CN101216022A - 柱塞配流轴向柱塞液压泵 - Google Patents

柱塞配流轴向柱塞液压泵 Download PDF

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Abstract

柱塞配流轴向柱塞液压泵,属于容积式泵类,针对现有技术缺点,减少在海淡水中工作的磨擦副及其PV值,降低对磨擦副材料要求,提高效率,降低噪声和体积。本发明缸体分度圆上设置柱塞孔,各柱塞孔连通缸体的吸水、出水口,柱塞与柱塞孔滑动配合,曲轴通过轴承安装在端盖上,安装在曲轴的曲拐上的斜盘通过球头连杆与柱塞活动连接,所述柱塞为阶梯轴式滑阀;柱塞孔有4×N个;各柱塞孔邻近开有辅助孔,辅助孔与对应的柱塞孔在腰部通过工艺孔连通;各柱塞孔的端部与相邻90°的柱塞孔所对应的辅助孔端部通过螺旋槽连通。本发明结构紧凑、性能稳定、噪音低、流量大,适用于以海/淡水和其它低粘度的液体传输、或者作为液压传动系统的动力部件。

Description

柱塞配流轴向柱塞液压泵
技术领域
本发明属于容积式泵类,具体涉及一种柱塞配流轴向柱塞液压泵,特别适用于泵送中高压海水、淡水或其它低粘度液体,并应用于有低噪声要求的工作场合。
背景技术
目前广泛应用于各工业部门的液压系统主要采用矿物油为工作介质,既浪费石油资源,又有易燃、污染环境等缺点。因此,国际上一直在研制用海(淡)水代替矿物油作为工作介质的液压泵。国内、外最新研制的海(淡)水泵多采用端面配流及滑靴/斜盘结构,或阀配流及滑靴/斜盘结构。例如:丹麦Danfoss公司生产的水介质液压泵和专著《水液压控制技术》(Water Hydraulics Control Technology,Erik Trostmann,MarcelDekker Inc.New York,1996)等介绍的海(淡)水液压泵(马达)均采用端面配流及滑靴/斜盘结构。滑靴/斜盘结构柱塞泵,柱塞对缸体(缸套)的径向压力大,作用于柱塞/缸体(缸套)磨擦副的PV值大,加之海(淡)水的腐蚀性强、润滑性差,因此,这种结构的磨擦副不能用一般金属材料,主要采用工程陶瓷等特种工程材料及特种加工手段,选材及加工困难,生产成本高,不利于这类泵的生产制造和推广应用。华中科技大学所提出的200510018718.4号“海/淡水轴向柱塞液压泵”为阀配流式柱塞泵,该泵缸体分度圆上均匀设置有柱塞孔,各柱塞孔通过孔道连通缸体上的吸水口和出水口,柱塞与柱塞孔滑动配合,缸体与泵壳体刚性连接,曲轴通过支撑轴承安装在泵壳体上;所述曲轴下端与曲轴轴线成5°~30°锐角、形成端面曲轴;斜盘通过支撑轴承安装在端面曲轴下端的曲拐上;斜盘外侧安装有定位导向滑块,后者与固定于泵壳体上的导向滑槽沿轴向滑动配合;斜盘通过球头连杆与柱塞活动连接,连杆一端的万向球铰安装在斜盘的分度圆上,连杆另一端的万向球铰与柱塞相连;该阀配流式柱塞泵由于配流阀的长期高速撞击,存在噪音较大的缺点,在需要低噪音的场合难以适用。
发明内容
本发明提供一种柱塞配流轴向柱塞液压泵,针对现有技术存在的缺点,改变现有结构,尽可能减少在海水或淡水介质中工作的磨擦副,并大大减少磨擦副的PV值,从而降低对磨擦副材料性能的要求,提高海淡水柱塞泵的机械效率、输出流量和压力,降低海水或淡水柱塞泵的噪声和体积。
本发明的一种柱塞配流轴向柱塞液压泵,缸体分度圆上均匀设置有柱塞孔,各柱塞孔通过孔道连通缸体上的吸水口和出水口,柱塞与柱塞孔滑动配合,缸体与泵壳体刚性连接,曲轴通过支撑轴承安装在端盖上;所述曲轴下端与曲轴轴线成5°~30°锐角、形成端面曲轴;斜盘通过支撑轴承安装在端面曲轴下端的曲拐上;斜盘外侧安装有定位导向滑块,后者与固定于泵壳体上的导向滑槽沿轴向滑动配合;斜盘通过球头连杆与柱塞活动连接,连杆一端的万向球铰安装在斜盘的分度圆上,连杆另一端的万向球铰与柱塞相连;其特征在于:
所述柱塞为阶梯轴式的滑阀,其两端直径大于腰部直径;柱塞孔有4×N个,N为自然数;各柱塞孔邻近开有与其平行的辅助孔,辅助孔与对应的柱塞孔在腰部通过工艺孔连通;各柱塞孔的端部与相邻90°的柱塞孔所对应的辅助孔端部通过螺旋槽连通。
所述的柱塞配流轴向柱塞液压泵,其特征在于:所述缸体的柱塞孔或柱塞套上安装有两道密封圈,将缸体柱塞孔中的海/淡水介质与泵壳体内的润滑油可靠地隔离开。
