柱塞泵（plunger pump）是液压系统的动力源，属于系统的“心脏”，是液压系统中最核心、技术难度最大的组成部分，其主要功能是从主缸储液罐中泵出制动液，升压后送到蓄能器。

1905年，美国Janny设计了世界上第一台斜盘式轴向柱塞泵；20世纪50-60年代，轴向柱塞泵采用轴承支承缸体的形式，以及通轴泵的诞生，使柱塞泵产生两次大的飞跃；其后，德国斜盘式轴向柱塞泵问世；1989年，浙江大学路甬祥等开发电反馈电液比例恒功率变量泵，具有稳态控制性能和动态响应特性；1995年，浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室成立，并发展为中国柱塞泵设计制造领域的重要科研力量。

柱塞泵工作原理是依靠往复运动的柱塞将能量直接以静压力形式传给液体，以增加液体动能，柱塞泵靠柱塞的往复运动改变柱塞孔腔内的容积来实现吸、压油，转子每转一转，柱塞在每个径向孔内吸油、压油各一次。柱塞泵主要分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵两大类，工作机构是柱塞，其相对于中心线的位置决定径向柱塞泵或轴向柱塞泵的基本形式，传动机构决定泵的配流方式。

作为液压系统系统核心部件，柱塞泵在造船、石油开采、载重机等方面得到广泛应用。航空航天领域的柱塞泵压力、转速、效率、安全性和可靠性等要求更高，开展高速、高压、大流量轴向柱塞泵技术研究，满足运载火箭技术需要，有着重要意义。尤其是通过表面改性的方式减小摩擦副的摩擦磨损，提高柱塞泵的性能，延长寿命，是柱塞泵未来研究发展的主要方向。

16世纪初，RAMELLI开发了用于从矿井里往外汲水的皮革密封的轴向柱塞泵，是柱塞泵的雏形。

1905年，美国的Janny首次将矿物油作为传动媒介，设计了世界上第一台斜盘式轴向柱塞泵，并制造了相应的液压传动装置，称其为Janny泵，拉开了现代柱塞泵的序幕。Janny泵被用在军舰炮塔转向的液压系统中。

1907年，美国人RENAULT改进了Janny柱塞传动机械，有效提运行效率。

1922-1930年，瑞士的Thomas分别研制出径向柱塞泵和斜轴式轴向柱塞泵，称其为Thomas泵。

20世纪50年代中期，美国DENISON公司和英国Lucas公司摆脱Janny泵的传统，设计了轴承支承缸体的斜盘泵。这种泵传动轴只传递转矩，不传递弯矩，保障了配流副的良好接触，加上制造水平的提高，使其工作压力提高到35MPa，转速也大幅提高，引起斜盘泵历史上的一次飞跃。

20世纪60年代，移动式机械的液压驱动系统需要高度集成化的液压元件，通轴泵应运而生。通轴泵尾端可以安装辅助泵，使得通轴泵可以集成多种元器件，从而简化了液压系统的设计。通轴泵的诞生使得柱塞泵迎来了第二次飞跃。

1966年，中国综合了国外后斜盘式柱塞泵的特点，设计出CY111型轴向柱塞泵。经过30多年的实践，对CY14-1相继做过四次大的改进，前两次以标准化和缩小体积为主，改进为CY14-1A型。第三次针对配油盘烧损和斜盘磨损以及工艺问题，形成了CY14-1B型泵。第四次针对CY14-1B型噪声高、转速低、易松靴脱靴、可靠性差、自吸能力差，规格不全和无通轴泵等缺陷，开发了QTCY14-lBk系列低噪声泵和QTCY14-lBk系列通轴泵。

20世纪70年代以后，欧美很多轴向柱塞泵的制造商逐渐崛起，针对不同领域做了很多技术革新，比如Vickers针对注塑机节能的要求推出PVB轻型泵；泵和电子技术结合也越来越紧密，出现了多种多样控制方式。

1979年-1990年，开始关注柱塞泵中关键摩擦副对泵性能的影响，采取电子控制技术实现柱塞泵的变量控制，并对柱塞泵的结构进行了优化。中国引进了国外柱塞泵的先进技术并进行消化吸收，在此基础上自主研发并改进产品，产品在质量上与国外仍有差距。这一阶段标志性事件有：

1980年，德国博世公司 Rexroth公司生产了著名的A4V斜盘式轴向柱塞泵，它采用球面配流盘、倾斜柱塞、蝶形弹簧压紧缸体和回程盘，采用了适应原动机和多执行元件工作特点的变量控制方式等新技术，这种柱塞泵广泛用于重载、高压的工作状况。

