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來源：互聯網

柱塞泵（plunger pump）是液壓系統的動力源，屬于系統的“心臟”，是液壓系統中最核心、技術難度最大的組成部分，其主要功能是從主缸儲液罐中泵出制動液，升壓后送到蓄能器。

1905年，美國Janny設計了世界上第一臺斜盤式軸向柱塞泵；20世紀50-60年代，軸向柱塞泵采用軸承支承缸體的形式，以及通軸泵的誕生，使柱塞泵產生兩次大的飛躍；其后，德國斜盤式軸向柱塞泵問世；1989年，浙江大學路甬祥等開發電反饋電液比例恒功率變量泵，具有穩態控制性能和動態響應特性；1995年，浙江大學流體動力與機電系統國家重點實驗室成立，并發展為中國柱塞泵設計制造領域的重要科研力量。

柱塞泵工作原理是依靠往復運動的柱塞將能量直接以靜壓力形式傳給液體，以增加液體動能，柱塞泵靠柱塞的往復運動改變柱塞孔腔內的容積來實現吸、壓油，轉子每轉一轉，柱塞在每個徑向孔內吸油、壓油各一次。柱塞泵主要分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵兩大類，工作機構是柱塞，其相對于中心線的位置決定徑向柱塞泵或軸向柱塞泵的基本形式，傳動機構決定泵的配流方式。

作為液壓系統系統核心部件，柱塞泵在造船、石油開采、載重機等方面得到廣泛應用。航空航天領域的柱塞泵壓力、轉速、效率、安全性和可靠性等要求更高，開展高速、高壓、大流量軸向柱塞泵技術研究，滿足運載火箭技術需要，有著重要意義。尤其是通過表面改性的方式減小摩擦副的摩擦磨損，提高柱塞泵的性能，延長壽命，是柱塞泵未來研究發展的主要方向。

發展簡史

第一階段

16世紀初，RAMELLI開發了用于從礦井里往外汲水的皮革密封的軸向柱塞泵，是柱塞泵的雛形。

1905年，美國的Janny首次將礦物油作為傳動媒介，設計了世界上第一臺斜盤式軸向柱塞泵，并制造了相應的液壓傳動裝置，稱其為Janny泵，拉開了現代柱塞泵的序幕。Janny泵被用在軍艦炮塔轉向的液壓系統中。

1907年，美國人RENAULT改進了Janny柱塞傳動機械，有效提運行效率。

1922-1930年，瑞士的Thomas分別研制出徑向柱塞泵和斜軸式軸向柱塞泵，稱其為Thomas泵。

20世紀50年代中期，美國DENISON公司和英國Lucas公司擺脫Janny泵的傳統，設計了軸承支承缸體的斜盤泵。這種泵傳動軸只傳遞轉矩，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，轉速也大幅提高，引起斜盤泵歷史上的一次飛躍。

20世紀60年代，移動式機械的液壓驅動系統需要高度集成化的液壓元件，通軸泵應運而生。通軸泵尾端可以安裝輔助泵，使得通軸泵可以集成多種元器件，從而簡化了液壓系統的設計。通軸泵的誕生使得柱塞泵迎來了第二次飛躍。

1966年，中國綜合了國外后斜盤式柱塞泵的特點，設計出CY111型軸向柱塞泵。經過30多年的實踐，對CY14-1相繼做過四次大的改進，前兩次以標準化和縮小體積為主，改進為CY14-1A型。第三次針對配油盤燒損和斜盤磨損以及工藝問題，形成了CY14-1B型泵。第四次針對CY14-1B型噪聲高、轉速低、易松靴脫靴、可靠性差、自吸能力差，規格不全和無通軸泵等缺陷，開發了QTCY14-lBk系列低噪聲泵和QTCY14-lBk系列通軸泵。

第二階段

20世紀70年代以后，歐美很多軸向柱塞泵的制造商逐漸崛起，針對不同領域做了很多技術革新，比如Vickers針對注塑機節能的要求推出PVB輕型泵；泵和電子技術結合也越來越緊密，出現了多種多樣控制方式。

1979年-1990年，開始關注柱塞泵中關鍵摩擦副對泵性能的影響，采取電子控制技術實現柱塞泵的變量控制，并對柱塞泵的結構進行了優化。中國引進了國外柱塞泵的先進技術并進行消化吸收，在此基礎上自主研發并改進產品，產品在質量上與國外仍有差距。這一階段標志性事件有：

1980年，德國博世公司 Rexroth公司生產了著名的A4V斜盤式軸向柱塞泵，它采用球面配流盤、傾斜柱塞、蝶形彈簧壓緊缸體和回程盤，采用了適應原動機和多執行元件工作特點的變量控制方式等新技術，這種柱塞泵廣泛用于重載、高壓的工作狀況。

