轴向柱塞泵的改进设计.docx
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轴向柱塞泵的改进设计
提要
液压泵作为液压传动中的一个重要动力装置，在当今工业社会有着相当大的需求量。
本文所提到的63CY14-1B型轴向柱塞泵就是其中较常见的一类液压泵。
作者通过对作者工作单位——邵阳维克液压有限责任公司，2005-2006年的泵的销售情况讲行调查统计，发现：
63CY14-1B型轴向柱塞泵是现在重多使用频率较高的液压泵中的一类。
因而选择此型号泵进行改进。
本文先从液压泵的基本原理入手，并结合63CY14-1B型轴向柱塞泵自身的特点，相比较介绍，让读者对液压泵有一个初步的认识。
然后，分析对于63CY14-1B型轴向柱塞泵哪些地方需要改进？
而这些地方与哪些因素有关联？
逐步的说明，改进设计的由来，及其设计步骤。
本次对63CY14-1B型轴向柱塞泵的改进，主要是从降低噪音入手。
而对于影响63CY14-1B型轴向柱塞泵噪音的3个摩擦副：
缸体与配油盘的摩擦、变量头与滑靴的摩擦、柱塞与柱塞孔的摩擦。
又找出主要摩擦——缸体与配油盘的摩擦，进行改进。
经过实验发现，配油盘上的鼠尾的长度直接影响泵的噪音，于是作者对配油盘上的鼠尾长度经过一系列的实验，最后找到了比较合适的尺寸。
在上面所讲的系列实验中，主要采取对比的方法来做。
选取了几组缸体与配油盘进行对比实验。
本文主要的优点，就是一切从生产实践与试治实验出发，具有很好的应用前景和较好的经济价值。
SUMMARY
Thehydraulicpumphassizabledemandinnowadaysindustrialsocietyasanimportantmotiveequipmentinhydraulictransmission.Model63CY14-1Baxialcolumnthistextmentionfillinpumprelativelycommonfirsthydraulicpumpamongthem.Theauthorpassesauthor'sofficecorrectly--ShaoYangweikeHydraulicCompany,Ltd.salessituationofpumpfor2005-2006yearspeakconductinvestigationcount,find:
Model63CY14-1Baxialcolumnfillinpumpserioustousemoreonekindofhigh-frequencyhydraulicpumpnow.Thereforechoosethistypepumptoimprove.
Thistextproceedswithbasicprincipleofthehydraulicpumpfirst,combinethecharacteristicoffillinginpumpofaxialcolumnofModel63CY14-1B,comparetheintroduction,letreadershaveapreliminaryunderstandingtothehydraulicpump.Thenanalyze,filltoModel63CY14-1Baxialcolumnwhatplaceneedimprovementpump?
Andwithwhatfactorstohavesomethingtodowithanduniteintheseplaces?
Theexplanationprogressively,theorigindesignedinimprovement,anddesignthestep.
FillaxialcolumnofModel63CY14-1Bintheimprovementofthepumpthistime,mainlystartwithreducingthenoise.Andfillin3ofthepumpnoisetorubpairininfluencingtheaxialcolumnoftheModel63CY14-1B:
Withmixoilfriction,variableheadandslipperyfriction,columnofbootsofrecordfillinwithcolumnfrictiontofillholecylinderblock.Findoutmainfrictionagain--Cylinderblockandmixingthefrictionoftheoilone,improve.Findexperiment,mixoilmouselengthoftailofplateinfluencenoiseofpumpdirectly,thentheauthorpassesaseriesofexperimentstothetaillengthofmousemixedontheoilplate,foundthesizesuitablefinally.Amongserialexperimentabovespeak,methodcomparedwithtotakemakemainly.Chooseseveralgroupcylinderblockwithmixoilrecordgoonexperimentofcomparingwith.
Mainadvantageofthistext,allhaveverygoodapplicationprospectandbettereconomicworthfromproductionpracticeswithtryingmanagingtheexperimentandsettingout.
