CN101832243A - 一种易于维修的轴向水压柱塞泵 - Google Patents
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Abstract
一种易于维修的轴向水压柱塞泵属于水泵领域，具体涉及一种缸体与配流阀座分离结构轴向水压柱塞泵。该柱塞泵依次由泵体、主轴盘、缸体、配流阀座和后端盖组成；主轴盘带动柱塞在缸体的缸孔中往复运动，缸孔内覆有与柱塞接触的柱塞套，柱塞套内侧放置有环形的可实现油水分离的橡塑组合密封件。泵体内上部由油润滑，下部由水润滑及降温。缸体与配流阀座由螺栓连接；缸体中的缸孔前后通透，柱塞套和橡塑组合密封件从配流阀座侧装入缸孔；并且主轴盘中部采用斜盘-滑靴工作结构，主轴盘装有上、下力偶盘，及配重盘。本发明解决了高压水泵内实现油水分离的橡塑组合密封件摩擦损耗严重、更换不易的难题，同时实现主轴的静平衡与动平衡，缓解了主轴盘旋转不平衡质量引起的缸体摆动。
Description
技术领域
本发明属于泵类，具体涉及一种易于维修的轴向水压柱塞泵。
背景技术
水压泵作为水压传动系统的核心元件，对其进行设计与研制，是发展水压传动技术的关键之所在。目前国际上常用的水压泵的结构型式有柱塞式、叶片式、齿轮式等几种。相比而言，叶片泵的叶片与定子、齿轮泵的两齿轮均为线接触，接触PV值高，而且密封效果差；柱塞泵中的关键摩擦副(如柱塞/缸孔、滑靴/斜盘、配流盘/缸体端面等)多为面接触，同等工况条件下的PV值相对较小，可以实现静压支承，而且密封效果较好，易于通过增加配合间隙长度的方法来减小泄漏，以保证泵的效率。因此，柱塞式结构比较适宜于海水等低粘度介质使用，英国、美国、德国、日本、芬兰、丹麦等国家已有的水压泵绝大多数采用了柱塞式结构。
目前应用的各种轴向水压柱塞泵，按其配流方式上大体可分为：端面配流、阀配流、轴配流三种，其中以端面配流(配流盘配流)和阀配流居多，轴配流由于配合间隙过大，水作为工作介质时容易泄漏，故很少在水压泵中使用。
阀配流式轴向水压柱塞泵则是通过吸入阀和压出阀各自独立地打开和关闭来实现吸水和排水过程。现有的阀配流式水压柱塞泵多采用轴向布置形式，华中科技大学于1991年为深潜救生艇研制的轴向海水柱塞泵，为我国第一台海水液压泵。该泵的柱塞和柱塞孔沿轴向圆周分布，吸入阀和压出阀均沿轴向布置在柱塞孔的下方，并通过安装在每个柱塞中的回程弹簧和斜盘的作用实现柱塞的往复运动。该海水液压泵的工作压力和容积效率均较高，工作也较为平稳，现已成功应用于某救生艇上。但由于其配流阀(吸入阀和压出阀)的轴向布置，导致其结构较为复杂，体积比同流量的其它泵类要大，而且维修和更换阀体的配件也极其不易。因此，随后又将该柱塞泵的配流阀改成径向布置，减小了轴向柱塞泵的体积。
但是，柱塞频繁往复运动，与其相接触的橡塑密封组件摩擦损耗严重。而实现油水分离的橡塑密封组件对该轴向柱塞泵能否正常工作具有重要意义，因此须阶段性更换该密封组件。传统的径向阀配流式轴向柱塞泵，配流阀安装于缸体尾部，柱塞套从缸体上部嵌入缸孔。装卸柱塞套、更换该橡塑密封组件时，须先卸下与柱塞泵主轴键连接的电动机，再拆卸泵体。这对应用于工作空间有限，可维修性要求较高的深潜救生艇极为不利。
发明内容
本发明提供一种易于维修的轴向水压柱塞泵，配流阀座独立于缸体，柱塞套从缸体下部嵌入缸孔，解决了高压水泵内实现油水分离的橡塑组合密封件摩擦损耗严重，并且更换不易的难题，同时实现主轴的静平衡与动平衡，缓解了主轴盘旋转不平衡质量引起的缸体摆动。
根据上述需解决的问题设计一种易于维修的轴向水压柱塞泵，依次由泵体、主轴盘、缸体、配流阀座和后端盖组成；主轴盘带动柱塞在缸体的缸孔中往复运动，缸孔内覆有与柱塞接触的柱塞套，柱塞套形成柱塞孔与柱塞配合，柱塞套内侧放置有环形的可实现油水分离的橡塑组合密封件；配流阀座内设置与缸孔对应的配流阀，配流阀由吸入阀和压出阀组成。缸体与配流阀座由螺栓连接；缸体中的缸孔前后通透，柱塞套和橡塑组合密封件从配流阀座侧装入缸孔。