1989年，浙江大学路甬祥等开发了电反馈电液比例恒功率变量泵，该泵具有优秀的稳态控制性能和动态响应特性。

20世纪90年代后，德国Rexroth公司开发了A4V泵。柱塞与传动轴成一交角，工作时离心力有助于柱塞的回程，也有利于减小配流盘直径，降低缸体配流面的线速度；采用球面配流，有利于补偿轴向偏载对缸体产生的倾复力矩。

1990年至今，国外学者在柱塞泵减振降噪、关键摩擦副的润滑特性、延长泵的服役寿命和优化泵的结构方面做了深入的研究，广泛采用计算机辅助方式进行柱塞泵的设计和制造。

荷兰Innas BV分公司研制了一种浮杯结构的轴向柱塞泵，这种泵的柱塞与内燃机活塞相联，使得传动装置体积减小，效率提高，同时减小了流量脉动，降低了轴向柱塞泵的噪声和振动。

普渡大学Maha流体动力研究中心(Maha Fluid 功率 Research Center)的Ivantysynova团队对柱塞泵柱塞副进行了深入系统的研究，通过耦合求解柱塞副动力学方程、Reynolds方程和能量方程等，分析了柱塞副间油膜厚度、压力、温度和摩擦力等润滑特性，为柱塞泵结构的设计制造提供了理论依据。这一阶段中国开始与国外先进厂商合资生产柱塞泵，国产泵开始走自主研发道路，在轻量化、可靠性和服役寿命等方面有提高。

1995年，浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室成立并通过国家验收，实验室对柱塞泵的动力学建模与优化、状态检查与故障诊断、可靠性和优化设计等方面做了大量的研究工作，已经发展为中国柱塞泵设计制造领域的重要科研力量。

从最初用于低压排水到现在高压甚至超高压的驱动方式，柱塞泵的性能得到了巨大的提升，应用也越来越广。

柱塞泵基本工作原理：

吸油过程 柱塞与泵体之间形成一个密封工作容积，柱塞上下运动，工作容积发生变化。当柱塞向上运动时，工作容积增大，其中的压力减小。压力降低到一定程度时，油箱中油液在大气压力作用下，推开吸油单向阀进入泵体内。

排油过程 吸油过程中，排油单向阀保持关闭，将低压密封容积与排油管隔离。当柱塞向下运动时，工作容积变小，压力增加。由于油液几乎不可压缩，便推开排油单向阀从排油管排入液压系统。排油过程中，吸油单向阀保持关闭，将高压密封容积与油箱隔离。柱塞连续往复运动，就可以实现连续的吸油和排油过程，向液压系统输送具有一定压力和流量的工作液体，把机械能转换为工作液体的液压能。

柱塞泵主要由泵体、柱塞、吸入阀和排出阀组成。柱塞往复一次，即两个行程时，只吸人和排出液体各一次,称单动泵或单作用泵。为了充分利用柱塞两边的液缸工作室，将柱塞泵制成双动称为双作用泵。双动泵由于柱塞两边都工作,所以活塞每往复一次就吸人和排出液体各二次。柱塞泵由液力端和动力端组成，液力端由液压油缸、柱塞、阀、填料涵、集流腔和缸盖组成。动力端由曲轴、连杆、十字头、中间杆、机架等组成,其基本结构型式为具有滑动轴承或滚动轴承的卧、立两种形式。填料涵由填料箱、下压套、上压套、填料和压盖组成，填料涵与压力、液体有关,且可使用3圈-5圈填料或填料组合件。填料或密封环是用加强石棉、聚四乙烯或氯丁橡胶制成。填料是V型或人字型的,有些填料还使用了金属的支承环。填料组合件由上、下支承环和中间的密封环组成。阀由阀座和阀盘组成。阀盘的运动由弹簧或护圈进行控制。阀的种类有平板阀、锥形阀、球阀和塞阀，除此以外，还有适用于悬浮液的锥形阀。

柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动，使密封容积产生变化，来实现吸油与压油的液压泵，按柱塞的排列和运动方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。

轴向柱塞泵工作时，柱塞轴向均布在缸体上，并能在其中自由滑动，斜盘和配流盘固定不动，传动轴带动缸体和柱塞旋转。柱塞靠机械装置或在低压油作用下始终紧靠在斜盘上。当缸体旋转时，柱塞在自下向上回转的半周内逐渐向外伸出，使缸体孔内密封工作容积不断增大而产生真空，油液便从配流口吸入；柱塞在自上而下回转的半周内又逐渐往里推入，将油液经配流口逐渐向外排出。缸体每转一转，柱塞往复运动一次，完成一次吸油和压油。改变斜盘倾角日，就可改变柱塞往复运动行程大小，从而改变了泵的排量。