本发明工作时,输入转速和转矩使曲轴以曲轴轴线为中心线作回转运动,同时,曲轴所形成的端面曲轴的曲拐中心线作以曲拐中心线和曲轴轴线的交点为顶点、以曲拐中心线为素线的圆锥面运动,曲拐与支撑轴承和导向滑块联合作用,使斜盘只能作以顶点为中心的球面摆动,斜盘与缸体和泵壳体之间无相对转动;因此,在斜盘的分度圆周上能够安装一组球头连杆分别与缸体分度圆周上一组柱塞相连,球头连杆连接斜盘和柱塞,斜盘的摆动拉动或推动柱塞作往复运动,完成吸水或压水动作;各柱塞吸水的时候,缸孔通过相邻90°柱塞的腰部阀口与进水口相通、与出水口隔开密封;各柱塞压水的时候,缸孔通过相邻90°柱塞的腰部阀口与出水口相通、与进水口隔开密封。每个柱塞和其相邻90度的柱塞配合,完成配流任务,例如,当柱塞孔为8个时,有4个柱塞配合排水时,另外4个柱塞配合吸水。序号为奇数的4个柱塞组成一个工作环节,序号为偶数的4个柱塞为另外一个工作环节,其配流原理相同。斜盘旋转一周,每一个柱塞完成吸水和排水各一次。
本发明具有以下优点:
(1)、本发明采用油水分离式结构,在缸体的柱塞孔和柱塞之间采用两道密封圈形成组合密封圈结构,第一道密封圈将润滑油和泄漏水隔离开,在第一道密封圈和第二道密封圈之间形成泄漏水存放区,泄漏水经泄水孔流到泵体外;由于泄漏水无压力,流量很小,因此可大大提高密封圈效果。
(2)、本发明取消了斜盘/滑靴平面磨擦副,且使绝大多数运动磨擦副及所有轴承处于油润滑状态,避免了滚动轴承在水中很快失效的严重问题,工作可靠性及寿命大为提高。在海(淡)水介质中工作的柱塞与缸体柱塞孔(或柱塞套)这一对关键磨擦副的PV值很小,仅仅是斜盘/滑靴式结构的6%左右,因此可以降低对磨擦副材料的要求,即降低了制造的难度和生产成本。大斜盘倾斜角度,可使柱塞行程增大,提高泵的额定输出流量。
(3)、本发明采用柱塞阀口配流的方式,由于柱塞始终处于运动中,因而污染物不易卡在磨擦副中,具有良好的抗污染性能。采用柱塞配流结构代替阀配流结构,避免了配流阀高速开启和关闭带来的撞击噪音,非常适用于需要低噪音水泵的场合。
(4)、本发明能泵送中高压海(淡)水及其它低粘度液体,同时也能泵送矿物油。与离心式、轴流式水泵相比,具有输出压力高、流量大、体积小、重量轻等优点,特别是离心泵、轴流泵具有输出流量随输出压力增加而急剧下降的特性,而本发明具有输出流量基本上不随输出压力增加而改变的突出优点;与卧式径向柱塞式水泵相比,本发明具有体积小、重量轻、噪声低的突出优点;与阀配流柱塞泵相比也具有噪声更低的优点。
(5)、本发明适用于泵送海(淡)水及其它低粘度液体的场合,如用作水下航行器中高压喷射推进装置的动力部件,船舶水液压传动系统或抽排水系统的动力部件,水下液压作业工具系统的动力部件,冶金、煤炭行业低粘度及难燃介质液体液压传动及控制系统的动力部件,中高压细水雾灭火系统的动力部件等。
附图说明
图1、本发明的一个实施例结构示意图;
图2、柱塞孔与端面腰形槽沟通示意图;
图3、第一阶段第二柱塞和第六柱塞工作位置及方向示意图;
图4、第一阶段第四柱塞和第八柱塞工作位置及方向示意图;
图5、第二阶段第二柱塞和第六柱塞工作位置及方向示意图;
图6、第二阶段第四柱塞和第八柱塞工作位置及方向示意图;
图7、第三阶段第二柱塞和第六柱塞工作位置及方向示意图;
图8、第三阶段第四柱塞和第八柱塞工作位置及方向示意图;
图9、第四阶段第二柱塞和第六柱塞工作位置及方向示意图;
图10、第四阶段第四柱塞和第八柱塞工作位置及方向示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施状态进一步说明:
图1所示为本发明的一个实施例,采用端面螺旋斜盘连杆曲轴轴向柱塞式结构。曲轴10通过圆锥滚子轴承9安装在端盖11上,曲轴的曲拐8的轴线与曲轴10轴线成25°锐角;斜盘6通过角接触轴承7安装在曲轴的曲拐8上;斜盘6上安装有导向定位滑块12,导向定位滑块12在固定于泵壳体2上的导向滑槽13中沿轴向来回滑动;其中一组球头连杆5的一头安装在斜盘6的分度圆上,球头连杆的另一球头与柱塞4相连;两边球头所形成的球铰均采用组合式球窝限位;柱塞在缸体分度圆上的柱塞孔中沿轴向往复运动完成吸水、压水功能;各柱塞吸水的时候,缸孔通过相邻90°柱塞的腰部18与进水口16相通、与出水口3隔开密封;各柱塞压水的时候,缸孔通过相邻90°柱塞的腰部与出水口3相通、与进水口16隔开密封。缸体1与泵壳体2刚性联接,两者之间无相对运动;在缸体1的柱塞孔上可以安装第一道密封圈14和第二道密封圈15,第一道密封圈将润滑油和泄漏水隔离开,在第一道密封圈和第二道密封圈之间形成泄漏水存放区17,泄漏水经泄水孔19流到泵体外;通过这两道密封圈将缸体柱塞孔中的海/淡水介质与泵壳体内的润滑油可靠地隔离开。
