一种柱塞泵配流端盖及柱塞泵的制作方法

1.本发明涉及一种柱塞泵配流端盖及柱塞泵，属于柱塞泵技术领域。

背景技术：

2.柱塞泵的噪声分为结构噪声和流体噪声，二者紧密连接而又相互影响。柱塞泵结构噪声主要是因为柱塞腔在吸油和排油相互切换过程中，高低压切换导致的压力冲击，压力冲击带动柱塞泵零部件振动，这是柱塞泵结构噪声的振动源头。柱塞泵流体噪声主要是因为柱塞泵有限个数柱塞(通常为7或9个)的结构，在柱塞泵工作过程中，存在较大的流量脉动，流量脉动又伴随着同周期频率的压力冲击，这是柱塞泵流体噪声的振动源头。柱塞泵结构噪声和流体噪声通过柱塞泵内部零部件，传递到柱塞泵壳体端盖上，最后以噪声的形式辐射到周围环境中，产生噪声污染。
3.针对柱塞泵减振降噪的问题，现有技术方案主要从阻隔振动传递途径和降低振动源幅度两方面着手：阻隔振动传递途径是通过提高振动源的衰减速率，主要是对壳体进行结构优化改进，从而降低传递到环境中的噪声幅值，比如：在后泵壳体上设置消音座和消音孔结构，但该途径并不能从源头消除噪音，且会增加壳体重量，从而降低了柱塞泵的功率密度。降低振动源幅度是从源头上降低流量脉动幅值和压力冲击幅值，现有柱塞泵多集中在对配流机构吸排油过渡区的结构优化改进，降低压力冲击，从而降低柱塞泵的结构噪声，比如：在配流盘吸排油过渡区设置三角槽和节流孔等结构,但该途径设计匹配难度大，难以实时动态降低压力冲击，降噪效果有限，且结构复杂，制造成本高；再比如：在端盖上设置预压缩容腔，但其结构复杂，零部件较多，降噪幅度有限。
4.在液压系统层面，主机应用柱塞泵时，现有技术中大多会在柱塞泵出油口布置吸振盲管或蓄能器，从而减少给主机液压系统带来的振动噪声，但该方案需多次对比试验以获得最佳盲管长度，导致主机液压系统成本增大。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种柱塞泵配流端盖及柱塞泵，能够显著境地柱塞泵流量脉动和压力冲击的强度，从而降低柱塞泵的振动和噪声，具有结构简单、重量轻、成本低的优点。
7.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
8.第一方面，本发明提供一种柱塞泵配流端盖，包括吸油流道和排油流道，所述吸油流道和/或所述排油流道沿流体流动方向分布有若干消音槽；
9.所述消音槽包括导流部和扭转部；
10.所述导流部用于将流道中的流体导流至所述扭转部；
11.所述扭转部用于扭转流体的流动方向，以使从所述消音槽流出的流体与流道中的
流体发生对冲。
12.结合第一方面，进一步的，所述吸油流道和/或所述排油流道同一环向分布线上的消音槽呈闭合环状结构。
13.结合第一方面，进一步的，所述吸油流道和/或所述排油流道同一环向分布线上的消音槽间断分布，相邻环向分布线上的消音槽错位分布。
14.结合第一方面，进一步的，所述导流部包括弧面过渡段和锥面段，所述锥面段沿流体流动方向逐渐远离流道中心；所述扭转部包括凸起圆弧段；所述弧面过渡段、锥面段、凸起圆弧段顺序连接，且所述锥面段分别与所述弧面过渡段、所述凸起圆弧段相切；所述弧面过渡段与流道内壁衔接且相切。
15.结合第一方面，进一步的，所述弧面过渡段的轮廓线为圆弧，所述圆弧的半径为3～5mm；
16.所述锥面段的轮廓线为直线，所述直线与流体流动方向夹角为15～45
°
；
17.所述凸起圆弧段的轮廓线为半圆弧，所述半圆弧的半径为3～10mm，所述半圆弧的圆心距流道内壁的距离为2～6mm。
18.结合第一方面，进一步的，所述凸起圆弧段与流道内壁通过过渡圆倒角衔接。
19.结合第一方面，进一步的，所述过渡圆倒角的半径为0.2～0.5mm。
20.结合第一方面，进一步的，除所述消音槽外，所述吸油流道和所述排油流道的流道横截面积处处相同。
21.结合第一方面，进一步的，沿所述流体流动方向，所述排油流道上流体从排油入口至第一个消音槽的流动距离、以及流体流经相邻消音槽之间的距离满足如下关系式：
[0022][0023]
其中：k为正整数，v0为柱塞泵的排量，z为柱塞泵中柱塞的个数，s1为所述排油流道上除消音槽外其余部分的横截面积；
[0024]
沿所述流体流动方向，所述吸油流道上流体从吸油入口至第一个消音槽的流动距离、以及流体流经相邻消音槽之间的距离满足如下关系式：
