海水淡化轴向柱塞泵滑靴副的结构设计
纯水轴向柱塞泵滑履的静压支承设计
式 （） １ 和式 （ ） ， 为 压 降 系数 ， ２中 ｈ为 液 膜 厚 度 ， 为 阻尼 孔 长 ， 。 阻 尼 孔 直 径 ， 为 滑 履 半 径 ， 为 滑 ｄ 为 Ｒ。 Ｒ 履 的 分 布 圆半 径 ，。 内 油 室 半 径 ， 为 水 的 动 力 粘 ，为 一 ／ １ 度， 户为 泵 的 工 作 压 力 ， ”为 泵 的 转 速 ． 滑 履 受 力 理 想 模 型 如 图 １所 示 ．
陈 远 玲 ，周 华 ，杨 华 勇
（ ．广 西 大 学 机 械 工 程 学 院 ，广 西 南 宁 ５ ０ ０ ； １ ３ ０ ４
２ ．浙 江 大 学 流 体 传 动 及 控 制 国 家 重 点 实 验 室 ，浙 江 杭 州 ３ ０ ２ ） １ ０ ７
摘 要 ： 纯 水 轴 向 柱 塞 泵 滑 履 摩 撩 副 的 最 佳 水 膜 厚 度 进 行 了计 算 和 分 析 ． 果 表 明 ． 水 轴 向 柱 塞 泵 滑 履 摩 擦 副 对 结 纯 不 宜采 用 完全 平衡 型静 压支 承 设计 ．对 纯水 轴 向柱 塞泵 滑履 的结 构 参数 和 材料进 行 了设计 分 析． 关 键 词 ：水 压 泵 ； 压 支 承 ；滑 履 静
图 １ 滑 履 受 力 理 想 模 型
Ｆｉ ｇ．１ Ｆｏｒ ｅ ａ ｃ ｎａｌ ｉ ｏｄｅ ｌｐｐ ｙｓ ｓ ｍ ｌｏｆｓ ｉ ｅｒ
实 现 容 积 损 失 和 摩 擦 损 失 之 和 最 小 的 液膜 厚 度
即最 佳 液 膜 厚 度 ｈ为
考 虑 到 滑 靴 的 压 紧 力 变 化 幅 度 不 大 ， 为 了 减 且 小 滑 靴 的 尺 寸 ， 设 计 中 取 一 ０ ８ 在 ． ～０ ９ Ｒ。 增 ．． ／ 大 ， 漏 流 量 减 小 ， 滑 靴 的 外 径 要 增 大 ， 般 取 泄 但 一
轴向液压柱塞泵的柱塞和滑靴设计中的一些问题
多， 如柱 塞 泵 的柱 塞 卡 死 、 滑 靴磨 损 等 问题 在 使用 中经
常发 生 ． 除 了有 一 些 客 观原 因外 ， 有 些 问 题是 设计 原 始
作者 简 介 ： 梁娟 （ １ ９ ７ １ 一） ， 女， 辽宁大连人 ， 高级工程 师 ， 硕士 ， 主要从事液
压 产 品研 制 。
轴 向液压柱塞泵 的柱 塞和滑靴设计 中的一些 问题
梁
摘
娟． 黄 栋 源
２ １ ０ ０ ０ ２ ）
（ 南 京金 城 液压 工程 有 限公 司 ， 江苏 南京
Hale Waihona Puke 要： 文 章 描 述 了 如 何 确 定 柱 塞 和 滑 靴 的一 些 重要 尺 寸 。 也 解 释 了设 计 和 产 品 中的 一 些 问 题 。
量（ 通径 ） 卸压 阀， 卸 压 阀 由二 通 插 装 阀和 先 导 控 制 电
考
文 献
［ １ １ 陈路． 新 编 锻 压 精 密 技 术 实用 手册 ［ Ｍ 】 ． 北京 ： 北 京 科 海 电子 出 【 ２ 】 裴 学智． 液压 冲击 消除措施 的探讨 与应 用［ Ｊ ］ ． 液 压 气 动 与 密
状 态不 完善 ． 这是 多方 面原 因造 成 的。近 年来 我们对 多 种 型 号 国内外 轴 向柱塞 泵 产 品 的柱 塞 和 滑靴 的图纸 尺
及 噪声 的 大小 与 瞬 时打 开 管道 的直 径大 小 有 关 ．开 启
的卸 压 口径 越 大 ． 卸 压 冲击 力 和 噪声 越 大 ． 而 卸压 时间 越 短 。多 点 、 小 流 量快 速卸 压技 术是 通过 将一 个 大 口径
锻 造 液 压 机 的锻 造 频 次 ．减 少 了在 工 作 过程 中的 液压 冲击 和 噪声 ．降 低 了机 器 故 障率 。并 具 有调 试 方便 简 单， 维 护成 本 低 ， 可靠 性 高 的优 点 。
斜盘式轴向柱塞泵的结构分析与设计
浮动缸体
浮动式配流盘
八、配流盘和缸体的自位结构
八、配流盘和缸体的自位结构
泵的加工、装配误差可能造成缸体端面与配流盘不平行。对通轴式斜盘泵来讲，主轴的挠曲变形也有可能造成缸体倾斜。为了使缸体和配流盘能很好贴紧，在结构上可采用自位措施，使配流表面能自动适应缸体端而的微量倾斜。 球面配流 浮动缸体 浮动式配流盘
八、配流盘和缸体的自位结构
缸体的参数设计
1
确定斜盘倾角、柱塞直径、柱塞数量和柱塞分布园直径
2
根据驱动转矩设计泵轴直径（先估算 ）
3
缸体的强度计算
4
找最小壁厚：柱塞孔与缸体外圆之间的壁厚、 柱塞孔与缸体内圆之间壁厚，柱塞孔与柱塞孔之间的壁厚。
5
缸体
