斜盘式轴向柱塞泵整体结构和零部件的功能│干货

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1、斜盘式轴向柱塞泵结构

斜盘式轴向柱塞泵是液压行业目前应用最广、市场保有量最大的液压动力元件，具有功率密度大、控制方式多、变量响应速度快、可实现双向变量和多泵串接等优点，是液压元件行业的核心产品。现今能否自主研发、制造高性能、高可靠性、长寿命斜盘式轴向柱塞泵，成为衡量一个国家液压产业发展水平的核心指标。

斜盘式轴向柱塞泵各零配件命名尚无统一的标准与规定，国外各厂家叫法各异，但是翻译成汉语，意思大致相同。鉴于斜盘式轴向柱塞泵技术起源于国外，国内还处于技术引进、消化与吸收阶段，所以文中仍会保留英文注解，以方便理解。考虑到本章节的重点在于辨识柱塞泵内部主要零部件，如转子总成、壳体、排量控制模块等，所以对于螺钉、弹簧、密封件等通用件和标准件不作说明。

1.1

斜盘式轴向柱塞泵主要零部件

斜盘式轴向柱塞泵虽然种类繁多，但是整体结构构造特征大同小异，所用到的零部件种类基本相同。现以Rexroth公司A4VSO系列柱塞泵和A10V(S)O系列柱塞泵为例，对泵内部主要零部件名称及其作用作以简单说明。

图1-1 Rexroth公司A4VSO系列柱塞泵

图1-2 Rexroth公司A10V(S)O系列柱塞泵

液压泵所涉及的相关技术，专业性很强，因此而诞生了一些专用技术名词或者术语，下文对涉及到的部分技术名词作了相关说明，以便更好的理解这些技术名词背后所隐含的技术、结构或作用属性。

双金属缸体：此处的双金属特指双金属层构造特征。缸体基体为钢或者铁，缸底和柱塞孔为铜合金。

恒定间隙回程机构：简称定隙回程，用螺钉将回程盘压板固定在斜盘上，限制回程盘位移，确保滑履与斜盘之间最大间隙为恒定值。当柱塞处于吸油行程时，通过回程盘将柱塞强行拉出柱塞孔，以确保滑靴不与斜盘脱开。

弹簧加载式球铰回程机构：简称球铰回程，加载弹簧处于压缩状态，提供预紧力，预紧力经球铰、回程盘传递至滑履，将滑靴压向斜盘，确保滑靴不与斜盘脱开。

剩余压紧力设计法：针对滑履和缸体动力学分析及摩擦副设计而提出的一种设计方法。

对滑履而言，柱塞腔的高压油进入滑履底面，形成的液压反推力平衡掉绝大部分柱塞对滑履的压紧力，剩余的压紧力使滑履始终压向斜盘而不脱开，靠滑履与斜盘面形成的边界油膜来减轻摩擦副的磨损。

对缸体而言，缸体底面的油膜支承力平衡掉绝大部分缸孔内油液对缸体的压紧力，剩余的压紧力将缸体始终压向配流盘而不脱开，靠缸体与配流盘间形成的边界油膜来减轻摩擦副的磨损。

斜盘支承：指斜盘的支承方式，目前有滚动轴承轴承、滑动轴承支承（高压油强制润滑）、静压支承三种方式。

[PV]值：也称比功，指摩擦副间接触比压P和滑动速度V的乘积。当摩擦副处于边界摩擦状态时，摩擦副的边界面上形成一层边界膜，过大的载荷会导致边界膜破裂，同时单位时间的磨损量与接触比压P和滑动速度V成正比，所以必须限制摩擦副的实际[PV]值必须小于许用[PV]值。许用[PV]值取决于摩擦副配对材料及材料的物理与机械性能。

2、知名厂家柱塞泵概述

目前，能生产高端斜盘式轴向柱塞泵且被市场广泛认可的企业主要集中在美国、德国、日本等少数国家。如德国的博世力士乐公司（Bosch Rexroth）、林德液压（Linde）和哈威公司（Hawe）；美国的派克公司（Parker）、伊顿液压（Eaton）、奥盖尔公司（Oilgear）；丹麦的丹佛斯液压（Danfoss）；日本的川崎液压（Kawasaki）等，以上几家公司的产品市场用量大，具有代表性。下文将着重介绍以下产品：Rexroth公司A10VO系列、A11VO系列、A4VG系列和A4VS系列；Parker公司P1/PD系列、P2/P3系列、PVplus系列和Gold Cup系列；Danfoss公司S45系列、S90系列和H1P系列；Kawasaki公司K3V/K5V系列；Linde公司HPR-02系列和HPV-02系列等。

