軸向柱塞泵（馬達(dá)）的發(fā)展歷史

軸向柱塞泵（馬達(dá)）是現(xiàn)代液壓傳動(dòng)中使用最廣的液壓元件之一。由于其可以很方便地實(shí)現(xiàn)變量，使液壓系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)和無(wú)級(jí)變速，因此被廣泛地應(yīng)用于各種液壓系統(tǒng)中。

軸向柱塞泵（馬達(dá)）的雛形可以追溯到16世紀(jì)初，Ramelli開發(fā)了用于從礦井里往外汲水的皮革密封的軸向柱塞泵，從結(jié)構(gòu)上看，它和現(xiàn)在的柱塞泵已經(jīng)十分相似。直到1905年，美國(guó)Harvey Wlliam教授和Reynold Janny工程師設(shè)計(jì)了端面配流的斜盤泵（馬達(dá)）的靜液傳動(dòng)裝置，用在軍艦炮塔轉(zhuǎn)向的液壓系統(tǒng)中，后來(lái)人們稱此結(jié)構(gòu)的泵為Janny泵，而且他們首次把礦物油引入傳動(dòng)介質(zhì)，為現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展拉開了序幕。

1907年，美國(guó)人Renault改進(jìn)了Janny泵柱塞傳動(dòng)機(jī)械，有效地提高了其運(yùn)行效率。

斜軸式柱塞泵發(fā)展較晚，1930年，瑞士Hans Thomas教授設(shè)計(jì)了第一臺(tái)斜軸泵，后人常把斜軸泵稱為Thomas泵，其缸體中心線與傳動(dòng)軸中心線成一夾角，使缸體對(duì)配流盤的傾復(fù)力矩減小，因此允許的傾角較大。

20世紀(jì)50年代中期，美國(guó)Denison公司和英國(guó)Lucas公司擺脫Janny泵的傳統(tǒng)，設(shè)計(jì)了軸承支承缸體的斜盤泵。這種泵傳動(dòng)軸只傳遞轉(zhuǎn)矩，不傳遞彎矩，保障了配流副的良好接觸，加上制造水平的提高，使其工作壓力提高到35MPa,轉(zhuǎn)速也大幅提高，引起斜盤泵歷史上的一次飛躍。

20世紀(jì)60年代中期，由于對(duì)液壓系統(tǒng)集成化的要求，特別是在行走車輛閉式回路的應(yīng)用，通軸泵獲得了新的發(fā)展。由于主軸尾端可以安裝輔助泵或其他作用的泵，使通軸泵具有集成多種元件的復(fù)合功能，大大簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)，這是斜盤泵（馬達(dá)）發(fā)展的另一次飛躍。

20世紀(jì)70年代以后，歐美很多軸向柱塞泵（馬達(dá)）的制造商逐漸崛起，針對(duì)不同領(lǐng)域做了很多技術(shù)革新，比如Vickers公司針對(duì)注塑機(jī)節(jié)能的要求推出PVB輕型泵；泵（馬達(dá)）和電子技術(shù)的結(jié)合也越來(lái)越緊密，出現(xiàn)了多種多樣的控制方式。

1966年，我國(guó)綜合了國(guó)外斜盤式柱塞泵的特點(diǎn)后，設(shè)計(jì)出了CY14-1型軸向柱塞泵（馬達(dá)）。經(jīng)過30多年的實(shí)線，對(duì)CY14.1型泵（馬達(dá)）相繼做過四次大的改進(jìn)，前兩次以標(biāo)準(zhǔn)化和縮小體積為主，改進(jìn)為CY14-1A型；第三次針對(duì)配油盤燒損和斜盤磨損以及工藝問題，形成了CY14-1B型泵（馬達(dá)）；第四次針對(duì)CY14-1B型噪聲高、轉(zhuǎn)速低、易松靴脫靴、可靠性差、自吸能力差、規(guī)格不全和無(wú)通軸泵等缺陷，開發(fā)了Q“CY14-1Bk系列開式低噪聲泵和QT“CY14-1Bk系列通軸泵。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，德國(guó)Bosch Rexroth公司開發(fā)出了A4V泵。柱塞與傳動(dòng)軸成一交角，工作時(shí)離心力有助于柱塞的回程，也有利于減小配流盤直徑，降低缸體配流面的線速度；采用球面配流，有利于補(bǔ)償軸向偏載對(duì)缸體產(chǎn)生的傾覆力矩，這種類型的泵已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域。目前，作為變量泵和變量馬達(dá)使用的幾乎全部是軸向柱塞泵，它又分為斜軸式與斜盤式兩種，現(xiàn)分別敘述如下。