[0025][0026]
其中：p为正整数，q2为柱塞泵的吸油流量，f2为柱塞泵吸油流量的脉动频率，s2为所述吸油流道上除消音槽外其余部分的横截面积。
[0027]
第二方面，本发明提供一种柱塞泵，包括前述任一项所述的柱塞泵配流端盖。
[0028]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
[0029]
所述吸油流道和/或所述排油流道沿流体流动方向分布有若干消音槽，消音槽包括有扭转部以扭转流体的流动方向，以使从所述消音槽流出的流体与流道中的流体发生对冲，流体对冲过程中存在能量消耗，使得流量脉动和压力冲击的强度得到削减，当流体顺次经过多个消音槽后，流量脉动和压力冲击的强度将被逐级削减，相应的流量噪声也得以降低；消音槽不仅结构简单、易于实现，有助于降低生产成本，且能够减轻柱塞泵配流端盖的重量。
附图说明
[0030]
图1是本发明实施例一提供的一种柱塞泵配流端盖的结构示意图；
[0031]
图2是图1中排油流道的三维结构示意图；
[0032]
图3是图2中排油流道另一视角的三维结构示意图；
[0033]
图4是图1中吸油流道的三维结构示意图；
[0034]
图5是图4中吸油流道另一视角的三维结构示意图；
[0035]
图6是图1中消音槽的一种三维结构示意图；
[0036]
图7是图6中消音槽另一视角的三维结构示意图；
[0037]
图8是图6中消音槽的截面图；
[0038]
图9是图6所示消音槽中流体流动示意图；
[0039]
图10是采用图1所示柱塞泵配流端盖试验得到的柱塞泵流量脉动和压力冲击曲线图；
[0040]
图11是本发明实施例二提供的消音槽的三维结构示意图；
[0041]
图12是图11沿流道某一纵向分布线展开后的结构示意图。
[0042]
图中：1、配流端盖；1-1、排油流道；1-1b、排油入口；1-1c、排油出口；a-n、排油消音槽；d-j、吸油消音槽；1-2、吸油流道；1-2b、吸油入口；1-2c、吸油出口；a02、弧面过渡段；a01、锥面段；a03、凸起圆弧段；l1、环向分布线；l2、纵向分布线。
具体实施方式
[0043]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0044]
实施例一：
[0045]
如图1所示，是本发明实施例提供的一种柱塞泵配流端盖，配流端盖1内开设有排油流道1-1和吸油流道1-2，排油流道1-1和吸油流道1-2均未空心结构，可以采用铸造方式一体铸造成型。排油流道1-1和吸油流道1-2分布于配流端盖1的两侧，排油流道1-1上设置排油入口1-1b、排油出口1-1c和若干个排油消音槽a-n；吸油流道1-2上设置吸油入口1-2b、吸油出口1-2c和若干个吸油消音槽d-j。
[0046]
在本发明实施例中，排油消音槽a-n和吸油消音槽d-j结构相同，均包括导流部和扭转部。所述导流部用于将流道中的流体导流至所述扭转部；所述扭转部用于扭转流体的流动方向，以使从所述消音槽流出的流体与流道中的流体发生对冲，具体可参见图9。流体对冲过程中存在能量消耗，使得流量脉动和压力冲击的强度得到削减，当流体顺次经过多个消音槽后，流量脉动和压力冲击的强度将被逐级削减，相应的流量噪声也得以降低。
[0047]
作为本发明的一种实施例，排油入口1-1b和吸油出口1-2b均为腰形，且相对分布于配流端盖1的同一平面上。需要说明的是，排油出口1-1c和吸油入口1-2c还可为椭圆形、圆形或其他形状，也不必位于配流端盖1同一平面上，排油出口1-1c和吸油入口1-2c的形状和分布位置可以根据实际需要进行选择。
[0048]
如图2、图3所示，示出了本发明实施例中排油流道的结构示意图，图中箭头所指方向为高压流体流动方向，排油流道1-1为柱塞泵提供高压流体的流出通道，高压流体从排油入口1-1b进油，流经排油流道1-1及排油消音槽a-n，经若干个顺次排布的排油消音槽a-n，
高压流体的流量脉动和压力冲击逐级削减，最后由排油出口1-1c流出进入主机液压系统。根据附图可知，在本发明实施例中，各排油消音槽a-n沿排油流道1-1的纵向分布线依序间隔排布，排油消音槽a-n沿排油流道1-1的环向分布线延伸形成闭合环状结构。