Rexroth公司根据液压泵的应用工况将柱塞泵分为工程（此处主要指移动设备）用柱塞泵和工业（此处主要指固定设备）用柱塞泵两大类。工业柱塞泵侧重点在于寿命长、强度高、可靠性高，工程柱塞泵侧重点在于体积小、功率密度大，所以，两者在轴承选用、结构设计，特别是摩擦副设计方面有所相同。当然，Rexroth公司并没有强制要求工业设备就必须用工业泵，或者工程设备不能用工业泵，实际应用需综合考虑成本、工况、寿命、现场要求等多方面因素。关于工业泵与工程泵的定义与界定，笔者尚未找到相关标准或者说明材料，一些工程师将用于行走设备的泵视为工程泵，将用于固定工业设备的泵视为工业泵，笔者认为这样是不太合理的，因为现今一些设备已无法明确将其划分为移动设备还是固定设备。还有一些工程师习惯将工业泵称为重载泵，该叫法容易引起歧义，例如，Danfoss公司将自己的高压柱塞泵也称为重载系列产品，然而，根据笔者的了解，Danfoss的产品在一些工业工况上尚无成功应用的先例。在笔者看来工业泵与工程泵最根本的区别在于设计寿命，工业泵的设计寿命远高于工程泵，所以有人提议将工业泵称为长寿命泵，笔者赞同该种叫法，长寿命就意味着泵强度高、可靠性高。当然，以上只是个人根据这些年工作经历及与同行交流后得出的一些看法，为了避免引起误解，笔者在下文中不再刻意将泵划分为工业泵或者工程泵。

2.1

Rexroth公司斜盘式轴向柱塞泵概述

Rexroth公司是液压件行业领头企业之一，其柱塞泵种类繁多，规格齐全，可满足各行各业使用要求。其中用量较大的几款斜盘式柱塞泵为A10V(S)O系列、A11VO系列、A4VG系列、A4VS系列。

2.1.1 A11VO/1系列液压泵

图1-3为A11VO/1系列柱塞泵截面示意图。该款泵适用于开式液压系统，最大排量为260ml/r，最小排量为40ml/r，公称压力为350bar，可配装离心升压泵（叶轮）提高自吸转速。此泵具有多种控制模块，可实现压力、流量、功率、比例排量等多种控制模式。

图1-3 Rexroth公司A11VO/1系列柱塞泵截面图

缸体柱塞孔呈锥形分布，缸底柱塞孔分布圆直径减小，主轴后轴承无内圈，以节约安装空间。缸体柱塞孔锥形收缩有以下优点：缸底柱塞孔分布圆直径减小，摩擦副的实际比功（PV值）减小，改善了摩擦副设计；柱塞的离心力增大，辅助柱塞回程，有利于滑履与斜盘面可靠贴合。柱塞孔镶压铜合金衬套，所用柱塞为封闭式中空焊接结构，可降低流量脉动，提高效率。

该泵采用球面配流，提高了缸体稳定性，防止缸体倾翻。斜盘采用滚动轴承支承，结构简单，摩擦损失小。通过弹簧加载式球铰机构实现柱塞回程，此外，斜盘上还安装有回程盘压板限制滑履与斜盘面间最大间隙值。

2.1.2 A10V(S)O系列液压泵

A10V(S)O泵有31、32、52和53四个系列，其中最常用的是31系列，而32系列在结构上做了较多改进。

图1-4为A10V(S)O/31系列柱塞泵截面示意图，该款泵也用于开式液压系统，公称压力为280bar，排量范围为18-140ml/r，通常用于中小功率设备，或作为大功率设备辅助泵配合A11VO/1使用。该泵采用平面配流方式，通过中心弹簧加载式球铰机构实现柱塞回程，斜盘采用滑动轴承支承，主轴采用圆锥滚子轴承支承，驱动轴可同时承受轴向和径向载荷。

图1-4 Rexroth公司A10V(S)O/31系列柱塞泵截面图

A10V(S)O/31系列液压泵45-140 ml/r排量有高速版本，其自吸转速较标准版高出100-200rpm，其主要区别在于柱塞副和配流副配对材料有所不同。低速版缸体为球铁材质，柱塞为合金钢材质，柱塞孔无铜套，配油盘为铜合金材质，其柱塞副为钢/铁摩擦副，配流副为铜/铁摩擦副。高速版缸体基体材料为钢，柱塞孔镶压铜合金衬套，缸底烧结铜层，柱塞与配流盘为合金钢材质，其柱塞副与配流副均为钢/铜摩擦副。