(1)彎軸或軸向柱塞泵（馬達(dá)）這是漢斯·托馬(Hans Thoma)1940年的.發(fā)明。此后于1946年，他又對(duì)缸體的同步驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了改進(jìn)，將萬(wàn)向接頭改為連桿方式，將閥板由平面改成球面。最近，博世力士樂(Bosch Rexroth)公司又推出了將連桿與柱塞組成一體的采用錐形柱塞（柱塞桿裝在密封部上）的改進(jìn)型式。該發(fā)明自問世以來(lái)60多年間內(nèi)不斷進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)在已經(jīng)成為各領(lǐng)域最廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品。

目前只有博世力士樂公司生產(chǎn)變量彎軸泵，主要品種有A7V系列，排量為20~1000mL/r,最高壓力為35MPa,變量角為18°。該公司還開發(fā)了A7VO系列泵，該泵為錐形連桿活塞式，排量為28~1000mL/r,最高壓力為40MPa。

在A7V和A7VO基礎(chǔ)上，博世力士樂公司還開發(fā)了A6V和A6VM變量馬達(dá)。此外，林德公司也生產(chǎn)BMV/R型變量彎軸馬達(dá)，但最大排量只有50.2~60.3mL/r,額定壓力為42MPa,最高壓力為50MPa,供小型液壓設(shè)備閉式回路用。目前，北京華德液壓集團(tuán)有限公司、上海液壓泵廠、貴陽(yáng)501廠等生產(chǎn)博世力士樂的彎軸泵和馬達(dá)。彎軸泵和馬達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)如下。

1)由于結(jié)構(gòu)原因，彎軸泵不能帶輔助泵，因此只能作為開式回路用泵；此外，由于彎軸泵的變量機(jī)構(gòu)帶動(dòng)缸體一起擺動(dòng)，因此變量的響應(yīng)速度較低。

2)作為變量泵，由于其制造工藝復(fù)雜，成本較高，因此，排量在250mL/r以下的變量泵正逐步喪失競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但大排量泵還非其莫屬。

3)無(wú)論定量還是變量馬達(dá)，特別是彎軸角40°的錐形連桿活塞結(jié)構(gòu)，由于其具有起動(dòng)和傳遞轉(zhuǎn)矩大的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，有較好的發(fā)展前途。

(2)斜盤式軸向柱塞泵與馬達(dá)這是對(duì)1905年哈維·威廉(Harvey Wil-liams)和雷諾茲·詹尼(Reynolds Janney)發(fā)明的軸式液壓傳動(dòng)裝置進(jìn)行改進(jìn)后得到的，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單的變量泵與變量馬達(dá)，1950年后已開始了大量生產(chǎn)。與斜軸式相比，它體積小、重量輕，具有良好的排量控制響應(yīng)性能，所以在各種液壓泵中的應(yīng)用日益擴(kuò)大。斜盤式軸向柱塞泵與馬達(dá)還可以有輕型與重載之分。

1)輕型軸向柱塞泵和馬達(dá)。早在20世紀(jì)60年代，一些柱塞泵的生產(chǎn)廠家就企圖發(fā)展一種中壓（中等負(fù)載）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，可以與齒輪泵和葉片泵競(jìng)爭(zhēng)的變量柱塞泵。在20世紀(jì)60年代初期，英國(guó)D0WTY公司設(shè)計(jì)了一種名為“Vadis?”的斜盤式軸向柱塞泵，其最高壓力為20MPa,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用許多少切削和無(wú)切削加工零件，需要機(jī)加工的零件只有8種，其成本甚至可以和齒輪泵競(jìng)爭(zhēng)。與此同時(shí)，美國(guó)威格士(Vickers)公司也設(shè)計(jì)了一種PVB系列輕型柱塞泵，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配流盤與后蓋連成一體，缸體、滑靴等零件都由鑄鐵或粉末冶金制造，采用單作用缸（彈簧回程）實(shí)現(xiàn)變量，主要用于機(jī)床上，并曾經(jīng)作為7MPa以下壓力用于乳化液介質(zhì)中，不過當(dāng)時(shí)并沒有引起人們的重視。直到20世紀(jì)70年代末，日本大金公司在引進(jìn)美國(guó)桑斯川特公司15和18系列泵的基礎(chǔ)上開發(fā)出V15和V38系列輕型柱塞泵（排量分別為14.8mL/min和37.7mL/min,額定壓力為14MPa,最高壓力為21MPa)后，輕型柱塞泵才引起世人的重視。