内容提要………………………………………………………………I
SUMMARY………………………………………………………II第1章前言……………………………………………………1
第1.1节课题提出的背景和意义………………………………1
1.1.1、课题目研究背景……………………………………………1
1.1.2、课题来源、目的和意义……………………………………1
第1.2节国内外研究开发水平和发展趋势………………………3
第1.3节课题研究目标……………………………………………4
1.3.1、研究内容……………………………………………………4
1.3.2、主要研究成果………………………………………………4
第2章液压泵的原理与计算………………………………………5
第2.1节液压泵的原理与分类……………………………………5
2.1.1、液压泵的传动与工作原理…………………………………5
2.1.2、液压泵的分类………………………………………………6
第2.2节液压泵的性能参数………………………………………6
2.2.1、压力…………………………………………………………6
2.2.2、排量与流量…………………………………………………7
2.2.3、功率和效率…………………………………………………7
第2.3节轴向柱塞泵的名称由来与特点………………………8
2.3.1、名称的由来……………………………………………………8
2.3.2、特点…………………………………………………………8
2.3.3、型号…………………………………………………………10
第3章泵的噪音来源与改进………………………………………13
第3.1节噪音来源分类……………………………………………13
3.1.1、人为噪音…………………………………………………13
3.1.2、非人为噪音…………………………………………………13
第3.2节摩擦副影响因素…………………………………………14
3.2.1、缸体与配油盘的摩擦………………………………………14
3.2.2、变量头与滑靴的摩擦………………………………………14
3.2.3、柱塞与柱塞孔的摩擦………………………………………15
3.2.4、零件材料的选择……………………………………………15
3.2.5、摩擦引起噪声的原因………………………………………15
3.2.6、怎样减小摩擦来降低噪声……………………………………16
第3.3节噪声改进方法……………………………………………17
3.3.1、泵的降噪措施………………………………………………17
3.3.2、改进噪声的试验……………………………………………17
第4章轴向柱塞泵结构改进前后…………………………………22
第4.1节结构与工艺的改进………………………………………22
第4.2节进口泵与本土泵的比较……………………………………22
第4.3节结构改进方向…………………………………………22
4.3.1、主要改进点…………………………………………………22
4.3.2、次要改进点…………………………………………………23
4.3.3、新旧特性对比……………………………………………………23
4.3.4、新旧噪音曲线对比…………………………………………23
4.3.5、技术参数对比……………………………………………24总结………………………………………………………………25
参考文献…………………………………………………………26
致谢……………………………………………………………28
第1章前言
第1.1节课题提出的背景和意义
1.1.1、课题的研究背景
当今国内的工业社会，尚处于发展阶段，所以中、重型工业占主导地位。
而液压传动因其自身独特的特点被大量应用于各中、重型业中。
液压泵作为液压传动的一个主要动力结构，自然对其的需求量很大。
CY14-1B型轴向柱塞泵是目前国内使用较多的一类液压泵。
因其市场广阔，所以对其有开发研究有着不错的前景。