轴向柱塞泵的柱塞与缸体轴线平行或接近平行，具有结构紧凑、单位功率体积小和质量小、工作压力高、容易实现变量等优点。其缺点是对油液污染敏感，滤油精度要求高；对材质和加工精度要求高；使用和维修要求比较严，价格比较贵。这类柱塞泵常用于压力加工机械、起重运输机械、工程机械、冶金机械、船舶甲板机械、火炮和空间技术等领域。轴向柱塞泵按其配流方式，有盘配流和阀配流两类。盘配流的轴向柱塞泵又可按其结构特点分为斜盘式（即直杆式）和斜轴式（即连杆式）两大类。

柱塞径向安装在转子（缸体）内，并可在其中自由滑动，衬套紧压在转子孔内，随转子一起转动。配流轴是固定不动的。当转子顺时针方向旋转时，柱塞和转子一起旋转，并在离心力作用下紧压在定子内壁上。由于转子和定子间有偏心距，故转子在转动时上半周柱塞逐渐向外伸出，径向孔内的密封容积逐渐加大，产生局部真空，油箱中的油液在大气压力作用下，经配流轴上的腔体吸进来，转子转到下半周时，柱塞逐渐往里推，径向孔内的密封容积逐渐减小，将油液从配油轴上的腔体向外排出。转子每转一转，柱塞在每个径向孔内吸油、压油各一次。移动定子改变偏心距，就可改变泵的排量。若改变径向柱塞泵偏心距的方向，就可改变输油方向。

为了配流，在配流轴与衬套接触处加工出上下两个缺口，形成吸、排油口，留下的部分形成封油区。封油区的宽度应适当，既能保证封住衬套上的孔，又能避免产生困油现象。

径向轴塞泵的转子每转一周，每个柱塞往复一次，完成一次吸液和排液。柱塞在吸液区除靠本身离心力向外伸出外，往往采用辅助泵向吸液口提供低压油（压力一般为0.4MPa），使柱塞在低压油液的作用下伸出，以改善泵的吸液条件。当柱塞数和直径一定时，沿水平方向移动定子，改变偏心距的大小便可改变柱塞移动的行程长度，从而改变密封容积变化的大小，达到变量的目的。若改变偏心距的偏移方向，则泵的排液方向亦随之改变，即成为双向变量径向柱塞泵。

径向柱塞泵由于柱塞缸按径向排列，而造成径向尺寸大、结构较复杂；柱塞和定子间不用机械连接装置时，自吸能力差；配流轴受到很大的径向载荷，易变形，严重时会“咬死”与缸体的配合面，且配流轴上封油区尺寸小、易漏油。因此限制了泵的工作压力和转速的提高。

工作压力高 由于柱塞与缸体孔的加工容易，尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求，因而配合精度高，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力一般是20～40MPa，最高可达100MPa。

流量范围大 只要适当地加大柱塞直径或增加柱塞数目，柱塞泵的流量便可增大。

制造便捷性 改变柱塞的行程就能改变柱塞泵的流量，容易制成各种变量柱塞泵。

使用寿命长 柱塞泵主要零件均受压，使材料强度得以充分利用，寿命长，单位功率质量小。

柱塞在转子内是径向排列的，所以径向尺寸大，旋转惯性大，结构复杂；柱塞与定子为点接触，接触应力高；配油轴受到径向不平衡液压力的作用，易磨损，磨损后间隙不能补偿，泄漏大，故这种泵的工作压力、容积效率和泵的转速都比轴向柱塞泵低；定子与转子偏心安装，改变偏心距值可改变泵的排量，因此径向柱塞泵可做变量泵使用；有的径向柱塞泵的偏心距可从正值变到负值，改变偏心的方向，泵的吸油方向和排油方向也发生变化，成为双向径向柱塞变量泵。由其特点所决定，径向柱塞泵广泛地用于低速、高压、大功率的拉床、插床、刨床的液压传动的主运动中。

轴向柱塞泵的柱塞是轴向安装，因而结构紧凑、径向尺寸小、转动惯量也小；容积效率高，能在高速和高压下工作，因此广泛地应用于高压系统中；通过变量机构改变柱塞泵斜盘倾角丫，的大小和方向，控制柱塞往复行程的大小，从而改变泵的输出流量和吸排油方向；泵的轴向尺寸大，轴向作用力也大、结构复杂。

柱塞泵的工作过程共分为两个阶段：

吸油阶段 当偏心轮旋转至其圆心位于同一水平线的左侧时，柱塞则处于泵体内的最左端位置，此时泵进入吸油阶段，随着柱塞的右移，密封腔m的容积由最小开始逐渐增大，其内部形成一定的真空，则油箱内的油液在大气压的作用下经吸油管上升，顶开单向阀后进入密封工作腔从而实现了泵的吸油。