1989年，浙江大學路甬祥等開發了電反饋電液比例恒功率變量泵，該泵具有優秀的穩態控制性能和動態響應特性。

20世紀90年代后，德國Rexroth公司開發了A4V泵。柱塞與傳動軸成一交角，工作時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，有利于補償軸向偏載對缸體產生的傾復力矩。

第三階段

1990年至今，國外學者在柱塞泵減振降噪、關鍵摩擦副的潤滑特性、延長泵的服役壽命和優化泵的結構方面做了深入的研究，廣泛采用計算機輔助方式進行柱塞泵的設計和制造。

荷蘭Innas BV分公司研制了一種浮杯結構的軸向柱塞泵，這種泵的柱塞與內燃機活塞相聯，使得傳動裝置體積減小，效率提高，同時減小了流量脈動，降低了軸向柱塞泵的噪聲和振動。

普渡大學Maha流體動力研究中心(Maha Fluid 功率 Research Center)的Ivantysynova團隊對柱塞泵柱塞副進行了深入系統的研究，通過耦合求解柱塞副動力學方程、Reynolds方程和能量方程等，分析了柱塞副間油膜厚度、壓力、溫度和摩擦力等潤滑特性，為柱塞泵結構的設計制造提供了理論依據。這一階段中國開始與國外先進廠商合資生產柱塞泵，國產泵開始走自主研發道路，在輕量化、可靠性和服役壽命等方面有提高。

1995年，浙江大學流體動力與機電系統國家重點實驗室成立并通過國家驗收，實驗室對柱塞泵的動力學建模與優化、狀態檢查與故障診斷、可靠性和優化設計等方面做了大量的研究工作，已經發展為中國柱塞泵設計制造領域的重要科研力量。

從最初用于低壓排水到現在高壓甚至超高壓的驅動方式，柱塞泵的性能得到了巨大的提升，應用也越來越廣。

基本原理

柱塞泵基本工作原理：

吸油過程柱塞與泵體之間形成一個密封工作容積，柱塞上下運動，工作容積發生變化。當柱塞向上運動時，工作容積增大，其中的壓力減小。壓力降低到一定程度時，油箱中油液在大氣壓力作用下，推開吸油單向閥進入泵體內。

排油過程吸油過程中，排油單向閥保持關閉，將低壓密封容積與排油管隔離。當柱塞向下運動時，工作容積變小，壓力增加。由于油液幾乎不可壓縮，便推開排油單向閥從排油管排入液壓系統。排油過程中，吸油單向閥保持關閉，將高壓密封容積與油箱隔離。柱塞連續往復運動，就可以實現連續的吸油和排油過程，向液壓系統輸送具有一定壓力和流量的工作液體，把機械能轉換為工作液體的液壓能。

基本結構

柱塞泵主要由泵體、柱塞、吸入閥和排出閥組成。柱塞往復一次，即兩個行程時，只吸人和排出液體各一次,稱單動泵或單作用泵。為了充分利用柱塞兩邊的液缸工作室，將柱塞泵制成雙動稱為雙作用泵。雙動泵由于柱塞兩邊都工作,所以活塞每往復一次就吸人和排出液體各二次。柱塞泵由液力端和動力端組成，液力端由液壓油缸、柱塞、閥、填料涵、集流腔和缸蓋組成。動力端由曲軸、連桿、十字頭、中間桿、機架等組成,其基本結構型式為具有滑動軸承或滾動軸承的臥、立兩種形式。填料涵由填料箱、下壓套、上壓套、填料和壓蓋組成，填料涵與壓力、液體有關,且可使用3圈-5圈填料或填料組合件。填料或密封環是用加強石棉、聚四乙烯或氯丁橡膠制成。填料是V型或人字型的,有些填料還使用了金屬的支承環。填料組合件由上、下支承環和中間的密封環組成。閥由閥座和閥盤組成。閥盤的運動由彈簧或護圈進行控制。閥的種類有平板閥、錐形閥、球閥和塞閥，除此以外，還有適用于懸浮液的錐形閥。

基本分類

柱塞泵是靠柱塞在缸體中作往復運動，使密封容積產生變化，來實現吸油與壓油的液壓泵，按柱塞的排列和運動方向不同，可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩大類。

軸向柱塞泵

軸向柱塞泵工作時，柱塞軸向均布在缸體上，并能在其中自由滑動，斜盤和配流盤固定不動，傳動軸帶動缸體和柱塞旋轉。柱塞靠機械裝置或在低壓油作用下始終緊靠在斜盤上。當缸體旋轉時，柱塞在自下向上回轉的半周內逐漸向外伸出，使缸體孔內密封工作容積不斷增大而產生真空，油液便從配流口吸入；柱塞在自上而下回轉的半周內又逐漸往里推入，將油液經配流口逐漸向外排出。缸體每轉一轉，柱塞往復運動一次，完成一次吸油和壓油。改變斜盤傾角日，就可改變柱塞往復運動行程大小，從而改變了泵的排量。