[0049]
如图4、图5所示，示出了本发明实施例中吸油流道的结构示意图，图中箭头所指方向为低压流体流动方向，吸油流道1-2为柱塞泵提供低压流体油源，低压流体从吸油入口1-2b进油，流经吸油流道1-2及吸油消音槽d-j，经若干个顺次排布的吸油消音槽d-j，低压流体的流量脉动和压力冲击逐级削减，由吸油出口1-2c流出进入柱塞泵吸油柱塞腔。根据附图可知，在本发明实施例中，吸油消音槽d-j的排布方式及结构均与排油消音槽a-n相同，各吸油消音槽d-j沿吸油流道1-2的纵向依序间隔排布，吸油消音槽d-j沿吸油流道1-2的环向延伸形成闭合环状结构。
[0050]
需要说明的是，图中a-1,a-2,a-3,a-4,
…
,a-n以及d-1,d-2,d-3,d-4,
…
,d-j仅仅用于表示消音槽的序号，距离入口最近的消音槽序号为1，沿流体流动方向从1顺次标号。
[0051]
为便于描述，下面将排油消音槽a-n和吸油消音槽d-j统称为消音槽，在本发明实施例中排油消音槽a-n和吸油消音槽d-j的结构和形状均相同，图6～8示出了消音槽的具体结构：
[0052]
所述导流部包括弧面过渡段a02和锥面段a01，弧面过渡段a02的起始端与流道衔接，且与流道内壁相切，弧面过渡段a02的末端与锥面段a01衔接，且与锥面段a01相切。锥面段a01沿流体流动方向逐渐远离流道中心，即导流部整体呈现为喇叭状结构。所述扭转部包括凸起圆弧段a03，凸起圆弧段a03的起始端与锥面段a01的末端衔接，且与锥面段a01的末端相切，凸起圆弧段a03的末端与流道内壁衔接。
[0053]
弧面过渡段a02、锥面段a01、凸起圆弧段a03顺次衔接并相切的设置结构，可以保证流体流经消音槽时流动更加平稳。为此，进一步的，凸起圆弧段a03与流道内部可以通过过渡倒圆角衔接。
[0054]
参见图9，为更加清楚的显示流体在流道的流动效果，图9将消音槽的结构放大后，示出了流道内流体流动示意图，图中箭头方向表示流体流动方向，根据附图可见：
[0055]
当脉动流体流经一个消音槽时，贴近流道内壁的流体沿消音槽的弧面过渡段a02、锥面段a01和凸起圆弧段a03的结构轮廓进行流动，流动方向被强行扭转，并与后续进入消音槽的脉动流体形成侧向对冲或相对冲撞，对冲过程中流体能量产生轻微消耗，流量脉动和压力冲击的强度得到削减，流量噪声幅度也得以降低。当消音槽设置有多个时，流量脉动和压力冲击的强度将被逐级削减，直至近乎消失，柱塞泵的流体噪声也会被显著降低。
[0056]
作为本发明的可选实施例，弧面过渡段a02的轮廓线为圆弧，圆弧半径r1为3～5mm；锥面段a01的轮廓线为直线，直线与流体流动方向夹角β为15～45
°
；凸起圆弧段a03的轮廓线为半圆弧，半圆弧半径r为3～10mm，凸起圆弧段a03的半圆弧圆心距流道边界的距离h为2～6mm，过渡倒圆角的半径r2为0.2～0.5mm。
[0057]
应当明白，附图中仅仅示出了消音槽的部分可选形状，在实际生产制造过程中，消音槽的形状可以与排油流道1-1和吸油流道1-2上消音槽所在位置的截面外边缘所形成的封闭环形状相同，可以是圆环、椭圆环或其他任何可能的封闭环。
[0058]
为保证流体流速稳定，排油流道1-1上除排油消音槽外，其余部分截面积处处相同，均为s1；吸油流道1-2上除吸油消音槽外，其余部分截面积处处相同，均为s2。
[0059]
为了保证脉动流体流经每个消音槽时，在脉动周期t内得到的削减时间点和位置相同，以最终确保流量脉动和压力冲击的强度得到平稳削减，流体流经相邻消音槽的距离(附图2中的l
m-n
，附图4中的l
i-j
)、流体从进油口至第一个消音槽的流动距离(附图2中的l
1b-1
，附图4中的l
2b-1
)必须与柱塞泵的技术参数满足如下数学关系。
[0060]
对于排油流道：
[0061]
高压流体的流量q1为
[0062]
q1＝v0·
ω
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-1)
[0063]
高压流体的流速v1为
[0064]
v1＝q1/s1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-2)