日本大金公司的輕型柱塞泵，許多結(jié)構(gòu)與PVB泵相似。它也是采用單作用變量缸，用彈簧使斜盤復(fù)位，為了減小復(fù)位彈簧的力，在設(shè)計(jì)中，使斜盤的回轉(zhuǎn)中心高于缸體中心線與滑靴球頭中心平面的交點(diǎn)，以便壓緊缸體的中心彈簧和柱塞缸內(nèi)液體壓力共同使斜盤復(fù)位。也許由于摩擦副材料和熱處理的原因，日本大金公司的輕型柱塞泵在缸體與后蓋之間仍安裝有配流盤。

日本大金公司開發(fā)的輕型柱塞泵引起人們的廣泛重視，在1981年日本油空壓展覽會(huì)上，日本油研、萱場(chǎng)、豐興、不二越等公司都相繼展出了輕型柱塞泵。

在20世紀(jì)90年代前后，世界上許多廠家相繼開發(fā)出了輕型柱塞泵，如美國(guó)的桑斯川特、伊頓、丹尼遜、派克，德國(guó)的博世力士樂，意大利的阿托斯等都有這類產(chǎn)品。我國(guó)耶限壓件在1983年引進(jìn)了美國(guó)PVB輕型柱塞泵，隨后重慶液壓件廠也從德國(guó)博世力士樂公司引進(jìn)了A10V輕型柱塞泵，但是由于售價(jià)太貴，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)并未得到大量推廣使用。

所有的輕型柱塞泵都是以恒壓變量泵為基礎(chǔ)。在開發(fā)輕型柱塞泵以后，日本大金公司最早開發(fā)了負(fù)荷傳感變量泵，并用于注塑機(jī)，使泵的輸出功率最接近于負(fù)載所需的功率，就是在泵空載時(shí)，變量機(jī)構(gòu)也能自回零位，使系統(tǒng)的空載功率消耗也達(dá)到最小。

2)重載斜盤泵和馬達(dá)。重載斜盤泵和馬達(dá)是指用于工作條件較惡劣、負(fù)載重、額定壓力為31.5~42MPa、最高壓力為40~50MPa結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的斜盤泵和馬達(dá)。

①閉式回路用斜盤泵與馬達(dá)系統(tǒng)。它廣泛地用于工程和建設(shè)機(jī)械。其特點(diǎn)是泵上裝有補(bǔ)油泵，泵和液壓馬達(dá)上共同裝有閉式系統(tǒng)用全套集成閥，用戶只要連接兩根管道，就能使該系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，如振動(dòng)壓路機(jī)、水泥攪拌車等就廣泛采用這種系統(tǒng)。最早生產(chǎn)這種產(chǎn)品的是美國(guó)薩澳(SAUER)公司，其產(chǎn)品為20系列泵與馬達(dá)系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代中期，上海高壓油泵廠引進(jìn)了美國(guó)薩澳(SAUER)20系列泵與馬達(dá)系統(tǒng)?，F(xiàn)在，薩澳(SAUER)公司已在上海浦東合資生產(chǎn)最新的90系列泵與馬達(dá)系統(tǒng)。

目前，世界上已經(jīng)有多家公司生產(chǎn)這類泵與馬達(dá)閉式系統(tǒng)。其中比較著名的有美國(guó)伊頓(Eaton)公司、丹尼遜(Denison)公司，德國(guó)的博世力士樂公司、林德公司等。其中美國(guó)公司都是斜盤泵斜盤馬達(dá)閉式系統(tǒng)，德國(guó)博世力士樂公司是斜盤泵-彎軸馬達(dá)閉式系統(tǒng)，而林德公司既有斜盤泵斜盤馬達(dá)閉式系統(tǒng)，也有斜盤泵彎軸馬達(dá)閉式系統(tǒng)。我國(guó)貴州力源液壓件廠也生產(chǎn)薩澳(SAUER)20系列泵與馬達(dá)閉式系統(tǒng)。

②開式系統(tǒng)用斜盤泵。通常，開式系統(tǒng)泵相對(duì)于閉式系統(tǒng)泵有更高的要求，要求其有較好的自吸能力，較低的噪聲和較多的變量型式，所以閉式系統(tǒng)泵一般不能用于開式系統(tǒng)。然而，閉式系統(tǒng)泵生產(chǎn)廠家為了降低成本，提高泵的零件通用化程度，往往在閉式系統(tǒng)泵的基礎(chǔ)上派生出開式系統(tǒng)泵，如博世力士樂公司的A4SV0開式系統(tǒng)泵就是由閉式系統(tǒng)泵A4V基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的；林德公司的HPR202系列開式系統(tǒng)泵是HPV202閉式系統(tǒng)泵的改進(jìn)產(chǎn)品。我國(guó)目前大量生產(chǎn)的CY型軸向柱塞泵也屬于開式系統(tǒng)重載斜盤泵。