图2为柱塞孔与端面腰形槽沟通示意图,本实施例中,柱塞孔为8个,泵壳端面为螺旋槽结构。该柱塞泵的缸体端面螺旋槽结构配合柱塞孔和柱塞起配流作用,螺旋槽作为高低压流道。各柱塞位于相应柱塞孔中,各柱塞孔邻近开有与其平行的辅助孔,辅助孔与对应的柱塞孔在腰部(缸体中部)通过工艺孔连通;各柱塞孔的端部与相邻90°的柱塞孔所对应的辅助孔端部通过螺旋槽连通。本实例中,第一柱塞孔20的腰部通过第一工艺孔21和第一辅助孔22相通,第一辅助孔22通过端部的第一螺旋槽23与逆时针相邻90°的第三柱塞孔27的端部相通。第二柱塞孔24在腰部通过第二工艺孔25与第二辅助孔26相通,第二辅助孔26通过第四螺旋槽28与逆时针相邻90°的第四柱塞孔29的端部相通。其它柱塞孔、辅助孔、螺旋槽和工艺孔的连通方式与上相同;图中:第二螺旋槽34、第八工艺孔35、第四工艺孔36、第四辅助孔37、第六螺旋槽38、第六柱塞孔39、第六工艺孔40、第六辅助孔41、第八辅助孔42、第八柱塞孔43、第八螺旋槽44。
图3~图10为柱塞相互配流原理示意图,曲轴旋转一周,柱塞泵的工作经过4个阶段:
1.第1阶段,如图3、图4所示,第二柱塞30处于右极位,第六柱塞31处于左极位,第四柱塞32、第八柱塞33处于中间位置。当曲轴运转时,第二和第八柱塞向左运动,第四、第六柱塞向右运动,此时,第二柱塞孔左端容腔液体受压,其受压液体通过第二螺旋槽34进入图2所示的第八辅助孔42,然后通过第八工艺孔35进入第八柱塞33的腰部与出水口相通,第二柱塞开始压水;第八柱塞左端容腔液体受压,受压液体通过第八螺旋槽44进入第六辅助孔41,然后经过第六工艺孔40流入第六柱塞31的腰部与出水口相通,第八柱塞压水;第六柱塞向右运动中,第六柱塞左端容腔体积增大,此时液体从吸水口通过第四柱塞的腰部流入第四工艺孔36中,然后通过第四辅助孔37进入第六螺旋槽38,从而液体进入六柱塞左端容腔,第六柱塞开始吸水;第四柱塞向右运动的过程中,其左端容腔体积逐渐增大,此时液体从吸水口通过第二柱塞的腰部流入第二工艺孔25中,然后通过第二辅助孔26进入第四螺旋槽28中,从而进入第四柱塞的左端容腔,第四柱塞开始吸水。在第n个周期和1/4+n个周期之间,第二和第八柱塞压水,第四和第六柱塞吸水。
2.第2阶段,如图5、图6所示,第二柱塞30和第六柱塞31处于中位,第四柱塞32处于右极位、第八柱塞33处于左极位。第二和第四柱塞向左运动,第六、第八柱塞向右运动,此时,第二柱塞孔左端容腔液体受压,其受压液体通过第二螺旋槽34进入第八辅助孔42,然后进入第八工艺孔35在第八柱塞33的腰部与出水口相通,第二柱塞压水;第四柱塞左端容腔液体受压,受压液体通过第四螺旋槽28进入第二辅助孔26,然后经过第二工艺孔25流入第二柱塞30的腰部与出水口相通,第四柱塞压水;第六柱塞向右运动中,第六柱塞左端容腔体积增大,此时液体从吸水口通过第四柱塞的腰部流入第四工艺孔36中,然后通过第四辅助孔37进入第六螺旋槽38,从而液体进入六柱塞左端容腔,第六柱塞开始吸水;第八柱塞向右运动的过程中,其左端容腔体积逐渐增大,此时液体从吸水口通过第六柱塞的腰部流入第六工艺孔40中,然后通过第六辅助孔41进入第八螺旋槽44中,从而进入第八柱塞的左端容腔,第八柱塞开始吸水。在第1/4+n个周期和1/2+n个周期之间,第二和四柱塞压水,第六和八柱塞吸水。
3.第3阶段,如图7和图8所示,原理同上,在第1/2+n个周期和n+3/4个周期之间,第四和第六柱塞向左运动,第二和第八柱塞向右运动,此时第四和第六柱塞压水,第二和第八柱塞吸水。
4.第4阶段,如图9和图10所示,在第3/4+n个周期和n+1个周期之间,第二和第四柱塞向右运动,第六柱塞和第八柱塞向左运动,此时,第六柱塞和第八柱塞压水,第二和第四柱塞吸水。经过这段时间后各柱塞返回到图3所示位置,柱塞泵完成一周期工作。第一、三、五、七柱塞和第二、四、六、八柱塞的配流工作原理相同。
在上述说明的基础上,显然还可以做出其他形式的变动,如曲轴左端与曲轴轴线夹角、柱塞数目的变化,这里是指数目为4的整数倍,其次采用滑鞋式结构,但仍是端面螺旋结构,或者端面非螺旋结构,但各个孔的连同方式不变,最后仍为4N柱塞相位配流,柱塞为滑阀式结构,不管其运动结构如何变化,或者是采用全水润滑,只要具有相同的相位配流都属于本权利的保护范围。