軸向柱塞泵的柱塞與缸體軸線平行或接近平行，具有結構緊湊、單位功率體積小和質量小、工作壓力高、容易實現變量等優點。其缺點是對油液污染敏感，濾油精度要求高；對材質和加工精度要求高；使用和維修要求比較嚴，價格比較貴。這類柱塞泵常用于壓力加工機械、起重運輸機械、工程機械、冶金機械、船舶甲板機械、火炮和空間技術等領域。軸向柱塞泵按其配流方式，有盤配流和閥配流兩類。盤配流的軸向柱塞泵又可按其結構特點分為斜盤式（即直桿式）和斜軸式（即連桿式）兩大類。

徑向軸塞泵

柱塞徑向安裝在轉子（缸體）內，并可在其中自由滑動，襯套緊壓在轉子孔內，隨轉子一起轉動。配流軸是固定不動的。當轉子順時針方向旋轉時，柱塞和轉子一起旋轉，并在離心力作用下緊壓在定子內壁上。由于轉子和定子間有偏心距，故轉子在轉動時上半周柱塞逐漸向外伸出，徑向孔內的密封容積逐漸加大，產生局部真空，油箱中的油液在大氣壓力作用下，經配流軸上的腔體吸進來，轉子轉到下半周時，柱塞逐漸往里推，徑向孔內的密封容積逐漸減小，將油液從配油軸上的腔體向外排出。轉子每轉一轉，柱塞在每個徑向孔內吸油、壓油各一次。移動定子改變偏心距，就可改變泵的排量。若改變徑向柱塞泵偏心距的方向，就可改變輸油方向。

為了配流，在配流軸與襯套接觸處加工出上下兩個缺口，形成吸、排油口，留下的部分形成封油區。封油區的寬度應適當，既能保證封住襯套上的孔，又能避免產生困油現象。

徑向軸塞泵的轉子每轉一周，每個柱塞往復一次，完成一次吸液和排液。柱塞在吸液區除靠本身離心力向外伸出外，往往采用輔助泵向吸液口提供低壓油（壓力一般為0.4MPa），使柱塞在低壓油液的作用下伸出，以改善泵的吸液條件。當柱塞數和直徑一定時，沿水平方向移動定子，改變偏心距的大小便可改變柱塞移動的行程長度，從而改變密封容積變化的大小，達到變量的目的。若改變偏心距的偏移方向，則泵的排液方向亦隨之改變，即成為雙向變量徑向柱塞泵。

徑向柱塞泵由于柱塞缸按徑向排列，而造成徑向尺寸大、結構較復雜；柱塞和定子間不用機械連接裝置時，自吸能力差；配流軸受到很大的徑向載荷，易變形，嚴重時會“咬死”與缸體的配合面，且配流軸上封油區尺寸小、易漏油。因此限制了泵的工作壓力和轉速的提高。

主要特點

整體特點

工作壓力高由于柱塞與缸體孔的加工容易，尺寸精度及表面質量可以達到很高的要求，因而配合精度高，油液泄漏小，容積效率高，能達到的工作壓力一般是20～40MPa，最高可達100MPa。

流量范圍大只要適當地加大柱塞直徑或增加柱塞數目，柱塞泵的流量便可增大。

制造便捷性改變柱塞的行程就能改變柱塞泵的流量，容易制成各種變量柱塞泵。

使用壽命長柱塞泵主要零件均受壓，使材料強度得以充分利用，壽命長，單位功率質量小。

徑向泵特點

柱塞在轉子內是徑向排列的，所以徑向尺寸大，旋轉慣性大，結構復雜；柱塞與定子為點接觸，接觸應力高；配油軸受到徑向不平衡液壓力的作用，易磨損，磨損后間隙不能補償，泄漏大，故這種泵的工作壓力、容積效率和泵的轉速都比軸向柱塞泵低；定子與轉子偏心安裝，改變偏心距值可改變泵的排量，因此徑向柱塞泵可做變量泵使用；有的徑向柱塞泵的偏心距可從正值變到負值，改變偏心的方向，泵的吸油方向和排油方向也發生變化，成為雙向徑向柱塞變量泵。由其特點所決定，徑向柱塞泵廣泛地用于低速、高壓、大功率的拉床、插床、刨床的液壓傳動的主運動中。

