高压阀配流柱塞泵设计【SolidWorks+CAD+说明书】.rar

毕业设计（论文）报告纸 i编号 南京航空航天大学金城学院南京航空航天大学金城学院毕 业 设 计毕 业 设 计题 目超高压阀配流柱塞泵设计学生姓名陈致远学 号2120011732学 院机电工程与自动化专 业机械制造及其自动化班 级21200117指导教师姓名：郭登飞二二四年五月 毕业设计（论文）报告纸 ii南京航空航天大学金城学院南京航空航天大学金城学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：超高速阀配流柱塞泵设计 ）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名：陈致远 2024 年 5 月 4 日 （学号）：2120011732 毕业设计（论文）报告纸 i目录第一章 前言.1.1 引言.1.3.1 阀配流轴向柱塞泵的应用.1.3.2 阀配流轴向柱塞泵的发展方向.第二章 超高压阀配流轴向柱塞泵设计.2.1 柱塞泵的由来.2.2 超高压阀配流柱塞泵的简介.2.3 超高压阀式柱塞泵结构.2.3.1 结构图.2.4 主要技术指标.2.4 柱塞头部的接触型式和接触应力.第三章 配流阀.3.1 配流阀结构型式.3.2 阀的参数选择.3.3 弹簧参数计算.图 3-3 柱塞运动中阀的受力状态.第四章 阀的材料和制造.结 论.致 谢.参考文献.附录.毕业设计（论文）报告纸 ii高压阀配流柱塞泵设计摘 要本文概述了超高压阀配流轴向柱塞泵的设计特点、工作原理以及其在现代工业领域中的广泛应用。作为一种专为高压、大流量液压传动系统设计的先进泵类设备，超高压阀配流轴向柱塞泵凭借其卓越的性能和稳定性，成为工业领域中的关键设备之一。超高压阀配流轴向柱塞泵通过轴向柱塞在缸体中的往复运动，结合超高压阀的精确控制，实现了液体的高效、快速传输。其设计特点包括能够承受极高的工作压力，满足特殊工况下的液压传动需求；同时，通过优化设计和制造工艺，该泵能够在保证压力稳定的同时，实现大流量的液体输出。此外，超高压阀配流轴向柱塞泵还具有高效率、高精度控制和高可靠性等显著特点，使得其能够在各种复杂的工作环境中稳定运行。超高压阀配流轴向柱塞泵在多个领域具有广泛的应用。在石油和天然气开采中，它能够提供稳定、可靠的液压动力支持，满足开采过程中的高压、大流量需求。在冶金和矿山机械中，该泵能够为各种设备和工具提供所需的液压动力，确保设备的正常运行和高效工作。此外，它还被广泛应用于航空航天、船舶、电力和建筑等领域，为各种工业设备的液压传动系统提供动力支持。超高压阀配流轴向柱塞泵以其卓越的性能和稳定性，在现代工业领域中发挥着重要的作用。随着工业技术的不断发展和应用领域的不断拓展，对液压传动系统的要求也日益提高。超高压阀配流轴向柱塞泵将继续以其独特的设计和先进的技术，满足各种复杂工况下的液压传动需求，为工业领域的发展做出更大的贡献。关键词：超高压 阀配流 轴向 毕业设计（论文）报告纸 iiiDesign of flow distribution piston pump for ultra-high pressure valveAbstractThis article provides an overview of the design characteristics,working principle,and widespread application of ultra-high pressure valve flow axial piston pumps in modern industrial fields.As an advanced pump equipment designed specifically for high-pressure and high flow hydraulic transmission systems,the ultra-high pressure valve distribution axial piston pump has become one of the key equipment in the industrial field due to its excellent performance and stability.The ultra-high pressure valve distribution