九、关键零部件的设计
柱塞的设计
当 时，
2、配流盘与缸体间流场的作用力
五、缸体的受力分析
柱塞与缸体 斜盘对柱塞的作用力： 轴向力由液压力平衡 侧向力造成缸体倾斜（缸体与配流盘之间出现楔形缝隙，泄漏增大，加剧缸体与配流盘之间的磨损） 侧向力还造成柱塞与缸体之间的磨损
六、滑靴副的结构
两种设计思想： 静压支承原理 剩余压紧力原理
六、滑靴副的结构
2-6 轴向柱塞泵的设计问题
柱塞运动学分析
流量脉动
困油问题
柱塞滑靴的受力分析
缸体的受力分析
滑靴副的结构
配流盘的结构
配流盘和缸体的自位结构
关键零部件的设计
主要零件的材料与技术要求
一、柱塞运动学分析（参考《液压元件》） 滑靴在旋转过程中，由于离心力的作用，滑靴对于斜盘产生的压紧力将偏离滑靴的轴线。在此力所引起的摩擦力的作用下，滑靴、柱塞在运动中会产生绕自身轴线的旋转运动，转动的快慢取决于旋转摩擦力的大小。但这一自旋可以改善滑靴底部的润滑，对减小摩擦、改善磨损和提高效率均有利。
一种轴向柱塞泵的结构设计及其造型 设计说明书
毕业设计说明书题目名称：一种轴向柱塞泵的结构设计及其造型院系名称：机电学院班级：机自XX 学号： XXXXXXXXXXXXX 学生姓名： XXXXXXX 指导教师： XXXXXX2012年6月摘要斜盘式轴向柱塞泵是液压系统中的主要部件，它是靠柱塞在柱塞腔内的往复运动，改变柱塞腔内容积实现吸油和排油的，是容积式液压泵。
对于斜盘式轴向柱塞泵，柱塞、滑靴、配油盘、缸体是其重要部分。
柱塞是其主要受力零件之一；滑靴是高压柱塞泵常采用的形式之一，它能适应高压力高转速的需要；配油盘与缸体直接影响泵的效率和寿命。
由于配油盘与缸体、滑靴与柱塞这两对高速运动副均采用了一静压支承，省去了大容量止推轴承，因此它具有结构紧凑、零件少、工艺性好、成本低、体积小、重量轻、比径向泵结构简单等优点。
由于斜盘式轴向柱塞泵容易实现无级变量、维修方便等优点，因而斜盘式轴向柱塞泵在技术经济指标上占很大优势。
关键词:斜盘,柱塞泵,轴向An axial piston pump structure design and modellingABSRACTThe inclined dish type and axial pump with a pillar is a main part in liquid press system，The inclined dish type and axial pump with a pillar is a back and forth movement by pillar to fill the inside of the pillar cavity，in order to change the pillar fills the contents of cavity to realize the oil of inhaling with line up oily，Is a capacity type liquid to press the pump .Fill to pillar to pump for the inclined dish type stalk the pillar fill, slip the boots and go together with the oil dish an is its importance part. The pillar fills is it suffer the one of the dint spare parts primarily. The slippery boots is one of the form that high pressure pillar fill the pump to often adopt. It can adapt to the high demand turning soon in high pressure dint, go together with the oil dish and the efficiency of the direct influence in a pump with life span. Because of going together with the oil dish fills ,pillar and a slippery boots these two rightness of high speeds the sport the vice- all adopting a the static