1.1.2、课题的来源，目的和意义
邵阳维克液压有限责任公司以液压泵、液压阀、及液压系统为公司生产项目。
液压泵——CY型轴向柱塞泵的生产量，在全国处于领先地位。
所以，再加上该公司有一二十年的经营生产经验，给本次设计提供了很好的实际生产经验基础。
本次改进的设计有相当一部分来源于邵阳维克液压有限责任公司，为设计缩短了时间，提高了效率，更增加其实效性。
邵阳维克液压有限责任公司液压泵近两年来销售的情况如表1.1所示：
表1.12006年1月至4月的泵销售情况统计
数型
号
量
月份
1.25
ml/r
2.5ml/r
10ml/r
13ml/r
25ml/r
32ml/r
40ml/r
63ml/r
80ml/r
160ml/r
250ml/r
1
63
719
11
11
2
98
338
260
2
3
1359
291
185
268
4
1557
195
合计
63
98
719
11
1697
291
185
1825
195
271
2
续表1.12005年全年的泵销售情况统计
数型
号
量
月份
1.25
ml/r
2.5ml/r
10ml/r
13ml/r
25ml/r
32ml/r
40ml/r
63ml/r
80ml/r
160ml/r
250ml/r
1
13
144
20
257
221
24
17
2
2
328
91
9
285
31
10
3
8
15
117
19
251
17
236
34
41
4
14
22
173
422
4
192
29
38
5
1
24
88
24
137
19
131
22
4
6
11
148
2
248
34
253
37
45
7
3
5
116
317
8
188
33
26
8
19
117
168
6
1
203
47
52
9
2
11
69
206
9
14
240
34
23
10
2
4
88
30
118
23
11
376
14
23
11
1
36
125
1
136
12
9
164
57
51
12
10
4
168
162
31
3
124
90
21
合计
62
457
1444
76
2422
172
38
2613
452
351
由表1.1可以看出，25CY14-1B和63CY14-1B销售形势最好，所以如果在这两种型号上进行技术改进，提高其性能，那么泵的销售量一定会更高一些。
本论文研究销售形势最好的63CY14-1B泵的结构和性能，并对其进行改进。
这次改进的目的，是为了配合公司的技术创新，同时也为锻炼自己的设计水平。
小平同志说过：
“实践是检验一切理论知识正确性的唯一途径。
”自己在邵阳维克液压有限责任公司工作了将近半年时间，在学校学了四年的基础及专业知识，学得怎么样，通过这次设计的检验，可以找出自己的优缺点。
发扬优点，改正缺点，才能让自己不断的学习、不断的成长，以适应当今迅速发展的社会，而不被淘汰。
质量是企业的第一生命！
一个企业要发展，最重要的是公司产品质量能够让用户满意。
公司提高产品的生产效率，增加产品的产量，无非是想降低社会必要劳动时间，以达到降低劳动成本，从而降低商品价格的目的。
由于各公司之间相互竞争，所以都在不断降低价格，但是，由于人力、物力等多方面因素的影响，不可能无限制的降低价格来提高产品的市场竞争力。
当同行的各公司都把价格降为公司最低的时候，质量就成为最有力，也最可行的竞争手段。
而质量又可以分为产品质量以及售后服务质量两种。
技术创新，属于提高产品质量一种有效有手段。
本次设计，对63CY14-1B型泵的改进，就是从降低噪音，提高性能来着手，以提高公司泵的质量，提高市场竞争力。
第1.2节国内外研究开发水平及发展趋势
机械传动、电气传动、液压传动及气压传动是目前工业中最常用的几种传动方式。
而液压传动因其工作压力高、传输功率与执行机构的重量比较大、可以无级变速等特点，现在被广泛地应用于各种工程机械之中。
而液压传动中一个很重要的能量转化元件——液压泵，更是应用之广泛。