[0065]
高压流体的脉动频率f1为
[0066]
f1＝2π/60
·z·
ω
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-3)
[0067]
高压流体的脉动周期t1为
[0068]
t1＝1/f1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-4)
[0069]
排油消音槽的理论最小间距l
min1
为
[0070]
l
min1
＝v1·
t1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-5)
[0071]
式(1-1)、(1-2)、(1-3)、(1-4)、(1-5)中，v0表示柱塞泵的排量；ω表示柱塞泵的转速；s1表示排油流道1-1上除排油消音槽外，其余部分的截面积；z表示柱塞泵中柱塞的个数，通常为7或9。
[0072]
根据式(1-1)、(1-2)、(1-3)、(1-4)、(1-5)，流体流经相邻排油消音槽的距离为l
m-n
为
[0073][0074]
式(1-6)中，k为正整数，k＝1,2,3
…
。
[0075]
根据式(1-1)、(1-2)、(1-3)、(1-4)、(1-5)，流体从排油入口1-1b至第一个排油消音槽a-1的流动距离l
1b-1
为
[0076][0077]
式(1-7)中，x为正整数；x＝1,2,3
…
，x与k可以取相同值也可以取不同值。
[0078]
对于吸油流道：
[0079]
低压流体的流速v2为
[0080]
v2＝q2/s2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-8)
[0081]
低压流体的脉动周期t2为
[0082]
t2＝1/f2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-9)
[0083]
吸油消音槽的理论最小间距l
min2
为
[0084]
l
min2
＝v2·
t2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-10)
[0085]
式(1-8)、(1-9)、(1-10)中，q2表示柱塞泵的吸油流量；s2表示吸油流道1-2上除吸油消音槽外，其余部分的截面积；f2表示柱塞泵吸油流量的脉动频率，如吸油口增压离心泵的流量脉动频率。
[0086]
根据式(1-8)、(1-9)、(1-10)，流体流经相邻吸油消音槽的距离为l
i-j
为
[0087][0088]
式(1-11)中，p为正整数，p＝1,2,3
…
。
[0089]
根据式(1-8)、(1-9)、(1-10)，流体从吸油入口1-2b至第一个吸油消音槽d-1的流动距离l
2b-1
为
[0090][0091]
式(1-12)中，y为正整数，y＝1,2,3
…
。
[0092]
如附图10所示，是采用图1所示柱塞泵配流端盖试验得到的柱塞泵流量脉动和压力冲击曲线图，仿真工况为：排量为280cc/r的9柱塞的柱塞泵，流体为46#抗磨液压油，泵转速1900rpm，流量为532l/min，常态压力350bar，吸油流道1-2：除吸油消音槽外，其余部分截面积s2均为2000mm2；排油流道1-1：除排油消音槽外，其余部分截面积s1均为804mm2；消音槽：弧面过渡段a02的轮廓圆弧半径r1为5mm；锥面段a01的轮廓与流体流动方向夹角β为40
°
；凸起圆弧段a03的轮廓圆弧半径r为3mm，圆弧圆心距流道边界的距离h为2mm，过渡倒圆角的半径r2为0.5mm。根据图10可以看出，吸油流道1-2或排油流道1-1中脉动形式的流体流经第一个消音槽后，流量脉动和压力冲击的强度得到第一次削减，流经第2个消音槽后，强度再次被削减
……
以此类推，经过若干个消音槽后，流体到达出油口后，流量脉动和压力冲击近乎消失，最终柱塞泵的流体噪声显著降低。
[0093]
实施例二：
[0094]
参照图11、12，示出了本发明实施例提供的一种消音槽，与实施例一的不同之处在于，在本发明实施例中，流道同一环向分布线上的消音槽间断分布，相邻环向分布线上的消音槽错位分布。