axial piston pump achieves efficient and rapid liquid transmission through the reciprocating motion of the axial piston in the cylinder body,combined with the precise control of the ultra-high pressure valve.Its design features include the ability to withstand extremely high working pressure and meet the hydraulic transmission requirements under special working conditions;Meanwhile,by optimizing the design and manufacturing process,the pump can achieve high flow rate liquid output while ensuring stable pressure.In addition,the ultra-high pressure valve distribution axial piston pump also has significant characteristics such as high efficiency,high-precision control,and high reliability,which enable it to operate stably in various complex working environments.The axial piston pump with ultra-high pressure valve distribution has a wide range of applications in multiple fields.In oil and gas extraction,it can provide stable and reliable hydraulic power support to meet the high-pressure and high flow requirements during the extraction process.In metallurgy and mining machinery,this pump can provide the required hydraulic power for various equipment and tools,ensuring the normal operation and efficient operation of the equipment.In addition,it is widely used in fields such as aerospace,shipbuilding,power,and construction,providing power support for hydraulic transmission systems of various industrial equipment.The axial piston pump with ultra-high pressure valve distribution plays an important role in modern industrial fields due to its excellent performance and stability.With the continuous development of industrial technology and the continuous expansion of application fields,the requirements for hydraulic transmission systems are 毕业设计（论文）报告纸 ivalso increasing.The ultra-high pressure valve distribution axial piston pump will continue to meet the