压油阶段 当偏心轮转动半周而使其圆心位于同一水平线的右侧时，柱塞则向右运动到了极限位置，此时泵转而进入排油阶段，随着柱塞的左移，密封腔的容积由最大开始逐渐减小，其内部已吸人的油液由于受到压缩而产生一定的压力，因此高压止回阀被顶开，油液经出口管进入液压系统中从而实现了泵的排油。

柱塞泵应用于多种高压的液压系统中，如液压胀石机应用了多输出泵。在注塑机、皮革机械、弯管机、电液锤、船舶、军工机械等方面都得到了广泛应用，实践证明该类泵具有泵温低、效率高、自冷却、自润滑效果好、使用寿命长等特点。

柱塞泵在造船、石油开采、载重机等方面广泛应用。为了保证船的正常航行或停泊，满足船员和旅客的生活需要，每条船都要配有一定数量的、能起相应作用的船用泵，船用泵是重要的辅机之一。据不完全统计，在各种船舶辅助机械设备中，各种类型和不同用途的船用泵的总数量，约占船舶机械设备总量的20%-30%，船用泵的价格在船舶设备费用中所占的比重也比较大。

2022年，全球高压柱塞泵市场规模大约为183亿元(人民币)，预计2029年将达到236亿元，2023-2029期间年复合增长率(CAGR)为3.7%。高压柱塞泵应用行细分为合金钢、奥氏体不锈钢、双相钢等，是高压柱塞泵行业最大收入种类。以终端应用来看，高压柱塞泵在中国水务集团有限公司、能源化工、建造等领域需求量最高，成为需求潜力最大的应用领域。

随着运载火箭型号的飞速发展，为充分发挥运载火箭的运载能力，应尽可能减小控制火箭飞行姿态伺服系统的结构质量，要求元器件小型化，整机集成化。同时运载火箭是一次性使用的运载工具，要求伺服系统中的每个元器件有较高的可靠性，自身更换备份产品也十分困难，要求伺服系统在长期存放和通电工作时都无油液渗漏，具有良好的密封性。油泵是液压伺服系统的心脏，其输出压力以及转速的提高可以提高液压伺服系统的功率质量比，进而提升整个液压伺服系统的效能，同时油泵的旋转动密封的可靠性，直接影响到伺服器系统韵哥靠性。

油泵技术是液压技术发展的基础性技术，长期以来西方发达国家一直注意在高速、高压、大流量轴向变量柱塞泵技术领域开发和研究，中国起步较晚。高速、高压、大流量轴向柱塞泵研制成功后，将推动中国液压伺服技术的进一步发展，满足运载火箭等型号系统发展的需要，在航空、航天领域有着广阔的应用前景。因此，开展高速、高压、大流量轴向柱塞泵技术的研究，满足运载火箭技术不断发展的需要，有着极其重要的意义。

随着信息化的发展，计算机技术与各类液压及电气元件的有效配合可实现对液压系统的数字控制，传统的控制装置不便于和计算机控制系统进行集成，限制了柱塞泵的使用范围。另外，单片机、单板机的迅速发展为实现柱塞泵的数字控制方式提供了保障，数字控制方式可简化硬件结构，方便实现对柱塞泵输出的流量、压力及功率等方面的精确控制，控制参数可进行在线调整，同时含有故障诊断功能，极大提高柱塞泵的应用领域。

另外，径向柱塞泵的径向尺寸大，结构较复杂，自吸能力差，且配流轴受到径向不平衡液压力的作用，易于磨损，这些都限制了它的速度和压力的提高。最近发展起来的带滑靴连杆-柱塞组件的非点接触径向柱塞泵，改变了这一状况，出现了低噪声、耐冲击的高性能径向柱塞泵，并在凿岩、冶金机械等领域获得应用，它代表了径向柱塞泵的发展趋势。

通过表面改性的方式减小摩擦副的摩擦磨损，提高柱塞泵的性能，延长其服役寿命，具体来说应着眼于如下几个方面：

摩擦副混合润滑时的理论研究 柱塞泵在启停阶段和恶劣的工作环境下，3个摩擦副将处于混合润滑状态，其中的润滑机理复杂，需深入研究以揭示混合润滑时的润滑机理。

非接触式试验 现有的试验都是使用浸入润滑油中的传感器，对油膜润滑产生一定程度的干扰，使得采集到的数据准确度受到影响。如何在不影响实际工况中油膜润滑过程的前提下，准确地收集试验数据，需要设计非接触式的试验手段。

应用范围更广的表面改性方法 当柱塞泵工作于某一特定参数时，学者们提出了相应的微织构或表面处理方式，提高了摩擦副的润滑特性，当工况改变时，这种改性手段可能会对润滑特性起到反作用。随着柱塞泵向高速高压化方向发展，需要探寻在整个工作周期内都能起到良好润滑效果的表面改性方法。