A10V(S)O/32系列在设计上做了较多改进。优化泵体设计使其噪音降低，改进了回程盘结构（斜盘上增加了回程盘压板）使其抗吸空能力增强，后盖中增加预压缩容积（Pre-compression volum）减小泵出口压力与流量脉动，关联阅读：N17：Pump Noise (Plus) – PCV of A10VSO/32。缸体中心弹簧后端弹簧座带有防脱缸功能，限制缸体与配流盘之间最大间隙。

2.1.3 A4VG系列液压泵

A4VG系列泵用于闭式液压系统，图1-5为A4VG/32系列柱塞泵截面示意图，其工称压力为400bar，最大排量可达250 ml/r。此泵具有以下结构特点：球面配流，斜盘采用滚动轴承支承，柱塞通过弹簧加载式球铰机构强制回程，主轴后轴承为滑动轴承，补油泵为内啮合齿轮泵，缸体柱塞孔镶压铜合金衬套。

图1-5 Rexroth公司A4VG/32系列柱塞泵截面图

Rexroth在A4VG/32基础上升级出A4VG/40系列液压泵，图1-6为A4VG/40系列柱塞泵截面示意图，其工称压力可达450bar。从结构上来看，40系列壳体为前两段式结构，后盖和壳体为一体式。

图1-6 Rexroth公司A4VG/40系列柱塞泵截面图

2.1.4 A4VS系列液压泵

A4VS系列泵为工业用高压重载泵，公称压力为350bar，排量范围为40-1000ml/r。该系列泵运行噪音低，使用寿命长，强壮结实的变量柱塞稳定可靠，缸体柱塞孔呈锥形分布，球面配流，配流盘用螺钉固定在后盖上，采用封闭式中空焊接柱塞，斜盘为滑动轴承支承（高压油强制润滑），弹簧加载式球铰机构使柱塞强制回程，斜盘上装有回程盘压板限制滑履与斜盘面间最大间隙值，主轴前端轴承处可配装叶轮，驱动壳体内部油液循环流动以冲洗、冷却轴承，确保轴承使用寿命。以上结构特点保证该泵性能优异，可靠性高，对工况的适应性强。此泵具有多种控制模块，可实现压力、流量、功率、比例排量等多种控制模式。

此外，Rexroth公司用于二次调节系统的二次柱塞单元也是基于A4V系列产品衍生而成。A4VS系列泵还可使用难燃性介质，如水乙二醇，乳化液、磷酸酯。

A4VSO系列泵用于开式液压系统，图1-7为A4VSO系列柱塞泵截面示意图。A4VSG系列泵用于闭式液压系统，图1-8为A4VSG系列柱塞泵截面示意图。

图1-7 Rexroth公司A4VSO系列柱塞泵截面图（左）；图1-8 Rexroth公司A4VSG

2.1.5 A15VSO系列液压泵

A15VSO系列泵是近几年新推出的一款泵，目前国内市面上尚未大量使用。图1-9为A15VSO系列柱塞泵截面示意图，该泵壳体也为前两段式结构，后盖和壳体一体式，减少了泄漏点，壳体内部结构与流道优化，可降低噪音。此外，该系列泵斜盘可穿过中位反摆至另一侧。

图1-9 Rexroth公司A15VSO系列柱塞泵截面图

2.2

Parker公司斜盘式轴向柱塞泵概述

Parker公司斜盘式轴向柱塞液压泵虽然种类不多，但凭借其优异的产品性能依然取得了一定的市场份额，特别是其PVplus系列和Gold Cup系列柱塞泵获得了用户的高度认可。本节将主要介绍其P1/PD系列、P2/P3系列、PV+plus系列和Gold Cup系列产品。

2.2.1 P1/PD系列液压泵

P1/PD系列为中压泵，连续工作压力可达到280bar，排量范围为18-140ml/r，与Rexroth公司A10V(S)O系列泵规格参数相近，P1系列用于工程工况，PD系列用于工业工况。图1-10为P1/PD系列柱塞泵结构示意图，该款泵主轴采用圆锥滚子轴承支承，可同时承受轴向和径向载荷，缸体柱塞孔无铜套，平面配流，通过中心弹簧加载式球铰机构实现柱塞回程，斜盘采用静压支承（Parker公司样本中描述为hydrostatically balanced swash plate saddle bearings）。其中18、28和45三个排量规格泵后盖有预压缩容积（Pre-compression volum）以降低出口压力与流量脉动，关联阅读：N15：Pump Noise (Part 3) – Product with PCFV。此外，滑履采用粉末冶金工艺制作而成。