pressure accepts. The province went to the big capacity push the bearings, have the construction tightly packed, the spare parts is little, the craft is good, the cost is low, the physical volume is small, the weight is light, comparing the path face to pump the construction simple etc. Because the inclined dish type stalk fills to pillar the pump to realizes to have no easily the class changes the deal, maintain convenience and so on.Key words：The Inclined Dish Pillar Pump Axial Pump目录摘要 (1)ABSRACT (2)前言 (4)1 直轴式轴向柱塞泵工作原理与性能参数 (6)1.1 直轴式轴向柱塞泵工作原理 (6)1.2 直轴式轴向柱塞泵主要性能参数 (6)1.2.1 排量、流量、容积效率与结构参数 (7)1.2.2 扭矩与机械效率 (8)1.2.3 功率与效率 (8)2 直轴式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 (10)2.1 柱塞运动学分析 (10)2.1.1 柱塞行程S (10)2.1.2 柱塞运动速度分析 V (11)2.1.3 柱塞运动加速度a (11)2.2 滑靴运动分析 (12)2.3 瞬时流量及脉动品质分析 (13)2.3.1 脉动频率 (14)2.3.2 脉动率 (14)3 柱塞泵主要部件的设计与受力分析 (16)3.1 柱塞设计与受力分析 (16)3.1.1柱塞结构形式 (16)3.1.2 柱塞结构尺寸设计 (16)3.1. 3 柱塞受力分析 (17)3.2 滑靴设计 (20)3.2.1 滑靴设计常用剩余压紧力法 (20)3.2.2 滑靴结构型式与结构尺寸设计 (21)3.3 配油盘受力分析与设计 (23)3.3.1 配油盘设计 (23)3.3.2 配油盘受力分析 (25)3.3.3 验算比压P、比功Pv (26)3.4 缸体设计 (27)3.4.1 缸体的稳定性 (27)3.4.2 缸体主要结构尺寸的确定 (27)3.5 轴的校核 (29)3.6 中心弹簧的计算 (30)4 变量机构 (34)结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)前言随着工业技术的不断发展，液压传动也越来越广，而作为液压传动系统心脏的液压泵就显得更加重要了。
CY轴向柱塞泵的柱塞滑靴副设计研究
CY轴向柱塞泵的柱塞滑靴副设计研究作者：顾金华来源：《山东工业技术》2016年第22期摘要：CY轴向柱塞泵是典型的斜盘式轴向柱塞泵，柱塞在缸体内作往复运动，在工作容积增大时吸油，工作容积减小时排油。
其主要零部件有柱塞、滑靴、配油盘、缸体。
配油盘与缸体、滑靴与斜盘这两对高速运动副均采用了液压静力平衡（静压支承）的最佳油膜厚度设计，使上述两对运动面之间处在纯液体磨擦下运转，并省去了重型推力轴承，因而它具有结构简单、体积小、效率高、重量轻、噪音低、寿命长、自吸能力强等优点，它适用于锻压机械、机床、船舶、航空、冶金机械、塑料机械、工程机械和矿山机械等液压设备。
关键词：斜盘；柱塞泵；轴向；CY泵DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.0161 CY泵简介CY系列柱塞泵是由济南铸造锻压研究所设计开发的国产泵。
其最主要的结构为三对摩擦副，即缸体与配油盘，滑靴与斜盘，柱塞与缸体。
在1972 年到1980 年的八年时间中，上海高压油泵厂完成了25mL/r 泵的试制改进，启东高压油泵厂完成了250mL/r 泵的试制改进。
1982 年，上海高压油泵厂和启东高压油泵厂的产品均通过了机械部的鉴定，CY泵系列趋于成熟。
它在当时的液压泵中属于上乘产品。
CY泵的结构如图1所示。
柱塞的球头通过模具铆压在滑靴内，回程盘通过压紧弹簧推钢球的力压紧在滑靴上并随着滑靴柱塞组转动。
在排油时柱塞通过斜盘的推力实现运动；在吸油时依靠回程盘的压紧力加上滑靴的油膜吸力而使滑靴不脱离斜盘。