邵阳维克液压有限责任公司是全国最大产量的轴向柱塞泵公司，去年的泵的销售额达七八千万，并不断的提高，今年预计销售额达到近一亿。
可见现在工业市场对于泵的需求量是相当大的。
但是，每年返回三包的泵的数量也不少，公司泵的在三包服务在一年以内。
而国外的进口泵（主要以美国和德国为主），一般三包时间都在三四年以内，有的甚至更长。
这也就是，为什么进口泵能够在价格上高于国内价格的几倍，甚至十倍的原因所在。
另外在外型上来讲，进口泵更加美观、更加轻巧便利。
因此，在国内，对于泵的改进是必需的，而且还有相当长的路要走。
同行业中，北京华德液压由于引进了德国进口低噪音和高性能泵技术，在泵的生产及销售中跑到了前面，他们生产的泵虽然价格昂贵，但是以低噪音、高性能以及外表美观而著称[1]。
在国外，美国PVB轻型高性能泵与西德的CY系列低噪音及高性能泵，处在世界领先地位，我们国内的很多液压厂家，都各自的引进了相关的技术，发展生产。
但由于技术力量的薄弱，在质量与外观上，缺乏竞争力。
据了解，现在国内有很多私营企业，宁愿花高价从国外购置高价的进口泵，也不愿意尝试国内的“本土泵”。
所以，国内泵的发展趋势就是低噪、轻型及高性能。
谁能更快更早的掌握这种技术，谁就能在同行业中拥有最强的竞争力，最广的市场，最高的利润。
第1.3节课题研究目标
本次设计为了降低63CY14-1B型泵的噪音、减少原材料以及提高各方面的性能，以CY泵中的三个摩擦副特别是配油盘上的鼠尾为突破口，基础理论问题为背景开展研究。
为63CY14-1B型泵的进一步开发建立起坚实的理论基础。
1.3.1、主要研究内容
（1）泵的基本工作原理分析
（2）CY型泵的工作原理分析
（3）噪音来源的分析
（4）改进后的泵实验分析
1.3.2、主要研究成果
（1）通过基本原理分析，绘制出原理图，详细形象的讲述了泵是如何工作的。
其原理适合所有泵。
（2）通过对CY型泵的工作原理分析,结合原理图,对照普通的原理，更详尽的说明了它的具有的个性特点，为后面讲解如何降噪等举措做了准备。
（3）经过对噪音来源的分析,找出了影响泵噪音的两类因素。
然后针对各类因素，进行改进设计，使得设计有一定的条理性，不至于让人感到混乱不清。
（4）对所有的改进而进行的实验,验证以上理论以及结构的改进是科学和合理的。
而且还具有很强的可操作性（因为可以直接拿来用于实际工作生产）。
第2章液压泵的原理与计算
第2.1节液压泵的原理与分类
2.1.1、液压泵的传动和工作原理
液压传动原理：
液压传动技术的发展与流体力学的理论研究有着密切的关系，液压传动技术的工作原理就是流体力学中的一个原理，称为巴斯噶原理。
巴斯噶原理。
内容如下：
（1）作用在密封容器中的静止液体的一部分上的压力，以相等的压力传递到液体的所有部分
（2）压力总是垂直作用于液体内的任意表面的
（3）液体中各点的压力在所有的方向上都相反
液压泵是液压系统的主要元件，同时也是液压传动一个不可缺少的能量转换装置。
液压泵是将原动机的机械能转换成工作液体的压力能，在液压系统中，液压泵作为动力源提供液压传动所需的流量和压力。
它的工作原理是：
靠密封的工作容积发生变化而进行工作，属于容积式泵。
液压泵的工作原理如图2.1所示：
1-缸体2-偏心轮3-柱塞
4-弹簧5-吸油阀6-排油阀
A-偏心轮下死点B偏心轮上死点
图2.1液压泵的工作原理图
该泵体由缸体1、偏心轮2、柱塞3、弹簧4、吸油阀5和排油阀6等组成。
缸体1固定不动；柱塞3和柱塞孔之间有良好的密封，而且可以在柱塞孔中作茧自缚轴向运动；弹簧4总是使柱塞顶在偏心轮2上。
吸油阀5的右端（即液压泵的进口）与油箱相通，左端与缸体内的柱塞孔相通，左端（即液压泵的出口）与液压系统相连。
当柱塞处偏心轮的下死点A时，柱塞底部的密封容积最小；当偏心轮按图示方向（顺时针）旋转时，柱塞不断外伸，密封容积不断扩大，形成真空，油箱中的油在大气压的作用下，推开吸油阀内的钢球而进入密封容积，这就是泵的吸油过程，此时排油阀内的钢球在弹簧的作用下，将出口关闭；当偏心轮转至上死点B点时，柱塞但出缸体最长，柱塞底部的容积最大，吸油过程结束。