軸向泵特點

軸向柱塞泵的柱塞是軸向安裝，因而結構緊湊、徑向尺寸小、轉動慣量也小；容積效率高，能在高速和高壓下工作，因此廣泛地應用于高壓系統中；通過變量機構改變柱塞泵斜盤傾角丫，的大小和方向，控制柱塞往復行程的大小，從而改變泵的輸出流量和吸排油方向；泵的軸向尺寸大，軸向作用力也大、結構復雜。

工作過程

柱塞泵的工作過程共分為兩個階段：

吸油階段當偏心輪旋轉至其圓心位于同一水平線的左側時，柱塞則處于泵體內的最左端位置，此時泵進入吸油階段，隨著柱塞的右移，密封腔m的容積由最小開始逐漸增大，其內部形成一定的真空，則油箱內的油液在大氣壓的作用下經吸油管上升，頂開單向閥后進入密封工作腔從而實現了泵的吸油。

壓油階段當偏心輪轉動半周而使其圓心位于同一水平線的右側時，柱塞則向右運動到了極限位置，此時泵轉而進入排油階段，隨著柱塞的左移，密封腔的容積由最大開始逐漸減小，其內部已吸人的油液由于受到壓縮而產生一定的壓力，因此高壓止回閥被頂開，油液經出口管進入液壓系統中從而實現了泵的排油。

應用領域

柱塞泵應用于多種高壓的液壓系統中，如液壓脹石機應用了多輸出泵。在注塑機、皮革機械、彎管機、電液錘、船舶、軍工機械等方面都得到了廣泛應用，實踐證明該類泵具有泵溫低、效率高、自冷卻、自潤滑效果好、使用壽命長等特點。

柱塞泵在造船、石油開采、載重機等方面廣泛應用。為了保證船的正常航行或停泊，滿足船員和旅客的生活需要，每條船都要配有一定數量的、能起相應作用的船用泵，船用泵是重要的輔機之一。據不完全統計，在各種船舶輔助機械設備中，各種類型和不同用途的船用泵的總數量，約占船舶機械設備總量的20%-30%，船用泵的價格在船舶設備費用中所占的比重也比較大。

2022年，全球高壓柱塞泵市場規模大約為183億元(人民幣)，預計2029年將達到236億元，2023-2029期間年復合增長率(CAGR)為3.7%。高壓柱塞泵應用行細分為合金鋼、奧氏體不銹鋼、雙相鋼等，是高壓柱塞泵行業最大收入種類。以終端應用來看，高壓柱塞泵在中國水務集團有限公司、能源化工、建造等領域需求量最高，成為需求潛力最大的應用領域。

發展趨勢

發展方向

隨著運載火箭型號的飛速發展，為充分發揮運載火箭的運載能力，應盡可能減小控制火箭飛行姿態伺服系統的結構質量，要求元器件小型化，整機集成化。同時運載火箭是一次性使用的運載工具，要求伺服系統中的每個元器件有較高的可靠性，自身更換備份產品也十分困難，要求伺服系統在長期存放和通電工作時都無油液滲漏，具有良好的密封性。油泵是液壓伺服系統的心臟，其輸出壓力以及轉速的提高可以提高液壓伺服系統的功率質量比，進而提升整個液壓伺服系統的效能，同時油泵的旋轉動密封的可靠性，直接影響到伺服器系統韻哥靠性。

油泵技術是液壓技術發展的基礎性技術，長期以來西方發達國家一直注意在高速、高壓、大流量軸向變量柱塞泵技術領域開發和研究，中國起步較晚。高速、高壓、大流量軸向柱塞泵研制成功后，將推動中國液壓伺服技術的進一步發展，滿足運載火箭等型號系統發展的需要，在航空、航天領域有著廣闊的應用前景。因此，開展高速、高壓、大流量軸向柱塞泵技術的研究，滿足運載火箭技術不斷發展的需要，有著極其重要的意義。

隨著信息化的發展，計算機技術與各類液壓及電氣元件的有效配合可實現對液壓系統的數字控制，傳統的控制裝置不便于和計算機控制系統進行集成，限制了柱塞泵的使用范圍。另外，單片機、單板機的迅速發展為實現柱塞泵的數字控制方式提供了保障，數字控制方式可簡化硬件結構，方便實現對柱塞泵輸出的流量、壓力及功率等方面的精確控制，控制參數可進行在線調整，同時含有故障診斷功能，極大提高柱塞泵的應用領域。

結構創新

另外，徑向柱塞泵的徑向尺寸大，結構較復雜，自吸能力差，且配流軸受到徑向不平衡液壓力的作用，易于磨損，這些都限制了它的速度和壓力的提高。最近發展起來的帶滑靴連桿-柱塞組件的非點接觸徑向柱塞泵，改變了這一狀況，出現了低噪聲、耐沖擊的高性能徑向柱塞泵，并在鑿巖、冶金機械等領域獲得應用，它代表了徑向柱塞泵的發展趨勢。