主轴通过特殊公差的矩形花键在只承受转矩的情况下带动缸体旋转，缸体与柱塞行成的密封腔通过配油盘与泵体的进出油口相通，随着主轴的转动，柱塞作连续的往复运动，液压泵就实现了连续的吸油和排油。
2 CY泵柱塞滑靴副分析CY泵滑靴的受力情况比较复杂，不仅要承受压紧力，还要承受离心力，倾覆力。
2.1 静压支承的概念液体静压支承是靠外部的压力油供给给摩擦表面，借助液压静压力来承载载荷，如果这个承载力与载荷相平衡，会形成一层润滑油膜将摩擦副的工作表面分隔开，我们称之为完全平衡型静压支承。
A11VO190柱塞泵滑靴副摩擦学特性研究与结构优化的开题报告
A11VO190柱塞泵滑靴副摩擦学特性研究与结构优化的开题报告题目：A11VO190柱塞泵滑靴副摩擦学特性研究与结构优化一、研究背景和意义：A11VO190柱塞泵是一种广泛应用于工程机械领域的液压元件，其结构复杂、运转状态恶劣，长期以来一直是国内外研究的热点问题。
其中，滑靴副是影响柱塞泵传动效率和寿命的关键部件之一。
因此，研究滑靴副摩擦学特性并进行结构优化对于提高柱塞泵的性能、降低运转噪音和延长使用寿命有着重要意义。
二、研究内容和技术路线：1、对A11VO190柱塞泵滑靴副的摩擦学特性展开研究，探索滑靴副的摩擦系数、磨损、温度及其变化规律。
2、采用有限元方法建立滑靴副的模型，对滑靴副的结构进行仿真与分析，分析其载荷分布和应力分布情况。
3、根据研究成果，从材料、润滑方案以及结构设计等方面对滑靴副进行优化改进，提高其运转效率和使用寿命。
4、通过实验验证，对优化设计的滑靴副进行性能测试和参数调整，最终得出滑靴副在A11VO190柱塞泵中的最佳运作状态。
三、研究方法和技术路线：1、文献资料法：搜集相关文献，对A11VO190柱塞泵滑靴副的设计方案、材料选择、摩擦学特性及其优化等方面的研究进行总结与整理。
2、仿真分析法：采用有限元分析软件，对滑靴副的结构进行建模和仿真分析，得出载荷分布和应力分布情况。
3、实验测试法：设计实验方案，对优化的滑靴副进行性能测试和参数调整，对研究做出结论。
四、预期成果和意义：1、研究A11VO190柱塞泵滑靴副摩擦学特性，并得出其变化规律。
为滑靴副的进一步优化提供理论依据。
2、优化滑靴副结构，提高其使用寿命和运转效率，为A11VO190柱塞泵的性能提升和降低噪音贡献力量。
3、拓展液压元件的研究领域，为液压系统的稳定性和可靠性提供新的技术支撑。
轴向柱塞泵结构及工作原理(可编辑)
缺点
对液压油的清洁度要求高
轴向柱塞泵对液压油清洁度要求较高，需要 高质量的液压油以防止堵塞或磨损。
成本较高
相对于一些其它类型的泵，轴向柱塞泵的成 本可能较高。
维护需求高
由于其内部结构的复杂性，轴向柱塞泵需要 定期维护和更换磨损部件。
对运行环境敏感
轴向柱塞泵对温度和压力变化敏感，需要在 稳定的运行环境中使用。
03 轴向柱塞泵的工作原理
吸油过程
总结词
吸油过程是轴向柱塞泵的重要环节，通过吸油腔的容积变化实现油液的吸入。
详细描述
在吸油过程中，柱塞在弹簧力的作用下向外移动，使吸油腔的容积增大，产生真 空，油液在大气压的作用下进入吸油腔，充满柱塞孔和缸体的间隙，完成吸油过 程。
压油过程
总结词
压油过程是轴向柱塞泵的核心环节，通过柱塞的往复运动将 油液排出。
定期保养
柱塞和缸体的保养
定期对柱塞和缸体进行清洗，去除积碳和杂质，涂抹润滑脂，以减少磨损。
油封更换
定期更换密封圈和油封，防止油液泄漏。
检查并调整泵的间隙
定期检查并调整泵的间隙，确保泵的正常运行。
清洗油箱
定期清洗油箱，去除油泥和杂质，保持油液清洁。
常见故障与排除方法
油液泄漏
噪音过大
检查密封圈和油封是否损坏，如损坏 及时更换；检查泵体连接处是否松动， 拧紧螺丝。
分类与应用
分类
轴向柱塞泵可分为定量和变量两种类 型。定量泵的排量固定，而变量泵的 排量可以根据需要调节。
应用
轴向柱塞泵广泛应用于各种机械液压 系统中，如挖掘机、装载机、压路机 等工程机械，以及船舶、冶金、石油 化工等领域。
02 轴向柱塞泵的结构
泵体部分
海水淡化轴向柱塞泵滑靴副的结构设计
Ｔｈｅ Ｄｅ ｉ ｎ ｆ ｒ ｔ ｌｐ ｒ Ｐａ ｒ ｏ ｈ ｉ ｌＰｉ ｔ ｎ Ｐｕ ｐ Ｕｓ ｄ ａ ｓｇ ｏ ｈｅ Ｓ ｉ ｐｅ ｉ ｆ ｔ ｅ Ａｘ ａ ｓ ｏ ｍ ｅ ｓ