图1-10 Parker公司P1/PD系列柱塞泵结构示意图

P1/PD系列泵采用铜合金配油盘，P1系列和PD系列配油盘结构有所不同，如图1-11所示。

图1-11 Parker公司P1/PD系列柱塞泵配油盘

2.2.2 P2/P3系列液压泵

P2/P3系列为高压泵，连续工作压力可达到320bar， P2为标准系列，P3系列在泵缸体上装有叶轮，可提高泵自吸转速，为高速版。图1-12、图1-13分别为P2、P3系列柱塞泵结构示意图，泵主轴前端支承采用调心轴承，后端采用滑动轴承，平面配流，斜盘采用滑动轴承支承，通过中心弹簧加载式球铰机构实现柱塞回程，泵后盖有预压缩容积（Pre-compression volum）以降低出口压力与流量脉动。

图1-12 Parker公司P2系列柱塞泵结构示意图

图1-13 Parker公司P3系列柱塞泵结构示意图

P3泵吸油口位于壳体下侧，壳体上侧有排气孔，后盖上吸油腔流道与壳体完全相通，泵轴驱动缸体转动，装配在缸体上的叶轮对后盖吸油腔强制补油，以提高自吸转速。

2.2.3 PVplus系列液压泵

PVplus系列泵为工业用高压重载泵，公称压力为350bar，排量范围为16-360ml/r。图1-14为PVplus系列柱塞泵结构示意图。斜盘采用滑动轴承支承，高压油强制润滑。后盖设计有预压缩容积（pre-compression chamber /ripple chamber）可降低泵出口压力与流量脉动，运行噪音低。此泵无球铰，依靠斜盘上的恒定间隙回程机构使柱塞强制回程。

图1-14 Parker公司PVplus系列柱塞泵结构示意图

2.2.4 金杯（GOLD CUP Series）系列液压泵

金杯泵多用于闭式液压系统（此泵也可用作开式液压系统），其工称压力为350bar，最大排量可达500 ml/r。图1-15为金杯泵截面示意图，该款泵具有以下结构特点：平面配流；斜盘采用静压支承，斜盘表面安装有止推板；无球铰，依靠斜盘上的恒定间隙回程机构使柱塞强制回程（回程盘压板安装在滑履分布圆内侧）；缸体柱塞孔镶压铜套，缸底镶嵌双合金衬板，缸体外圆通过滚动轴承支承，提高了缸体的稳定性，主轴为两段式，且不承受弯矩；补油泵为摆线齿构造；斜盘变量机构为旋转伺服机构，无机械连杆（绝大多数泵斜盘与伺服活塞之间为连杆机构）；轴封方式可选装机械密封，耐压高；多数排量规格柱塞圆周外表面或缸体铜套内表面开有均压槽；壳体外形规整，易于铸造，但泵头阀构造复杂。

图1-15 Parker公司金杯系列柱塞泵结构示意图

2.3

Danfoss公司斜盘式轴向柱塞泵概述

Danfoss公司斜盘式轴向柱塞液压泵主要用于移动设备，其45系列和90系列柱塞泵市场用量较大。本节主要介绍其45系列、90系列和H1P系列产品。

2.3.1 45系列液压泵

45系列液压泵用于中压、小流量开式液压系统。该系列泵为平面配流方式，斜盘采用滑动轴承支承，缸体柱塞孔内无铜套。通过中心弹簧加载式球铰机构实现柱塞回程。45系列泵分为5个壳体规格，伺服机构各不相同。图1-16为E型壳体截面示意图。

图1-16 Danfoss公司S45系列柱塞泵E型壳体结构示意图

2.3.2 S90系列液压泵

S90系列泵用于闭式液压系统，其最高工作压力为450bar，最大排量可达250 ml/r。图1-17为S90系列柱塞泵截面示意图，该泵采用平面配流方式，配油盘非常薄，左旋泵与右旋泵配油盘可互相通用（只需将配流盘翻转安装即可），斜盘采用滚动轴承支承，此泵无球铰，通过斜盘上的恒定间隙回程机构使柱塞强制回程，主轴后轴承为滑动轴承，补油泵为摆线齿构造，缸体柱塞孔镶压铜合金衬套，缸底熔铸铜层。其电比例控制模块采用喷嘴挡板阀作为先导级，抗污染能力差。

图1-17 Danfoss公司S90系列柱塞泵结构示意图

2.3.3 H1P系列液压泵

H1P系列泵用于闭式液压系统，图1-18为H1P系列柱塞泵截面示意图。H1P系列相对S90系列在伺服机构上做了较大的改动，将电比例控制模块先导级改为比例阀，提高了抗污能力。此外，改进了补油泵构造，提高了容积效率。