hydraulic transmission requirements under various complex working conditions with its unique design and advanced technology,making greater contributions to the development of the industrial field.Key Words：Ultra high pressure Valve flow distribution axial 毕业设计（论文）报告纸 第一章 前言1.1 引言在现代工业技术飞速发展的今天，液压传动系统因其高效、灵活和可靠的特点，被广泛应用于各类机械设备和工艺流程中。尤其在高压、大流量、高精度控制的工况下，对液压传动系统的核心部件液压泵的要求愈发严格。为满足这一需求，超高压阀配流轴向柱塞泵应运而生，以其独特的结构和卓越的性能，成为液压传动领域的佼佼者。超高压阀配流轴向柱塞泵，作为一种先进的液压动力元件，其设计融合了高精度制造技术、流体力学原理和自动控制技术。其核心在于通过轴向柱塞在缸体中的往复运动，结合超高压阀的精确控制，实现了液体的高效、快速传输和精确调节。这种泵不仅能够承受极高的工作压力，确保在极端工况下的稳定运行，而且具备高效率、低噪音、长寿命等优点，为各类液压传动系统提供了强大的动力支持。在石油开采、冶金、矿山、航空航天等领域，超高压阀配流轴向柱塞泵的应用已经越来越广泛。例如，在石油开采中，它能够提供稳定、可靠的高压动力，确保油井的顺利开采；在冶金和矿山机械中，它能够驱动各种重型设备，实现高效、精确的作业；在航空航天领域，它更是不可或缺的动力元件，为飞行器的稳定飞行和安全着陆提供了保障。随着科技的不断进步和工业的快速发展，对液压传动系统的要求也在不断提高。超高压阀配流轴向柱塞泵作为液压传动系统的重要组成部分，其性能的提升和技术的创新对于整个工业领域的发展具有重要意义。因此，深入研究超高压阀配流轴向柱塞泵的设计原理、性能特点以及应用前景，对于推动液压传动技术的进步和工业领域的发展具有重要的现实意义和深远的发展前景。1.2 柱塞泵的研究现状国外的液压工业发展背景较早，在超高压阀配流轴向柱塞泵的研究领域，国外已经取得了显著的进展和成果。这些研究不仅涉及泵的基本设计、工作原理和性能优化，还涵盖了其 毕业设计（论文）报告纸 在不同工业领域的应用和未来发展。首先，从设计和技术角度来看，国外在超高压阀配流轴向柱塞泵的材料选择、制造工艺和控制系统等方面进行了深入研究。他们采用了先进的材料科学、流体动力学和计算机技术，以提高泵的工作效率和稳定性。例如，通过使用高强度、耐磨、耐腐蚀的材料，可以显著提高泵的使用寿命和可靠性。同时，优化泵的结构设计和流道设计，可以降低流体阻力，提高泵的效率和输出压力。其次，在控制系统的研究方面，国外学者也取得了重要进展。他们通过引入先进的传感器和控制器，实现了对泵的压力、流量和温度等参数的精确控制。这不仅提高了泵的工作精度和稳定性，还为其在复杂工况下的应用提供了有力支持。特别是美国、英国、德国等发达国家，在液压技术领域始终保持着领先地位。这得益于他们成熟的液压技术和先进的制造工艺，使得他们生产的液压产品在国内中高端市场占据主导地位。这些产品不仅涵盖了高性能的中高压液压产品，而且在超高压元件的设计和生产上也一直领先国内。国外的知名液压公司如 Rexroth 和 OILGEAR 等，均拥有较为成熟的超高压液压泵产品。然而，值得注意的是，除了 OILGEAR 公司的 PFCS 系列大排量（在 50 MPa 额定压力下排量达到 473mL/r，如图 1-5 所示）产品外，其他公司的产品排量普遍在 10mL/r 以下。举例来说，德国 Rexroth 公司生产的 PR4 系列阀配流径向柱塞泵，其工作压力高达 5070 MPa，转速范围为 10003400 r/min，工作温度适应于-10 70 的环境。而瑞士 BieRi 公司生产的 BRK 和 SRK-Atex 阀配流径向柱塞泵，则特别适用于 70-100 MPa 的工作压力环境。此外，德国 HAWE 公司的 R 和 RG 系列径向柱塞泵，在 70MPa 的超高压工况下，其最大排量也仅为 8.7ml/r。图 a)展示了 PFCS 超高压液压泵的整体结构，而图 b)则详细描绘了其内部结构。