ｐｓｏ ｕ ａ ｏ ｂ ｄｉ ｅ ａ ｅ ｎ ｔｅｏ ｌ ｎ ． ｅ ｒ ｄ ｎ ａ ｔｓ ｕ ｅ ｉ ｇｆｒ ｅｆｃｏ ｓｓ ｌｅ ｈ ｎｔ ｅｏｌｏ ｅ ｗｈ ｎ ｉｔｎ ｐ ｍｐ ｈ ｓｔ ｅｍｏ ｆ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｉ ｏ ｅ Ｔｈ ｅ ｕ ｄ ｎ ｑ ｅ ｚｎ ｏｃ ａ ｔ ｒｉ ｍａｌｒｔａ ｈ ｉ ｎ ｅ ｉ
ａ Ｈ ｉ ｈ Ｐｒ ｓ ｕ ｅ Ｐｕｍ ｐ ｉ ｅ ｗａ ｅ ｓ ｌ ｔｏ ｇ ｅｓ ｒ ｎ Ｓ ａ ｔ ｒ Ｄｅ ａ ｉ ｉ ｎ ｎａ
Ｚｈ ｉ ｉｎ Ｚｈ ｕ Ｈｕ ａ ａ ｇ Ｊ ｏ ａ
（ ｔｔ ｙＬ ｂ ｏ ｌｉ ｏ ｅ ｒｎｍｉｓ ｎ ａ ｄ Ｃ ｎｒｌＺ ｅｉｎ ｉ ｒｉ ， ｎ ｚ ｏ ｈ ｊ ｎ ０ ７， ｈｎ ＳａｅＫｅ ａ ｆＦｕｄ Ｐ ｗ ｒ ａ ｓ ｓｉ ｎ ｏ ｔ ， ｈ ｊ ｇＵｎｖ ｓ ｙ Ｈａ ｇｈ ｕ Ｚ ｅｉ ｇ３ ０ ２ Ｃ ｉａ） Ｔ ｏ ｏ ａ ｅ ｔ ａ １
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂｅ ａ ｓ ｆｔｅ ｐ ｏ ｕ ｒｃ ｔｏ ｈ ｒ ｃｅ ｆｓ ａ ｔｒ ｔｅ ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｏ ｈ ｌ ｐ ｒｏ ｈ ｅ ｗａｅ ｘａ ｓｒ ｃ ： ｃ ｕ ｅ ｏ ｈ ｏ ｒｌ ｂ ｉａ ｉ ｎ ｃ ａ ａ ｔｒｏ ｅ ｗａｅ ，ｈ ｅ ｉｎ ｍｅｈ ｄ ｆ ｒｔｅ ｓｉ ｅ ｆｔ ｅ ｓａ ｔｒａ ｉｌ ｐ
滑靴副阻尼孔的研究与设计
Vol. 45 No. 3Mar. 2021第45卷第3期2021年3月液压与'动Chinese Hydraulics & Pneumatics doi ： 10.11832/j. issn. 1000-4858.2021.03.021滑靴副阻尼孔的研究与设计王海吉，施光林(上海交通大学机械与动力学院，上海200240)摘 要：滑靴副是柱塞泵中极其重要的部件。
通过分析滑靴副内压降系数和阻尼孔的类型与尺寸的关 系，发现阻尼长孔有助于压降并且阻尼孔直径越小压降越显著，受限于加工难度，阻尼孔很难加工成细长孔， 对此，提出了多段阻尼孔的结构，通过尺寸设计，满足所需压降。
建立了 CFD 模型和分析阻尼孔内的流态，通过仿真结果发现此类阻尼孔及其设计尺寸满足压降需求#关键词：滑靴副;多段阻尼孔；压降系数;CFD 模型中图分类号:TH137 文献标志码:B 文章编号#1000-4858(2021 )03-0148-05Study and Design of Damping OriVce of Slipper/Swash Plata PaizWANG Hai-ji , SHI Guang-lin(School of Mechanical Engineering , Shanghai Jiaotong University , Shanghai 200240)Abstrac/: Slppei/Swash-plate pcr plays an impotani role in axial piston pump. The relationshin between thepressure dPferenco and the kinds and sizes of damping otfico is analyzed - EW found that long damping otfico is helpful for decreasing pessue. The smaller the diameter of otfico is , the laraer the pessue dPferenco is. Becauseof the manufycturiny dSficulty , the long damping o /P co with smal l diameter is hard to make. In order to solve theproblem , the paper proposes a multiple damping o/fico which can be satisfied the pressure diVeenco with thedesign of sizes. The CFD model and tow analysis are demonstrated in the paper. According to the simulationresults , this kind of damping o /P co and its sizes are satisied the expected pressure dmferenco• Key wordt : slippetstash plate pair, multipk damping o/fico , pressure diffeenco, CFD mode 引言阻尼孔多用于阀、泵等液压元件中，主要起减压、减振等作用。