图1-18 Danfoss公司H1P系列柱塞泵结构示意图

2.4

Linde公司斜盘式轴向柱塞泵概述

Linde公司斜盘式轴向柱塞液压泵在工程机械和农业机械上有不错的市场份额，其02系列产品性能优异。

2.4.1 HPR-02系列液压泵

HPR-02系列泵用于开式液压系统，其额定压力为420bar，最大排量可达280 ml/r。图1-19为HPR-02系列柱塞泵结构示意图，该系列泵最大特点是采用球窝型柱塞，柱塞反包滑履，斜盘最大摆角可达21°，故在相同的柱塞长度下增加了柱塞有效工作行程，从而提高泵功率密度，柱塞与滑履为钢对钢铰接，强度高，钢制滑履底面烧结铜层。此外，斜盘采用静压支撑，承载力大，相比滚动轴承节省空间；壳体外形规整，降低了铸造难度；可选配SPU降噪单元以减小泵出口油液流量脉动，从而降低噪音等级，关联阅读：N15：Pump Noise (Part 3) – Product with PCFV；此泵无球铰，依靠斜盘上的恒定间隙回程机构使柱塞强制回程。

图1-19 Linde公司HPR-02系列柱塞泵结构示意图

2.4.2 HPV-02系列液压泵

HPV-02系列泵用于闭式液压系统，图1-20为HPV-02系列柱塞泵结构示意图，其主体结构与HPR-02系列基本相同，区别在于伺服机构与控制模块。HPV-02系列泵有两个伺服柱塞，实现泵斜盘双向摆动，两个伺服柱塞分别调整各自方向的斜盘摆角，而HPR-02系列为一个伺服柱塞，一个偏置柱塞，通过伺服柱塞调整斜盘摆角。此外，HPV-02系列泵主轴后部通常串接内啮合齿轮泵，用作内置补油泵。

图1-20 Linde公司HPV-02系列柱塞泵结构示意图

2.5

Hawe公司斜盘式轴向柱塞泵概述

Hawe公司斜盘式轴向柱塞液压泵在国内市场用量不大，但是，鉴于其结构构造上有些特别之处，所以在此作以介绍。

2.5.1 V30D系列液压泵

V30D系列泵用于开式液压系统，其额定压力可达350bar，最大排量为250ml/r。图1-21为泵截面示意图，该泵最大的特点是：斜盘表面安装有双合金止推板，与钢制滑履底面组成铜/钢摩擦副，止推板表面（与滑履接触面）分布有很多储油坑，改善润滑，柱塞与滑履为钢对钢铰接，铰接强度高；缸体柱塞孔镶压铜套，缸体底面镶嵌双合金衬板；此外，该泵无球铰，依靠斜盘上的恒定间隙回程机构使柱塞强制回程。

图1-21 Hawe公司V30D系列柱塞泵结构示意图

2.6

Kawasaki公司斜盘式轴向柱塞泵概述

Kawasaki公司K3V/K5V系列斜盘式轴向柱塞液压泵在挖机上用量非常大，性能优异，质量可靠，获得了用户的高度认可。

2.6.1 K3V/K5V系列液压泵

K3V/K5V系列泵用于开式液压系统，额定压力可达350bar，可选用单泵满足中小流量场合，或通过双泵串联满足大流量需求。K5V系列是在K3V系列基础上的升级产品，主体结构基本相同，K3V63/112/140/180分别升级到K5V80/140/160/200,斜盘角度由16°增大至18°，功率密度大大提高。图1-22为K5V系列柱塞泵截面示意图，该系列泵采用球面配流，通过弹簧加载式球铰机构实现柱塞回程，斜盘表面安装有止推板，壳体上支撑斜盘的圆弧支座处焊接有铜层，无独立轴瓦，斜盘采用滑动支承方式（K3V系列多数排量规格采用静压支承）。

图1-22 Kawasaki公司K5V系列柱塞泵结构示意图

说明

本期内容侧重点在于对知名厂家柱塞泵整体结构有个初步认识，文中含有大量彩图方便读者阅览，当然，还有个别插图不是很清晰，由于本人时间、精力有限，无法重新描图，还请大家理解。

此外，本章节的主要目的在于从整体结构上对比不同厂家，或者同一厂家不同系列泵的结构差异和设计理念。文中的附图和针对泵结构的相关描述无法代表该系列泵所有规格排量，因为同系列泵不同排量规格其结构不完全相同，甚至差别较大，所以读者在阅览时侧重点应放在该系列泵的主体结构，而不是某一排量规格，请大家知悉。

原创： 辛晓升 iHydrostatics静液压

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来源：液压草根