[0095]
参见图12，消音槽沿流体流动方向分布形成纵向分布线，沿流道环向分布形成环向分布线，纵向分布线和环向分布线的个数均不小于3，消音槽分布在第奇数条纵向分布线与第奇数条环向分布线相交处、第偶数条纵向分布线与第偶数条环向分布线相交处。
[0096]
本发明实施例提供的消音槽同样能够降低柱塞泵的流体噪声。
[0097]
需要说明的是，对于吸油流道和排油流道，两者可以均采用如实施例一所示的消音槽结构，也可以均采用如实施例二所示的消音槽结构，也可以其中一个流道选用如实施例一所示的消音槽结构，另一流道选用如实施例二所示的消音槽结构。
[0098]
实施例三：
[0099]
本发明实施例提供一种柱塞泵，该柱塞泵可以采用如实施例一或实施例二所示的配流端盖。为此，本发明实施例提供的柱塞泵能够达到如实施例一或实施例二所述的技术效果，在此不作赘述。
[0100]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种柱塞泵配流端盖，包括吸油流道和排油流道，其特征在于，所述吸油流道和/或所述排油流道沿流体流动方向分布有若干消音槽；所述消音槽包括导流部和扭转部；所述导流部用于将流道中的流体导流至所述扭转部；所述扭转部用于扭转流体的流动方向，以使从所述消音槽流出的流体与流道中的流体发生对冲。2.根据权利要求1所述的柱塞泵配流端盖，其特征在于，所述吸油流道和/或所述排油流道同一环向分布线上的消音槽呈闭合环状结构。3.根据权利要求1所述的柱塞泵配流端盖，其特征在于，所述吸油流道和/或所述排油流道同一环向分布线上的消音槽间断分布，相邻环向分布线上的消音槽错位分布。4.根据权利要求1所述的柱塞泵配流端盖，其特征在于，所述导流部包括弧面过渡段和锥面段，所述锥面段沿流体流动方向逐渐远离流道中心；所述扭转部包括凸起圆弧段；所述弧面过渡段、锥面段、凸起圆弧段顺序连接，且所述锥面段分别与所述弧面过渡段、所述凸起圆弧段相切；所述弧面过渡段与流道内壁衔接且相切。5.根据权利要求4所述的柱塞泵配流端盖，其特征在于，所述弧面过渡段的轮廓线为圆弧，所述圆弧的半径为3～5mm；所述锥面段的轮廓线为直线，所述直线与流体流动方向夹角为15～45
°
；所述凸起圆弧段的轮廓线为半圆弧，所述半圆弧的半径为3～10mm，所述半圆弧的圆心距流道内壁的距离为2～6mm。6.根据权利要求4所述的柱塞泵配流端盖，其特征在于，所述凸起圆弧段与流道内壁通过过渡圆倒角衔接。7.根据权利要求6所述的柱塞泵配流端盖，其特征在于，所述过渡圆倒角的半径为0.2～0.5mm。8.根据权利要求1所述的柱塞泵配流端盖，其特征在于，除所述消音槽外，所述吸油流道和所述排油流道的流道横截面积处处相同。9.根据权利要求1所述的柱塞泵配流端盖，其特征在于，沿所述流体流动方向，所述排油流道上流体从排油入口至第一个消音槽的流动距离、以及流体流经相邻消音槽之间的距离满足如下关系式：其中：k为正整数，v0为柱塞泵的排量，z为柱塞泵中柱塞的个数，s1为所述排油流道上除消音槽外其余部分的横截面积；沿所述流体流动方向，所述吸油流道上流体从吸油入口至第一个消音槽的流动距离、以及流体流经相邻消音槽之间的距离满足如下关系式：其中：p为正整数，q2为柱塞泵的吸油流量，f2为柱塞泵吸油流量的脉动频率，s2为所述吸油流道上除消音槽外其余部分的横截面积。
10.一种柱塞泵，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的柱塞泵配流端盖。

技术总结

本发明公开了一种柱塞泵配流端盖及柱塞泵，所述配流端盖包括吸油流道和排油流道，所述吸油流道和/或所述排油流道沿流体流动方向分布有若干消音槽；所述消音槽包括导流部和扭转部；所述导流部用于将流道中的流体导流至所述扭转部；所述扭转部用于扭转流体的流动方向，以使从所述消音槽流出的流体与流道中的流体发生对冲。本发明通过消音槽扭转流体的流动方向，以使从消音槽流出的流体与流道中的流体发生对冲，流体对冲过程中存在能量消耗，使得流量脉动和压力冲击的强度得到削减，从而显著降低流量噪声。本发明不仅结构简单、易于实现，有助于降低生产成本，且能够减轻柱塞泵配流端盖的重量。盖的重量。盖的重量。