水液压柱塞泵滑靴摩擦副的设计_余祖耀
关键词 :水液压柱塞泵 ;滑靴 ;材料 ;结构 ;设计方法 中图分类号 :TH137 文献标识码 :A 文章编号 :1001 -3881 (2003) 4-021-2
Design of Slipper Pad in Water Hydraulic Piston Pump
YU Zu -yao , LI Zhuang -yun , TANG Qun -guo , NIE Song -lin , YANG Shu -dong
的不 可 压 缩 粘 性 流 体 的 动 量 守 恒 方 程 (即 Naver —
Stokes 方程)出发来 进行推 导 。由于靴 底流场 是典型
《机床与液压》 2003.No .4
· 23 ·
的源流 流场 , 可采 用圆 柱 坐标 系表 示 , 其 方 程见 式
(2)。
2v z2=1μ·Fra bibliotekp r
+υv ·
v r
(2)
其中 :v —速度向量 ;
p —压力变量 ;
υ—水的比容 (等于 1 ρ);
z 、 r —分别为轴向及径向坐标变量 。
推导过程中保留微小量 v r , 最终得到 靴底流
场的压力 ———流量公式为
ps =6πμδq3 ln
r2 r1
-
ρ 2
(v
2 1
-v
2 2
)
(3)
其中 v1 、 v2 —滑 靴 密 封 带 内 外 边 缘 处 的 流 速 。 具体的推导过程可参见文献 [ 6] 。
one of the typical pairs in water hydraulic pump , research of slipper pad should be emphasized on the compatibility of water with material of slipper pad, structure of slipper pad , and design method of slipper pad.Firstly , the material should be corrosion-proof and wear resistance . Then, the structure should reduce contact stress of the pair , and could form lubricant film between the pair .At last , the design method should
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海水淡化轴向柱塞泵滑靴副的结构设计翟江;周华【摘要】由于采用黏度比液压油低得多的海水进行润滑,海水淡化轴向柱塞泵滑靴副的结构设计方法需要在油压轴向柱塞泵的基础上进行修正.采用剩余压紧力法进行设计时剩余压紧系数的选取比油泵要小,采用完全平衡法进行设计时,通过分析得出可变阻尼区流动一般处于层流状态,而固定阻尼区的流动一般处于湍流状态,导致固定阻尼的压力一流量特性发生变化,可使得细长孔阻尼的长度大为减小,静压支承液膜刚度理论不再成立.%Because of the poor lubrication character of seawater,the design method for the slipper of the seawater axial piston pump has to be modified based on the oil one.The redundant squeezing force factor is smaller than the oil one when adopting redundant squeezing force method.When adopting hydrostatic balancing method, the flow regime of the variable damping is laminar but the fixed damping is turbulent.For this reason the pressure-flow character of the fixed damping is changed.So the length of the slim orifice is decreased and the stiffness theory of the hydrostatic bearing is invalid.