结果，但是，泵通常都采用负遮盖（马达多采用零遮盖或正遮盖）。笔者认为，若泵采用正遮盖，柱塞腔会存在一个死区，由于柱塞腔容积的变化，容易造成压力冲击；若采用负遮盖，当缸体配流窗运转到配流盘过渡桥上时，配流盘上高、低压配流窗联通，可消除闭死容积，但是必然会牺牲效率。 遮盖量的大小，对泵噪音等级、压力脉动、效率都有影响，特定的泵遮盖量参数需要通过试验进行研究。
图 2-11 缸体底面结构图 2.6 常用斜盘式轴向柱塞泵配流副结构概述 国内外生产斜盘式轴向柱塞泵的厂家很多，不同厂家柱塞泵、同一厂家不同系列、甚至同一系列不同规格其配流副构造不尽相同，但考虑到配流副主体构造有相似性，下文将以国内市场上较常用的几款泵为例，讲述配流副的一些特点。 2.6.1 Rexroth公司A11VO95/1液压泵 图2-12为Rexroth公司A11VO95/1柱塞泵配流副相关图片。该泵为右旋，采用球面配流；配流盘正面无辅助支承带，低压到高压过渡桥上两个阻尼孔均与高压配流窗联通，高压到低压过渡桥上阻尼孔与壳体联通，配流盘背面有密封带、泄油槽和定位销孔；缸体底面为光面，缸体基体为钢，底面烧结铜层；后盖表面为光面，无密封带和泄油槽。 高压到低压过渡桥上阻尼孔与壳体想通，可通过壳体对柱塞腔反充油，降低气蚀损伤，此外，柱塞腔的气泡也可通过该孔排到壳体。
图2-12 Rexroth公司A11VO95/1系列柱塞泵配流副 （a）配流盘正面；（b）配流盘背面；（c）缸体底面；（d）后盖表面 2.6.2 Rexroth公司A10VO45/31液压泵 图2-13为Rexroth公司A10VO45/31系列柱塞泵配流副相关图片。该泵为右旋，采用平面配流；配流盘正面、背面均为光面，低压到高压过渡桥上阻尼槽与高压配流窗联通，高压到低压过渡桥上阻尼槽与低压配流窗联通；缸体底面布置有密封带，缸体基体为球铁材质；泵后盖表面布置有密封带和泄油槽。 低压到高压过渡桥三角槽内部有一小阻尼孔，将高压油引入背面，对背面与后盖接触区强制润滑，降低配流盘蠕动磨损。
图2-13 Rexroth公司A10VO45/31系列柱塞泵配流副 （a）配流盘正面；（b）配流盘背面；（c）缸体底面；（d）后盖表面 2.6.3 Rexroth公司A4VG71/32液压泵 图2-14为Rexroth公司A4VG71/32柱塞泵配流副相关图片。该泵为右旋，用于闭式液压系统，采用球面配流；配流盘正面无辅助支承带，两处过渡桥上均有两个三角槽，其中顺着泵旋向布置的三角槽尺寸较大，配流盘背面有密封带、泄油槽和定位销孔；缸体底面为光面，缸体基体为钢，底面烧结铜层；泵后盖表面为光面。
图2-14 Rexroth公司A4VG71/32系列柱塞泵配流副
图2-14 Rexroth公司A4VG71/32系列柱塞泵配流副 （a）配流盘正面；（b）配流盘背面；（c）缸体底面；（d）后盖表面 2.6.4 Parker公司金杯（GOLD CUP Series）系列液压泵 图2-15为Parker公司金杯系列柱塞泵（型号规格未知）配流副相关图片。该泵为右旋，用于闭式液压系统，采用平面配流；配流盘正面有外辅助支承带，过渡桥上的三角槽与相邻配流窗联通；缸体底面镶嵌三层复合衬板，依次为钢层、铜层和非金属涂层，铜层表面的非金属涂层具有减磨作用，进一步降低摩擦系数。
图2-15 Parker公司金杯系列柱塞泵配流副 2.6.5 Hawe公司V30D160液压泵 图2-16为Hawe公司V30D160柱塞泵配流副相关图片。该泵为右旋，采用平面配流；配流盘正面布置有外辅助支承带，低压到高压过渡桥上有两个阻尼槽，长阻尼槽与高压配流窗联通，短阻尼槽与低压配流窗联通，高压到低压过渡桥上阻尼槽与低压配流窗联通；缸体底面镶嵌双金属衬板，衬板钢面与缸底配合，衬板铜面与配流盘配合；缸体基体为钢质。 配流盘上靠近高压配流窗的辅助支承上布置有润滑油槽，润滑油槽与高压配流窗联通，对该处接触面强制润滑。衬板铜面上与配流盘密封带接触处分布有润滑油眼，对密封带强制润滑。
图2-16 Hawe公司V30D160柱塞泵配流副 （a）衬板钢面；（b）衬板铜面；（c）配流盘正面；（d）配流盘背面；（e）缸体；（f）后盖 2.6.6 Danfoss公司S90R075系列液压泵 图2-17为Danfoss公司S90R075柱塞泵。该泵为右旋，用于闭式液压系统，采用平面配流；配流盘两面均为光面，两处过渡桥上均有两个三角通槽，其中顺着泵旋向布置的通槽尺寸略大；缸体底面布置有密封带和外辅助支承带，缸体基体为钢质，底面熔铸铜层；泵后盖表面布置有密封带和泄油槽。 该泵配流盘两个表面均氮化，左旋泵与右旋泵配流盘完全相同，将下图中右旋配流盘翻转即为左旋配流盘。
图 2-17 Danfoss 公司 90R075 柱塞泵配流副 文章来源创： iHydrostatics静液压 作者 辛晓升
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