偏心轮继续旋转，柱塞不断压缩，密封容积不断缩小，其内的油液受压，吸油阀关闭，并打开排油阀，将油液排到液压泵出口，输入液压系统；当偏心轮转至下死点A与柱塞接触时，柱塞底部密封容积最小，排油过程结束。
偏心轮不断的旋转，就能让液压泵不断进行吸油与排油的动作，从而为液压系统提供所需的流量与压力[2]。
通过上述的工作过程的分析,可以得出所有液压泵工作的必要条件：
（1）吸油腔与压油腔要互相分隔开，并且有良好的密封性。
当柱塞上移时，排油阀6以右为吸油腔，以左为压油腔，两腔由排油阀隔开；当柱塞下移时，吸油阀5以左为压油腔，以右为吸油腔，两腔由吸油阀5隔开。
（2）由吸油阀容积扩大吸入液体；靠压油腔容积缩小排出（相同体积的）液体。
即靠“容积变化”进行工作。
（3）吸油腔容积扩大到极限位置后，先要与吸油腔切断，然后再转移到压油腔中来；压油腔容积缩小到极限位置后，先要与压油腔切断，然后再转移到吸油腔中来。
2.1.2、液压泵的分类
按液压泵中主要运动构件的形状和运动方式来分，有齿轮泵、螺杆泵、叶片泵、轴向柱塞泵、径向柱塞泵等类型。
本论文主要研究讨论63CY14-1B型轴向柱塞泵。
第2.2节液压泵的性能参数
2.2.1、压力p（单位Pa）
（1）吸入压力：
泵进口的压力。
（2）额定压力：
在正常工作条件下，按试验标准连续运转的最高压力。
（3）最高允许压力：
按试验标准规定，超过额定压力允许短暂运行的最高压力。
（4）工作压力：
泵实际工作的压力。
在实际工作中，泵的压力是随负载而定的。
2.2.2、排量和流量
（1）排量V：
泵每转一弧度，由几何尺寸计算而得到的排出液体的体积，称为泵的排量（m3/rad或ml/rad）
（2）泵的理论流量qt：
在不考虑泄漏的情况下，泵在单位时间内排出的液体体积，称为泵的理论流量。
设泵的角速度为ω（rad/s）[转速为n（r/min）],则
qt=ωV（m3/s）（2.1a）
或qt=2πnV/60（m3/s）（2.1b）
（3）泵的瞬时流量qsh：
每一瞬时的流量，称为泵的瞬时流量（m3/s）。
一般指泵的瞬时理论流量。
（4）实际流量q：
泵工作时实际排出流量，称为泵的实际流量。
它等于泵的理论流量qt减去泄漏、压缩等损失的流量△q（m3/s），即
q=qt-△q（m3/s）（2.2）
通常称为容积损失，它与工作油的粘度、泵的密封性及工作压力等因素有关，如图2.2所示[3~4]。
（5）额定流量qn：
泵在额定压力和额定转速下输出的实际流量，称为泵的额定流量（m3/s）。
2.2.3、功率和效率
（1）理论输入功率Prt：
用理论流量qt（m3/s）与泵的进出口压差△p（N/m3）乘积来表示，即
Prt=qt·△p（N·m/s）（2.3）
图2.2泵的流量q与工作压力p的关系
（2）实际输入功率Pr：
实际驱动泵轴所需的机械功率，称为泵的实际输入功率。
设实际输入转矩为T（N·m），输入角速度为ω（1/s）[转速为n（r/min）]，则
Pr=ωT（N·m/s）（2.4a）
或Pr=2πnT/60（N·m/s）（2.4b）
（3）理论输出功率Pt：
用理论流量qt与泵的进出口压力差△p的乘积来表示，即
Pt=qt·△p（N·m/s）（2.5）
（4）实际输出功率P：
用实际流量q与泵的进出口压力差的乘积来表示，即
P=q·△p（N·m/s）（2.6）
（5）容积效率ηv：
泵经过容积损失（△q）后的实际输出功率与理论功率之比，称为容积效率，即
ηv=P/Pt=q·△p/qt·△p=q/qt=1-△q/qt（2.7a）
或q=qtηv（2.7b）
（6）机械效率ηm：
泵的理论输出功率与实输出功率之比,称为泵的机械效率,即
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