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2011(036)005【总页数】5页(P81-85)【关键词】海水淡化;轴向柱塞泵;滑靴副;润滑【作者】翟江;周华【作者单位】浙江大学流体传动与控制国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学流体传动与控制国家重点实验室,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TH322;TH137.51高压泵是海水反渗透淡化工程中的三大关键部件之一，高压泵的效率直接关系着海水反渗透淡化工程的经济效益。
目前，我国在反渗透海水淡化工程中高压泵主要以多级离心泵、往复泵为主，在小型海水反渗透淡化系统中，多级离心泵效率较低，一般仅为50%～70%，而往复泵尽管效率可达80%以上，但是体积大、噪声大，此外，这两种泵均需要采用油脂润滑，存在对水体产生污染的隐患。
随着纯水液压传动技术的发展和逐渐成熟，可以利用纯水液压泵技术研制出效率高、体积小、噪声小、全水润滑，在中小型反渗透海水淡化工程中作高压泵使用的轴向柱塞泵。
在国家“十一五”科技支撑计划的资助下，作者所在课题组开展了海水淡化轴向柱塞泵的研制工作。
关键摩擦副的设计一直是水润滑液压泵的一个难点，目前，国内外的研究主要是通过摩擦学试验筛选水润滑条件下摩擦副的配方［1－2］，在滑靴副的结构设计和分析上一般仍沿用经典的油压滑靴副理论［3－4］。
但是，由于海水的黏度远小于液压油，海水淡化轴向柱塞泵滑靴副的结构设计必须充分考虑这一特性，参考油压滑靴副结构设计方法，根据实际工作参数进行海水润滑滑靴副的设计。
本文作者主要讨论海水淡化轴向柱塞泵滑靴副设计的剩余压紧系数法和完全平衡法。
1 滑靴副的结构设计作者课题组研制的海水淡化轴向柱塞泵样机主要技术参数如表1所示，其应用对象主要是日产淡水120～150 m3的反渗透海水淡化系统。
表1 海水淡化高压轴向柱塞泵的主要技术参数Table 1 Main technical data for SWRO axial piston pump?由于海水的腐蚀性，海水淡化轴向柱塞泵的主要零件需采用耐海水腐蚀的工程材料，由于海水的黏度低，滑靴副一般都工作在混合摩擦甚至是干摩擦状态，需要选用自润滑特性良好的材料。
在课题组前期工作的基础上［5］，滑靴副配对材料采用的是经特殊表面处理后的不锈钢与增强PEEK塑料，其中斜盘与滑靴基体均为优质不锈钢，斜盘表面经过特殊的强化处理，滑靴端面和球窝面通过注射成型工艺注塑上一层增强PEEK工程塑料，滑靴副的结构如图1所示。
图1 海水淡化高压轴向柱塞泵滑靴副Fig 1 The slipper pair for the pump确定海水淡化高压轴向柱塞泵的主要技术参数之后，可以确定滑靴与斜盘之间的相对滑动速度v。
为了降低滑靴副的pv值，只能从降低滑靴与斜盘之间的接触比压p入手，目前广泛采用的方法是将柱塞腔中的高压海水通过流道引入到滑靴端面，使高压海水形成对滑靴反向作用力ps，用来减小柱塞通过滑靴对斜盘产生的压紧力p(如图1所示)。
根据ps的轴向分量是否可以完全平衡p可以将设计方法分为剩余压紧力设计法和完全平衡设计法。
2 剩余压紧力法设计剩余压紧力设计法是一种经验设计法，其前提是静态柱塞腔压力通过柱塞、滑靴对斜盘产生的压紧力略大于滑靴底部高压水腔对滑靴的反向作用力，因此滑靴和斜盘应该完全贴紧，但是目前计算时仍然采用滑靴与斜盘之间存在层流流动的反推压力计算公式，从理论上来说并不够严密。
剩余压紧力系数的选择需要大量的试验来确定，对于目前已经较为成熟的油压轴向柱塞泵，定量泵滑靴副剩余压紧力系数一般取1.05 ～1.06［3－4］，但对于使用海水作为工作介质的海水淡化用高压轴向柱塞泵则缺少相应的模拟试验数据，有待进一步研究。
通过对国外已经商品化的纯水液压轴向柱塞泵的滑靴结构进行计算分析，其剩余压紧力系数为1.02～1.03，比油泵的要小，海水淡化轴向柱塞泵滑靴副的剩余压紧力系数可按此选取。
