液压与气动某微型特种泵研制中几个关键问题的探讨胡丽国，韩颖平（北京精密机电控制设备研究所，北京9200信箱77分箱16号北京100076电话：（010）68384381）刖言近年来，某微型特种泵在航空、航天、现代主战坦克、船舶等领域内的广泛应用引起了国内外普遍关注。

　　由于该微型特种泵尺寸小、重量轻转速高，其转子轴系轴向结构紧凑、径向尺寸小、轴上零件少，并具有超微型、超高速超轻巧等特点。有专家预测，21世纪的汽车动力有可能由该微型特种泵代替活塞式发动机。

　　本文将在简单介绍该微型特种泵工作原理的基础上，针对其应用在某航天伺服系统时研制设计工作中的几个关键问题进行分析探讨1工作原理微型特种泵结构原理简图如所示：该泵的涡轮转子2在气体介质（可为：氦气、高温燃气等）的驱动作用下，带动同轴连接的径向叶轮1以每分钟十数万转的超高速运行，通过离心作用将轴向进入叶轮腔的液体介质（通常为液压油）增速加压，经叶轮输出端的减速增压管道将液体介质的动能转化为高压压力能后，为液压伺服系统提供驱动力。

　　2结构小型化优化设计作为某航天器伺服控制系统的核心动力元件，该微型特种泵在结构设计方面要求具有尺寸小，重量轻案，使其结构外型尺寸控制在80（80mm范围内。

　　微型特种泵的小型化设计，仅采用简单的按比例进行缩小的方法是难以达到设计性能指标的在研制过程中我们主要采用了零件合并的结构优化技术，减少连接环节，增加整体结构型式。对于结构强度允许的零部组件大量采用低密度轻质材料具体优化方案如下：1）微型特种泵采用离心式径向叶轮和单级轴流式涡轮，涡轮叶片、涡轮盘及涡轮轴为一体结构。

　　2）涡轮转子采用整体锻造毛坯，电火花加工成形叶片后，再对叶片进行磨粒流抛光这种加工方法技术成熟，加工精度高，零件的质量容易控制3）轴系采用两支点方案，涡轮盘悬臂布局。

　　3轴系振动的减振方法由于微型特种泵涡轮盘采用悬臂结构，轴系的两个支承点位于涡轮盘与离心式径向叶轮之间，设计工作转速在轴系的一阶与二阶临界转速之间（每分钟十数万转）涡轮从起动到达到工作转速，在相当短的时间内必须迅速通过一阶临界转速，轴系会出现一定程度的振动，过高的振动可导致微型特种泵的失效。因此，必须尽量减小微型特种泵轴系在工作过程中的振云九减振可通过两个途径来实现。

　　3.1微型特种泵轴系动力学特性分析影响轴系振动的主要因素是涡轮的转速，设计要求微型特种泵工作转速必须大于1.4倍的一阶临界转速，同时小于0.7倍的二阶临界转速为了掌握涡轮转速对轴系振动影响的机理，必须对轴系的动力学特性进行研究鉴于一般分析计算方法偏差较大，这里采用了有限元法，得到如下结论：当轴系二阶临界转速与工作转速的数值较为接近的突出特点为此必须在研制过程中采用优化设计方要从事轻型燃气涡轮机的设计液压与气动时，如果涡轮工作中出现超速现象，其转速极易接近甚至达到二阶临界转速，从而使轴系产生同步共振，导致微型特种泵工作失稳甚至破坏通过调整涡轮盘质心径向叶轮质心与轴系两个支撑点的距离、涡轮盘及径向叶轮各自的质量大小，可以调整轴系的一阶及二阶临界转速，使轴系动力学特性改善达到减振目的3. 2提高轴系动平衡精度轴系及涡轮转子动平衡精度对其振动有很大影响，生产过程中，必须采取适当的措施予以提高。涡轮转子单独按ISO 1940标准中的G1级标准进行初步平衡后，与轴系组装为一体，按G25级进行动平衡整个转子轴系的大外径处残余不平衡量控制在小于25.6mg*mm的范围内同时，在微型特种泵的装配过程中严格控制涡轮悬臂端自由状态下的径向跳动量，确保不超过0. 4轴系元件的预紧与轴承的润滑特种泵在超高速旋转工作状态下，其轴系元件之间如果出现轴向间隙，将导致转子及轴系运行失稳，影响泵工作的安全可靠丨性同时由于轴系的超高速运行，其关键元件轴承因摩擦而产生的极大热量将导致泵迅速破坏，因此必须采取措施消除轴系元件之间的间隙并对轴承进行润滑。

　　4. 1轴系元件的预紧轴系元件之间的间隙的控制是通过施加预紧力来实现的。在轴系一端对涡轮轴系施加预定载何，使轴系各个零件之间的轴向相互作用力尽可能大，从而保证轴系工作时，轴系各个零件之间无轴向位置的相互变化对于轴系关键元件轴承，另外安装了一种轴向尺寸仅3mm的碟形弹簧，装配过程中碟形弹簧被轴向压缩至一定位置，产生的预期轴向预紧力可以消除球轴承内部的径向和轴向游隙，从而保证了在超高速运行情况下，转子具有很高的旋转精度和工作稳定性。

　　4.2轴承的润滑轴系的两个超高速滚珠轴承的润滑方案如所示。

　　微型特种泵工作时，径向叶轮提供部分液压油经图中AB油路流入轴承腔，对轴承进行润滑后，轴承腔内部的特殊结构使液压油增压，经CD油路返回到径向叶轮入口处循环利用。同时，由于润滑液压油的循环流动，轴承在润滑的过程中也可得到充分的冷却。

　　缸体采用内、外缸筒结构为了与平台1连接，夕卜缸筒5上外伸了一个圆形安装盘通过此安装盘，外缸筒5固定在平台1下部活塞杆上部与外缸筒5固连活塞杆上两个孔分别为液压缸的进回油孔内缸筒4与底盘连接，相对活塞3上下移动。因此，此种结构是内缸筒4伸出着地液压缸上的锁紧装置采用蝶簧产生锁紧力。由于一把锁的蝶簧产生的锁紧力有限，因此，平台的每条腿同时采用3把锁锁的结构原理如所示图示为锁紧状态此时，A腔不通压力油，由蝶簧产生的力使制动块4与内缸筒1抱紧，依靠摩擦力与轴向载荷平衡由于整个锁与外缸筒3固连，外缸筒3又与活塞2固连，从而使活塞2与内缸筒1不能产生相对位移，保证锁紧。

　　当A腔通入高压油时，制动活塞7带动制动块4右移，使制动块4与内缸筒1脱离接触，从而使内缸筒1与活塞2能相对移动，这时即为解锁状态1.平台2制动器（锁）3.活塞4.内缸筒5.外缸筒液压缸结构及锁的安装位置示意图体操纵与控制系统研究种泵以其的优点：结构紧凑、重量轻，完全可以应用到其他领域中。