由于我国超高压领域的研究起步较晚，理论基础及关键技术等均落后国外先进国家，虽 毕业设计（论文）报告纸 然我国许多工业部门和科技工作者投入了大量的精力，但所研制的超高压液压元件性能在许多方面均与国外先进水平有一定差距。目前，国内研制的超高压液压元件在超高压工况的工程设备上应用很少，主要用于一些液压工具，压力可高达 200 MPa，但排量很小，排量大于 10mLh 的超高压柱塞泵的研究比较少见。由于制造工艺及零件材料性能的差异，导致国产液压泵使用寿命较短且在可靠性方面较国外成熟产品还有一定差距。1.3 阀配流轴向柱塞泵的应用及发展方向1.3.1 阀配流轴向柱塞泵的应用超高压阀配流轴向柱塞泵，作为一种高性能的液压传动元件，在现代工业领域中的应用日益广泛。其独特的结构和高效的性能使得它在众多行业中发挥着不可或缺的作用。在工程机械领域，阀配流轴向柱塞泵被广泛应用于挖掘机、装载机、推土机等大型设备中。这些设备需要强大的动力系统和精确的流量控制，而阀配流轴向柱塞泵正是满足这些需求的理想选择。其高效、稳定的性能使得工程机械能够在各种恶劣环境下保持高效、可靠的工作状态。冶金设备通常需要承受高温、高压等极端工作条件，因此对液压元件的要求极高。阀配流轴向柱塞泵以其出色的耐高温、耐高压性能，在冶金设备中得到了广泛应用。无论是冶炼炉的液压控制，还是轧钢机的传动系统，阀配流轴向柱塞泵都能提供稳定可靠的液压动力。在船舶与海洋工程领域，阀配流轴向柱塞泵也发挥着重要作用。船舶的推进系统、舵机控制、船桥操控等都需要精确的液压控制，而阀配流轴向柱塞泵能够提供精确的流量和压力调节，确保船舶的安全航行。此外，在海洋平台的建设和维护中，阀配流轴向柱塞泵也扮演着关键角色,随着农业现代化的推进，农业机械设备对液压元件的需求也日益增加。阀配流轴向柱塞泵在农业机械设备中的应用，如拖拉机、收割机、灌溉系统等，为农业生产提供了高效、稳定的液压动力。其精确的流量控制和稳定的性能使得农业机械设备能够在各种复杂的工作环境下保持高效运行。1.3.2 阀配流轴向柱塞泵的发展方向阀配流轴向柱塞泵作为液压传动系统的关键元件，在工程机械、冶金设备、农业、制造业等众多领域发挥着重要作用。随着科技的快速发展和市场需求的变化，阀配流轴向柱塞泵 毕业设计（论文）报告纸 的发展方向也呈现出多元化和创新化的趋势。为了满足市场对高效能液压元件的需求，阀配流轴向柱塞泵正朝着提高效率的方向发展。通过优化泵体结构、改进密封技术和减少能量损失等手段，降低泵的运行阻力，提高泵的容积效率和机械效率。这将有助于提高设备的整体性能和降低能耗，实现节能减排的目标。随着控制技术的不断进步，阀配流轴向柱塞泵正受益于更先进的控制策略。通过引入电子控制、反馈系统和伺服机构等先进技术，实现对泵流量、压力等参数的精确控制和调节。这将有助于提高设备的响应速度和稳定性，满足复杂工况下的应用需求。为了满足现代设备对空间的需求，阀配流轴向柱塞泵正朝着更紧凑、更轻量化的方向发展。通过优化泵体结构、采用高强度材料和改进制造工艺等手段，减小泵的尺寸和重量。这将有助于提高设备的便携性和易用性，降低运输和安装成本。随着液压传动系统的工作压力不断提高，阀配流轴向柱塞泵正面临着更高的压力挑战。为了满足这一需求，泵的设计和制造正在向更高压力额定值的方向发展。通过采用高强度材料、优化密封结构和加强结构强度等手段，提高泵的耐压能力和可靠性。这将使泵能够在更广泛的应用中使用，满足高功率输出和具有挑战性的工作条件的需求。降噪一直是泵类产品发展的重要方向之一。对于阀配流轴向柱塞泵而言，降低噪音水平有助于提高设备的舒适性和安全性，减少对环境的影响。通过改进泵体结构、优化密封材料和采用隔音技术等手段，降低泵在运行过程中产生的噪音。这将有助于提高设备的用户体验和环保性能。阀配流轴向柱塞泵的可靠性和耐用性对于设备的正常运行和长期稳定性至关重要。因此，泵的设计和制造正朝着提高可靠性和耐用性的方向发展。通过采用更耐用的材料和涂层、优化密封结构和加强润滑系统等手段，提高泵的使用寿命和可靠性。这将有助于减少设备的故障率和维护成本，提高设备的可用性和经济效益。随着数字化和连接技术的不断发展，阀配流轴向柱塞泵正逐步实现与智能设备和系统的集成。通过引入远程监控、数据分析和故障诊断等功能，实现对设备的实时监控和预警。这将有助于提高设备的可维护性和可靠性，降低运行成本和维护难度。毕业设计（论文）报告纸 第二章 超高压阀配流轴向柱塞泵设计2.1 柱塞泵的由来柱塞泵的结构虽然呈现多样化，但其核心工作原理实际上是基于曲柄连杆结构的演变。