3 完全平衡法设计完全平衡设计法要求静态时滑靴端面高压海水对滑靴的作用力的轴向分量与柱塞腔高压海水对滑靴的作用力平衡，通过柱塞腔与滑靴水腔之间固定阻尼的反馈作用使得柱塞腔压力波动时滑靴与斜盘之间存在着稳定的水膜，使滑靴副完全工作在流体润滑状态。
由于海水运动黏度仅为一般液压油的1/30左右，极易导致滑靴副流动区域处于湍流状态，基于层流理论的油润滑静压支撑滑靴副设计理论所得到的结论不能够完全适用，必须进行修正。
3.1 滑靴副流动区域的流态分析滑靴副端面密封带区域与阻尼孔区域是层流还是紊流决定着设计计算时所采用的力学模型，需要通过对滑靴端面密封与阻尼孔的雷诺数进行分析来判定流态。
从国外对水液压滑靴副水膜厚度试验数据［6］来看，水膜厚度比润滑油膜要小，为8～15μm。
假设滑靴密封带区域内的流动为层流状态，按层流理论计算滑靴副密封带中海水的泄漏量，可推导出滑靴密封带区域的平均雷诺数:从滑靴密封带泄漏的流量和经过柱塞固定阻尼孔的流量相等，可推导出柱塞阻尼孔的雷诺数:式中:p为柱塞腔压力，Pa;α为压降系数，油泵推荐0.8～0.9［4］;h为水膜厚度，m;μ为海水的动力黏度，取1.0×10－3Pa·s;r1为滑靴密封带内径，m;kr为滑靴密封带内外半径比，kr=r2/r1，油泵推荐1.8～2.0［4］，r2为滑靴密封带外径，m;d0为柱塞阻尼孔直径，m;ρ为海水密度，取1.02×103kg/m3。
由式 (1)，(2)可知，滑靴密封带流动的雷诺数、滑靴阻尼孔雷诺数都与滑靴副水膜厚度h的三次方成正比，水膜厚度对雷诺数的影响最大。
以海水淡化高压轴向柱塞泵的典型设计参数为基础，以水膜厚度h为变量，分析了滑靴密封带内径r1、半径比系数kr、柱塞腔压力p、柱塞阻尼孔直径d0为典型值时雷诺数的变化情况。
如图2所示，当滑靴密封半径比系数kr=1.4，柱塞腔压力p在8～10 MPa之间变化，滑靴密封带内径r1在2～12mm之间变化时，如果水膜厚度不超过10μm 则雷诺数值不会超过2000，因此选择合适的水膜厚度就可以认为海水淡化高压轴向柱塞泵滑靴密封腔内海水的流动为层流状态。
如图3所示，当滑靴密封半径比系数kr=1.4，柱塞腔压力p在8～10 MPa之间变化，柱塞阻尼孔直径d0在0.4～1.0mm之间变化时，当水膜厚度超过5μm时雷诺数值就会超过2000，并且此时阻尼孔直径达到1mm，此时如果要达到足够的阻尼效果必须大大加长细长孔的长度，而这在结构上难以实现，如果阻尼孔直径一旦减小，雷诺数迅速增大到2000以上，因此海水淡化高压轴向柱塞泵柱塞阻尼孔内的海水的流动一般为紊流状态。
3.2 固定阻尼压力－流量特性轴向柱塞泵静压支承滑靴副的固定阻尼一般是通过在柱塞上加工细长孔来实现，对于油压轴向柱塞泵，由于液压油的黏度较大，细长孔内的流态一般为层流状态，根据此时细长阻尼孔的压力－流量特性，可推导出细长孔长度与直径之间的关系:但海水淡化轴向柱塞泵滑靴静压支承滑靴副的固定阻尼孔的流态一般为紊流状态，由紊流圆管压力损失经验公式可推导出细长孔长度与直径之间的关系:式中:λ为沿程阻力损失系数，选取和Re有关，当2320＜Re＜1×105时，由布拉休斯公式λ=0.3164Re－0.25［6］;l为柱塞阻尼孔长度，m;Δp为通过柱塞阻尼孔的压力损失，Pa;ρ为海水密度。
图4，5示出了在典型的水膜厚度、半径比系数、压降系数、柱塞腔压力等条件下，分别按层流和紊流计算，细长孔的长度与直径之间的关系。
可以看出阻尼效果相同的细长孔在管径相同的情况下，紊流状态下的长度要远远小于层流。
海水淡化高压轴向柱塞泵静压支承滑靴副在柱塞上的细长孔内的海水流动一般为紊流，因此只要选择合适的水膜厚度，就可以控制细长孔的长度，从而不需要采用螺旋槽［7］等形式的复杂节流结构，并且细长孔的直径也无需太小，这对阻尼孔的加工都是有利的。
由于细长孔在紊流流态下的流量－压力特性表达式中压力损失与流量、动力黏度不再保持线性关系，从而静压支承特性方程［4］变得较为复杂。
由于海水的黏温特性相对于液压油小得多，可以忽略黏度变化对静压支承特性的影响，因此固定阻尼的设置也可以考虑采用短孔或薄壁小孔的形式，根据短孔和薄壁小孔的压力－流量特性，则短孔和薄壁小孔直径d0为式中:Cd为阻尼系数，薄壁小孔一般取0.6，短孔取0.8 左右［6］。
图6示出了在典型的半径比系数、压降系数、柱塞腔压力等条件下薄壁小孔、短孔的直径与水膜厚度的关系，可见在合适的水厚度下，薄壁小孔与短孔的直径一般都小于0.8mm，而薄壁小孔要求壁厚不超过直径的1/2，这样可能会导致薄壁小孔强度设计不合理，但是短孔的最大壁厚可以达到孔径的4倍，因此薄壁小孔不宜采用，但可以使用短孔作为固定阻尼。