摘 要

径向柱塞泵对于轴向柱塞泵具有结构紧凑、压力高、流量大和容积效率高等一系列优点。本文主要针对五缸径向阀配流的液力端进行分析设计，旨在提高整个泵体的容积效率和输出压力。本次结构采用两个阀芯分别控制液体的吸入与排出，在不降低阀芯强度和阀芯导向性能的情况下，减小阀芯的重量，选择最合适的启闭方式，以达到提高阀芯的启闭特性和密封特性，采用多重密封的方式防止泄露。采用导套的方式使缸体和柱塞不直接接触，减小柱塞和缸体的磨损，增加柱塞泵的使用寿命。由于五个缸体对于转轴是径向圆周分布，高压大流量情况下的液体流动状态较为复杂，管汇部分的合理设计就显得尤为重要，本次结构中采用采用全联通和部分联通组合的方式，充分利用对称结构减小液压波动和压力损失，采用引导管降低整个高压出水端的高度，提高了泵体在工作中的安全系数。

本次主要结构用UG进行三维参数化建模，以自顶向下和自底向上设计液力端的各个零部件，对主要的零部件进行强度分析计算，在满足设计要求后导出工程图，在AutoCAD中进行最终的结构完善，为了保证零件的强度，最后在Workbench中队关键零部件进行疲劳强度分析

关键词：柱塞泵；容积效率；结构参数；密封；管汇；疲劳强度

Abstract

Radial piston pump has the advantages of compact structure, high pressure, large flow, high volumetric efficiency and a series of advantages compared with axial piston pump. This paper mainly analyzes the design of the hydraulic end of the five cylinder radial valve piston pump, aiming at improving the volumetric efficiency and output pressure of the pump. The design of the structure makes use of two cylinders to control the input and output. Without reducing the strength and guiding performance of the spool , diminishing the spool weight, choosing the more appropriate opening and closing mode to improve the opening and closing characteristics of the spool, and using the multiple seal to prevent leakage. The guide sleeve is used to make the cylinder and the plunger not directly contact to reduce the abrasion between the piston and the cylinder and increase the service life of the piston pump. Because the five cylinder is the radial distribution of the shaft, and the liquid flow state is more complicated in high pressure and large flow condition, the reasonable design of the manifold is particularly important. The structure combines fully connected with partially connected way, and makes full use of advantages of symmetrical structure to reduce the hydraulic fluctuation and pressure loss; the guide tube is used to reduce the height of the high-pressure water outlet port and improve the safety factor of the pump at work.

The design of the main structure uses UG for three-dimensional parametric modeling with top-down and bottom-up design of the various parts of the hydraulic side, and the main components have been calculated and analyzed for the strength. After meeting the design requirements of the project, exporting the engineering drawing and improving the final structure with AutoCAD. In order to ensure the strength of the parts, parts of the key components have been done the fatigue strength analysis in the Workbench.

Key Words： volumetric efficiency；structure parameter；seal ；manifold；fatigue strength