这种演变使得柱塞泵能够高效、稳定地运行。下图的展示是曲柄连杆机构的运动原理图。将图中的滑块 3 替换为柱塞，并在柱塞的外圆配合面上加装密封装置，同时在柱塞的内部安装吸入阀和压出阀，那么这一机构就成功转化为一个简单的柱塞泵。能够使该机构能够具备泵的基本功能，实现液体的吸入和压出。图 2-1 曲柄连杆机构的原理图1 曲柄 2 连杆 3 滑块 毕业设计（论文）报告纸 2.2 超高压阀配流柱塞泵的简介1.工作原理：阀配流轴向柱塞泵通过柱塞在缸体中的往复运动来产生容积变化，进而实现液体的吸入和排出。在这个过程中，阀门的开启和关闭起到了关键作用，确保液体在正确的时间和方向上进行流动。2.性能优势：阀配流轴向柱塞泵具有结构简单、体积小、噪音低、效率高、寿命长等优点。此外，它还具有自吸能力，能够在没有外部压力的情况下自动吸入液体。同时，该泵还具有多种变量形式，可以根据用户需求进行调整，以满足不同工况下的使用需求。3.阀配流轴向柱塞泵是一种液压传动元件，它的工作基于柱塞在轴向上的往复运动。2.3 超高压阀式柱塞泵结构2.3.1 结构图1.下图 2-1 为轴向阀式柱塞泵基本结构图中与数字相对于的名称分别为 1 后壳体；2 缸体；3 后盖；4 吸油压盖；5 吸油阀部件；6 斜盘轴部件；7 柱塞；8 柱塞弹簧；9 排油阀部件；10 平键；11 O 型圈；12 O 型圈；13 冲压外圈型滚针轴承用内圈；14 骨架油封；15 滚针轴承用挡圈；16 螺钉；17 垫圈；18 润滑脂、厌氧胶、润滑油 毕业设计（论文）报告纸 图 2-2 阀式柱塞泵基本结构2.3.2 结构特点2.3.2 结构特点配流阀设计成一个整体，简化了柱塞泵的整体结构是的液压泵的高压腔部分的密封性大幅度提高，节约了制造的成本。2.3.3 工作原理当传动轴旋转时，转动轴承与斜盘面紧密贴合。柱塞的顶部设计成弧状结构，并在回程弹簧的驱动下与转动轴承保持接触。随着传动轴的转动，斜盘面的斜面角度发生变化，这一变化驱动柱塞在缸体中往复运动。在柱塞向斜盘面倾斜的过程中，缸体内部形成负压，促使液体被吸入；而当柱塞向背离斜盘面的方向运动时，则通过压缩液体产生液压作用力，从而实现液体的压出。2.4 主要技术指标1)公称排量：0.1ml/r；2)柱塞数：3；3)公称压力：42MPa;4)最高压力：50MPa;5)转速范围：100rpm5000rpm6)介质温度：-2080；7)入口压力：标准大气压；8)容积效率：0.9 毕业设计（论文）报告纸 9)总效率：0.810)重量：1kg;2.5 柱塞受力分析图 2-3 点接触轴向泵柱塞上的作用力1.液体压力对柱塞的作用力：=14d2p0=140.032m42Mpa 118752.2 N2.缸壁对柱塞的反作用力也是一种呈现三角分布的载荷合力为N1和Nz0，缸的内壁对柱塞的摩擦力F1和F2按照以下计算 F1=N1f F2=N2f式子中f-摩擦系数 3.T 为弹簧的回程力。柱塞的惯性力w仍按(2-1)计算 w=-Gga（kgf）（2-1）3.在点接触的轴向泵设计中，接触板（也被称为止推板）下方（即斜盘上方）均安装滚动轴承。由于柱塞头部的接触点并不与柱塞的中心线重合，这将导致了接触点在运动过程中的轨迹呈现椭圆形。然而，通过精心的设计，可以确保柱塞在往复运动的过程中产生自转，这种自转运动巧妙地将接触点原本可能产生的滑动摩擦力转化为滚动摩擦。这种设计上的巧思显著减少了摩擦损耗，提高了轴向泵的效率和使用寿命。因此，在图示的 2-3 中，我们特意忽略了柱塞头部接触点的摩擦力，以凸显这一重要设计特点。毕业设计（论文）报告纸 毕业设计（论文）报告纸 2.6 推力轴承等效载荷的计算在超高压阀配流轴向柱塞泵中，承受柱塞推力的轴承所受的力大小是一个至关重要的参数，因为它直接关系到轴承的寿命，进而影响了整个泵的使用寿命。在压出区域，由于柱塞受到高压液体的强大推力，轴承经常处于偏心载荷的工作状态，这使得其工作条件变得相当恶劣。为了确保轴承的可靠性和耐久性，我们需要对其进行精确的设计和选择。首先，我们需要深入分析轴承所承受的偏心载荷，并通过计算得出其等效中心载荷（简称等效载荷）。这个等效载荷将帮助我们更准确地评估轴承的工作状态，从而指导我们进行更合理的设计和选择。在图 2-4 中，我们可以看到轴承可能受到来自偶数或奇数柱塞的推力作用。在本设计中，我们选择了 3 个柱塞作为示例。