Claims (2)

1.一种柱塞配流轴向柱塞液压泵,缸体分度圆上均匀设置有柱塞孔,各柱塞孔通过孔道连通缸体上的吸水口和出水口,柱塞与柱塞孔滑动配合,缸体与泵壳体刚性连接,曲轴通过支撑轴承安装在端盖上;所述曲轴下端与曲轴轴线成5°~30°锐角、形成端面曲轴;斜盘通过支撑轴承安装在端面曲轴下端的曲拐上;斜盘外侧安装有定位导向滑块,后者与固定于泵壳体上的导向滑槽沿轴向滑动配合;斜盘通过球头连杆与柱塞活动连接,连杆一端的万向球铰安装在斜盘的分度圆上,连杆另一端的万向球铰与柱塞相连;其特征在于:
所述柱塞为阶梯轴式的滑阀,其两端直径大于腰部直径;柱塞孔有4×N个,N为自然数;各柱塞孔邻近开有与其平行的辅助孔,辅助孔与对应的柱塞孔在腰部通过工艺孔连通;各柱塞孔的端部与相邻90°的柱塞孔所对应的辅助孔端部通过螺旋槽连通。
2.如权利要求1所述的柱塞配流轴向柱塞液压泵,其特征在于:所述缸体的柱塞孔或柱塞套上安装有两道密封圈,将缸体柱塞孔中的海/淡水介质与泵壳体内的润滑油可靠地隔离开。
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