目 录

第1章 绪论 1

1.1 背景及意义 1

1.2国内外现状 1

1.3研究内容 3

第2章 五缸径向柱塞泵液力端的设计任务及方案 4

2.1设计任务 4

2.2设计方案的比较与选取 4

2.2.1 液力端的总体机构设计 4

2.2.2缸体布局方案 4

2.2.3进水管汇方案 5

2.2.3出水管汇方案 6

2.2.4液体配流方案 7

2.2.5密封方案 8

第3章 五缸径向柱塞泵液力端的缸体部分设计 9

3.1缸体与柱塞的直径确定 9

3.2缸体的总体结构设计 9

3.3缸体外壳与前后导向套的结构设计 10

3.4进水阀体及环形阀芯的结构设计 10

3.5出水阀体及三爪阀芯的结构设计 11

3.6阀盖的结构设计 12

3.7缸体设计小结 14

第4章 液力端管汇结构设计 15

4.1进水管汇结构 15

4.1.1入水管汇的管径结构设计 15

4.1.2汇流管道接头结构设计与整体结构 15

4.2出水管汇结构 17

4.2.1出水管汇的管径结构设计 17

4.2.2汇流管道接头、汇流座和总体结构设计 17

第5章 液力端主要零件强度分析 19

5.1分析软件简介 19

5.2本次分析的设计流程 19

5.3环形阀芯强度分析 20

5.3.1启动workbench建立分析项目 20

5.3.2导入环形阀芯几何模型 20

5.3.3指派零件材料 21

5.3.5施加载荷和边界条件 22

5.3.5设置求解项目并求解 23

5.3.6添加交变载荷参数 23

5.3.7添加疲劳强度校核项目并计算 24

5.4其它重要零部件校核计算 24

第6章 总结 25

参考文献 26

第1章 绪论

本章主要介绍径向柱塞泵及五缸径向阀配流柱塞泵的研究背景及意义，国内外的研究现状和发展，以及本次设计研究的主要内容和要求。

1.1 背景及意义

柱塞泵在工业生产中应用广泛，并在大型的工程项目中起到了至关重要的作用。相对于其他泵体，柱塞泵有着效率更高、工作更加平稳等优点^[1]。但是以往的柱塞泵一般磨损较为严重或者效率低下，比较浪费能源。这次研究项目的主要目的是为了提高柱塞泵容积效率和增强主要零部件的强度，从而实现提高柱塞泵的效率。而提高容积效率最为关键的是改善阀体和阀芯的结构，实现液体不泄露；另外一个途径是减小容积间隙。在本次设计中会充分利用柱塞在工作中的极限位置，用来消除缸体的容积间隙。除此之外，管道汇流部分的平稳设计也可以很好地降低液体在运动过程中的压力损失。因此只有同时解决液力端的容积效率和管汇压力损失的问题，才能更好地降低能源损耗，提高整个泵的工作效率。在多缸柱塞泵中，各个缸体出口处的液体的汇流情况较为复杂，如果管汇设计不合理，则会产生很强大的液压冲击，导致输出的水压不稳定，产生噪声，从而造成较大的能源损失。为此，此次设计还要解决在满足输出足够的流量和压力下，降低液压冲击的问题。

此次设计的顺利完成会提高径向柱塞泵的容积效率，为工业节能提供一个比较有效的可行的途径。柱塞泵抽水效率的提高，导致采矿石油等对柱塞泵有很大依赖的工业生产成本会大幅度降低，从而带动其他工业的发展。阀体在生活、生产中应用都极其广泛，阀体结构的的改善不仅仅在五缸柱塞泵中起到关键作用，还为其他的阀体结构提供一个可行的实施方案，从而实现液压阀的进一步发展，为我们的工业生产提供更多的方便。管汇技术的顺利应用则可以为远距离运输水、油提供了一个其他的可能性，改善输送环境，降低输送过程中的能源损失。

1.2国内外现状

在上个世纪六七十年代，柱塞泵的研究主要集中径向柱塞泵上面，由于阀芯和密封的缘故，当时科研单位和厂家的研究对象主要是轴配流径向柱塞泵。但是采用轴配流的方式使得配流轴上的径向力和两侧的力矩无法得到平衡，转子与配流轴间的摩擦损耗无法得到保证，最终导致所研发生产出的泵的密封不好，泄漏量很大，长时间使用输出压力也无法得到保障，严重影响着容积效率的提高。这一系列因素制约着轴配流式径向柱塞泵的发展，导致所做的研究与探索并没有获得大的实质性的进展^[2]。由于轴配流存在以上问题，科研单位并重新研发阀配流径向柱塞泵。柱塞泵采用阀配流的方式，就解决了轴严重磨损的问题。但是阀芯受到了较大的高压脉动载荷，阀芯容易损坏，最终导致阀配流径向柱塞泵容易发生故障。并且在流量输出上多为定量输出，难实现无极变量，大多排量也相对较小。