这意味着轴承需要同时承受三个柱塞的推力作用，并且这些推力的方向和大小都可能因柱塞的工作状态而有所不同。因此，在设计和选择轴承时，我们必须充分考虑到这些因素，确保轴承能够在各种工况下都表现出优异的性能。图 2-4 轴向泵推力轴承受力分析a）推力轴承的装置 b）高压区为偶数的柱塞 c）高压区为奇数的柱塞因为本设计的泵的柱塞数 3 是奇数，高压区柱塞数目情况有（z+1）/2 或者（z-1）/2 两种，所以作用在轴承上的合力为：Ph=p（z+1）/2cos=118752.2 4/1.967241488.97N （2-2）Ph=p（z-1）/2cos=118752.2 2/1.967120744.48 N ,（2-3）方程（2-3）发现在高压区工作的柱塞数比方程（2-2）少但其合力 Ph的作用点偏离轴承 毕业设计（论文）报告纸 中心的距离却更大（图 2.2c），所以有可能使得轴承处于更加危险的情况中，因此我们在计算轴承的时候必须考虑到高压区受到不同的柱塞数的作用大小。本设计选取Ph 120744.48N图 2-2b，c 表示高压区柱塞对称于 X-X 轴的情况轴承受到的偏载最重。如果柱塞分布圆的半径为 R，柱塞间的夹角=2/z，则合力Ph偏离于轴承中心的距离可以算出。下表（2-5）提供了不同柱塞数时与 R 的比值表（2-5）受偏载推力轴承等效载荷分析计算值高压区柱塞为奇数高压区柱数 z：aR(deg).30.5393154.202.08930.6667118.502.48730.749098.74*2.89530.804785.21*3.301根据表格得到aR0.5393我们假定轴承管道具有完全的刚性。，图（2-7）将高压区柱塞产生的合力视为一种分布在轴承节圆上的光滑曲线状载荷。这种分布载荷的强度并不是均匀分布的，而是与其到基准弦 mn 的垂直距离紧密相关。具体来说，图示中的蹄形曲面用于直观地表示这种分布载荷的强度。蹄形曲面的垂直距离直接反映了分布载荷在对应位置上的强度大小。特别地，蹄形曲面的最大高度 h，代表了推力轴承上承受最大负荷的滚动元件所受到的载荷。这一最大载荷被视为轴承上的有效载荷，是我们在设计和评估轴承性能时需要特别关注的参数，如图（2-7）所示。h=R0tan（1-cos）（2-4）毕业设计（论文）报告纸 式中 R0为推力轴承轴承节圆半径，见图（2-4），由于在第二象限，因此cos前面为负号。图（2-7）推力轴承上的载荷分布据图 2-4,轴承节圆上任意点的载荷为：y=h-P0tan（1-cos）=R0tan(cos-cos)(2-4)由于合力Ph=20yR0d=2R20tan0(cos-cos)=2R20tan(sin-cos)(2-5)这样，假定推力轴承上作用着一个强度为 h，均匀分布于轴承整个节圆的等效推力载荷，并将该载荷作为轴承的计算载荷，其值为：P=2R0h=PKtan-(sec-1)(2-6)令1=PKtan-(sec-1)（2-7）P=1ph （2-8）式子中1是一个仅与载荷分布角有关的系数。式（2-8）的物理意义是：推力轴承受偏心载荷Pk的作用和与受中心载荷P的作用等效，但P的大小应该等于修正系数1与ph的积 毕业设计（论文）报告纸 下面再计算1的值R0=-sin cos(2sin-cos)(2-9)下表列出了方程的数字解。在计算时候，已知柱塞分布圆半径 R 和柱塞数z从表（2-3）查出/R0并求出实际上这类泵，常常选取推力轴承的节圆半径为柱塞分布圆半径，即R0=R,所以泵高压区不同柱塞作用时候的和1值可直接从表（2-6）中查得表（2-6）受偏载推力轴承等效载荷分析计算值a/R0.500.550.600.650.700.750.800.850.90入：180.02.00150.42.115135.62.254122.62.423110.52.63198.62.89986.43.26073.53.78559.01.661 前面已经分析过，高压区不同的柱塞数都可能使得轴承处于最危险的状况设高压处柱塞数目为z1则P=1PK=1Z1(4d2p/cos）（2-10）=41z1 （2-11）则 P=pd2/cos （2-12）利用表 2-3 中的1，Z1值和式（2-11）计算出不同柱塞的泵的最大值列于表（2-6）。实用中当取柱塞分布圆半径与推力轴承节圆半径相等总结以上的分析结果，得：毕业设计（论文）报告纸 1.轴向泵承受偏心载荷作用的推力轴承，其等效中心载荷等于偏心载荷乘以修正系数1。在计算中，必须效核高压区在不同柱塞作用时等效载荷的最大值，并用该值作为选择轴承的计算载荷。2.如果推力轴承的节圆半径等于柱塞泵的分布圆半径可用（2-12）和（2-6）计算等效载荷。2.4 柱塞头部的接触型式和接触应力在采用推力轴承的轴向泵中，柱塞头部与止推板之间产生很高的接触应力。因此柱塞头部和止推板之间的接触问题就成为这类泵的一个关键问题。设计不良将引起严重磨损，破坏泵的正常工作。这个部位也是这类泵的最薄弱环节之一。图2-7 柱塞头部接触形式图2-7为柱塞头部的几种接触型式。a、b、c为点接触式:其中a、b为柱塞球头与平面接触，c为柱塞球头与曲面接触;d为线接触式，e为滑靴式(面接触式)。a，b、e三种型式应用较多，其余两种因制造工艺复杂面应用较少。实际上，上述这些接触型式不仅在轴向阀式泵面且也在其他类型柱塞泵中应用。下面讨论几种接触型式的接触应力计算方法。球面和平面点接触型式如图3-9a、b。在这种结构中，柱塞和止推板都采用淬火钢，假定两种材料的弹性模量相等拍桑比均等于0.3，则接触应力=0.393RAE2R21 91.7 (2-13)毕业设计（论文）报告纸 式中R1-柱塞头部球面半径（cm）；E-柱塞和止推板材料弹性模量（kgf/cm2）RA-止推板对柱塞的反作用力（kgf）=0.393PE2r21cos=0.363Pd2E2r21cos92.4（kgf/cm2）式中 P-泵的工作压力（kgf/cm2）d-柱塞直径（cm）-斜盘直径（rad）上式发现：提高泵的工作压力，加大柱塞直径，增加斜盘角等都将引起接触应力的提高，加大柱塞头部球面半径却能降低接触应力。毕业设计（论文）报告纸 第三章 配流阀阀式柱塞泵显著的特点在于其利用吸入阀和压出阀来精确控制泵的吸油和压油过程。当泵处于工作状态时，吸入阀和压出阀会随着柱塞的往复运动而自动地开启或关闭。具体而言，在吸入行程中，吸入阀会自动开启，允许油液进入泵内，而压出阀则处于关闭状态，防止油液回流。相反，在压出行程中，压出阀会开启，推动油液流出泵体，而吸入阀则关闭，确保油液不会再次进入。为了确保阀式柱塞泵具有优异的性能，配流阀必须满足以下关键要求：1.密封性：为了降低泵的泄露并提升容积效率，配流阀必须具有良好的密封性。这要求阀芯与阀座的导向精确，同时密封面需具备足够的几何精度和光洁度。2.惯性设计：阀芯的重量直接影响其运动的惯性。为了确保在柱塞高速运动时，配流阀能够迅速、准确地开启或关闭，减少滞后、冲击和振动，阀芯应设计得尽可能轻，同时保持足够的流道面积。3.最小化余隙容积：为了进一步提升泵的容积效率，配流阀的设计应尽量减少柱塞缸内的余隙容积。这通常涉及到阀芯结构的优化和弹簧布置的精心设计。4.寿命与可靠性：阀芯和阀座的材料选择、热处理工艺以及弹簧的疲劳寿命都是确保配流阀具有长工作寿命和可靠性的关键因素。3.1 配流阀结构型式配流阀有球阀，锥阀，板阀，蕈阀和圆柱滑阀等型式其中板阀和圆柱滑阀应用较少，下面只分析锥阀的结构和用途 毕业设计（论文）报告纸 图 3-1 锥阀图 3-1 为锥阀。它采用锥面密封，圆柱面导向。故导向准确，密封性好，工作可靠，大通径阀的体积和重量比同样通径的球阀小3.2 阀的参数选择配流阀的通径0和最大开启高度是阀的两个基本参数，为了防止阀芯和阀盖卡死，通常选取阀的锥角=900。图 3-2 阀的工作参数图图 3-2 表示阀的工作状态。根据流量连续性原理，得:Q1=FhKb=4d2 （3-1)毕业设计（论文）报告纸 式中 Q1-通过阀的流量（cm2/s）。等于该阀配流的柱塞输出的瞬时流量；d-柱塞直径（cm）0-液流在d0内的流速（cm/s）。通常吸入阀，推荐0max=13m/s；对于压出阀，0max=57m/s；-柱塞运动速度（cm/s）；按其最大速度max求出阀的通径：d0=dmax0max（cm）2.5cm （3-2）-阀的流量系数（=0.720.74）；Fh-阀缝隙的最大通液面积（cm2）Fh=hmaxsin2（d0-12hmaxsin）0.87 cm2 （3-3）hmax-阀的最大开启高度（cm）。根据经验，通常可选取hmax=（0.250.5）d0。泵的转速较高时，hmax选取偏小值；对吸入阀，hmax也取偏小值。根据式（3-1），可校核阀缝隙中的最大流速hmax=d200max4Fh =2.35 m/s （3-4）通常对于吸入阀，推荐hmax25m/s；对压出阀，hmax=68m/s。3.3 弹簧参数计算为了保证阀的正常工作，弹簧的设计是一个非常重要的问题，图 3-3 表示柱塞运动过程中阀的受力状态。毕业设计（论文）报告纸 图 3-3 柱塞运动中阀的受力状态a）吸入行程开始 b）吸入阀开启 c）压出阀开启1.吸入阀弹簧：图 3-3a 为柱塞压出行程结束，吸入行程开始阀的受力状态。这时吸入管道端对吸入阀的作用力为：Rv1=（pa-H0）f （3-5）式中pa-大气压力。以绝对压力表示（=1kgf/cm2）；H0-泵的吸入高度（cm），当液面高于泵中心线时为负值；f-吸入阀芯受压面积（cm2），等于阀座与阀芯密封带直径的面积 毕业设计（论文）报告纸 -液体的高度（kgf/cm3）。为了保证柱塞吸入行程中液流进入柱塞泵缸内，弹簧的预压力至少应该满足Tmin=（0.080.12)f(kgf/cm2)图 3-3b 为吸入阀开启后的受力状态。p为阀芯两端的压力差，W为阀的惯性力，G为阀芯（包括弹簧等）的重量，Tmax为最大开启高度时弹簧的预压力，故可列平衡方程：pf+20max2gf=G+Tmax-W式子中 p=20max2gW=-Gg其中 ak-阀的加速度，按下式计算 ak=Ff式中-柱塞的加速度；-流量系数；-柱塞面积；f-阀芯受压面积所以由式（3-6）可求出阀芯最大开启高度时弹簧给予的压力Tmax=pf+20max2gf+W-G （3-6）根据确定的Tmin和Tmax以及选取的阀的最大开启高度，可以初步计算弹簧的刚度，设计出吸入阀的弹簧。应当指出以上的分析计算，未考虑管道和阀中的阻力损失。因此，柱塞缸内可能出现压力过低，造成气蚀，为此还需缸内的压力pc：pc=pa-（H0+P1+P2+Pa+Tmaxf）（3-7）式中 P1-吸入管道沿程；P2-吸入阀局部阻力损失；Pa-液流惯性阻力损失。毕业设计（论文）报告纸 以上阻力损失可参考流体力学有关资料进行计算。假定液体的气化压为pgs，则缸内不产生气蚀的条件为：pcpgs （3-8）如果出现pcpgs的情况，则可采用pc（即用供液泵供液）或将吸入液面提高（使H0变为负值）的方法来提高缸内压力pc，使泵内不出现气蚀。2.压出阀弹簧：如图 3-3a，弹簧的预紧力Tmin至少应满足以下关系：Tmin pcf=（Pa-H0）f因此，在泵没有产生压力输出的情况下，压出阀的弹簧预压力必须足够强大，以确保该阀能够可靠地关闭，从而防止在柱塞的吸入行程中，通过吸入阀进入缸内的液体因压力差而推开压出阀并排出。在阀式泵的液压系统中，特别是在实际应用场景中，油箱的液面有时会远高于泵的中心，例如高出两米以上。基于这种实际情况和工程经验，我们推荐采取适当的措施，如增加弹簧预压力或优化阀芯设计，以确保泵在各种工况下都能稳定、高效地工作：Tm inf=（0.30.5）（kgf）（3-9）图 3-3c 为压出阀在开启时的受力状态。他应该满足以下关系：pf+20max2g2f=G+Tmax-W （3-10）其中 p=2hmax2g阀芯惯性力 w=-Ggak式中ak-压出阀的加速度，按下式计算ak=F/f-柱塞加速度；-流量系数（=0.720.74）；F-柱塞面积；f-压出阀阀芯受压面积。毕业设计（论文）报告纸 因此由下式可求出压出阀弹簧的最大预压力：Tmax=pf+20max2gf+w-G (3-11)式子中20max-阀座通径中的最大流速；G-阀芯重量。同样根据Tmin和Tmax和阀的最大开启高度hmax可以初步设计出压出阀的弹簧尺寸。3.阀的自振频率：为了防止配流阀产生共振，需要计算阀的自振频率 =12sM式子中s-阀的弹簧刚度M-阀芯质量加三分之一弹簧质量。根据上式算出的自振频率不能等于泵的转动频率 n/60（n 为泵的转速）的整数倍，否则将引起共振，破坏配流阀的正常工作。毕业设计（论文）报告纸 第四章 阀的材料和制造泵的工作介质为 56 号液压油，阀芯采用 14Cr17Ni2 渗碳淬火 3238HRC3，吸油阀导座采用 20Cr13 淬火 3238HRC。阀芯锥角设计为 90。图 4-1 吸油阀芯阀座锥角为 8590，以保证密封带线接触，并且密封直径应该等于阀芯锥角的最大直径，使制造时容易准确控制。阀的密封锥而与导向圆柱面应保证同轴度0.01，并进行配研，密封带的光洁度为10，导向而的光洁度为8。配流阀的弹簧材料采用 06Cr19Ni9(SUS3040)，图 4-2 吸油阀弹簧弹簧的精度为 GB1239-76 标准二级。毕业设计（论文）报告纸 结 论本次毕业设计不仅是对我大学期间学习成果的一次全面检验，更是对我