所述的主轴盘中部部采用斜盘-滑靴工作结构，包括主轴、斜盘、回程盘、3-10个滑靴；其中，斜盘上表面为平面，下表面为斜面。斜盘位于主轴中部，并与主轴加工成一体成为主轴盘，主轴盘通过位于主轴上、下端的深沟球轴承定位于泵体中间，并通过位于斜盘上表面的三列圆柱推力轴承进一步稳固于泵体内。斜盘下表面通过三列圆柱推力轴承与回程盘作用，三列圆柱推力轴承通过倾斜固定在主轴上的深沟球轴承与主轴盘定位联接，其中，深沟球轴承的倾斜面与斜盘的斜面平行。回程盘中沿周向均匀设置3-10个滑靴，滑靴下部与柱塞铰接。回程盘与固定在主轴上的球铰铰接定位，球铰通过套在主轴上的中心弹簧将回程盘作用于三列圆柱推力轴承，使各滑靴通过回程盘的作用紧贴在圆柱推力轴承上。泵体上端面开有用以灌注润滑油的油口，泵体周侧开有观察油位和斜盘-滑靴工作情况的观察孔板。滑靴-斜盘这对工作条件恶劣的摩擦副及所有滚动轴承都用油介质润滑，泵体上端面开有灌注油口以补充润滑油；缸体的分布圆上径向均匀布置有与柱塞对应的柱塞孔孔，装配时从缸孔下端嵌入柱塞套，柱塞与柱塞套滑动配合，柱塞套下端内孔开有辅助拆卸用的螺纹孔，柱塞套与柱塞配合面由橡塑组合密封件密封，实现油水分离结构形式。
并且，主轴两端装有上、下力偶盘，斜盘薄侧装有月牙形配重盘，可以平衡主轴盘旋转时造成的倾覆力矩，实现主轴盘静平衡和动平衡。
在配流阀的吸入阀阀口沿轴向开有引水通道，连通至橡塑组合密封件下侧的柱塞套与柱塞的配合面。随着吸入阀阀芯的开闭，吸入阀口处水与引水通道处水的压差变化使引水通道内形成水循环，该循环水既实现了配合面的水润滑，又带走摩擦产生的热量。
所述的柱塞套采用铝青铜(QAL9-4)材料，并在柱塞孔11的内壁中压入工程塑料套。
所述的橡塑组合密封件是由一对低摩擦的填充聚四氟乙烯PTFE环和O形橡胶密封圈组合而成。
在柱塞的闭死腔内填充质轻工程塑料，既减轻了频繁往复运动的柱塞的惯性质量，又避免了中空闭死腔引起的流量脉动。
本发明的有益效果：
(1)本发明中的缸体与配流阀座上下分离，可以毋须卸下与主轴键连接的电动机就可以更换橡塑密封组件，适合深潜救生艇中泵的维护。
(2)主轴两端的两个力偶盘及月牙形配重盘平衡了主轴盘的倾覆力矩，缓解振动冲击，实现主轴盘的静平衡与动平衡，改善了主轴上定位于泵体的轴承的工作环境。
(3)采用油水分离的结构形式，利用安装在柱塞套上的耐磨性好且适用于水润滑介质的橡塑组合密封件来实现这一结构，使滑靴-斜盘这对工作条件恶劣的摩擦副及所有滚动轴承都用油介质润滑，避免了高压水泵选择轴承的难题。
(4)柱塞闭死腔内填充质轻工程塑料，既减轻了频繁往复运动的柱塞的惯性质量，又避免了中空闭死腔引起的流量脉动。
(5)每个吸入阀阀口均开一条狭长的引水通道至柱塞和柱塞套的摩擦面处，这样水便可由吸入阀口流经通道引到摩擦面起润滑作用，减小了柱塞和柱塞套之间的摩擦磨损，而且从通道流入到摩擦面的水介质还可以起到冷却液的作用，降低由于柱塞往复运动所引起的柱塞和柱塞套间的温升。
附图说明
图1为本发明的一种易于维修的轴向水压柱塞泵的优选实施例的结构示意图。
图中，1、泵出水口，2、进水口环形槽，3、压出阀，4、吸入阀，5、公共容腔，6、中心凹孔出水孔，7、柱塞套螺纹孔，8、引水通道，9、柱塞套，10、柱塞，11、柱塞孔，12、橡塑组合密封件，13、闭死腔，14、回程盘，15、滑靴，16、三列圆柱推力轴承，17、斜盘，18、灌注油口，19、三列圆柱推力轴承，21、内六角螺钉，22、内六角螺钉，23、前端盖，24、主轴，25、键槽，26、泵体，27、上力偶盘，28、深沟球轴承，29、观察孔板，30、月牙形配重盘，31、深沟球轴承，32、球铰，33、缸体，34、中心弹簧，35、螺栓，36、放油口堵头，37、轴承座，38、深沟球轴承，39、下力偶盘，40、配流阀座，41、泵进水口，42、后端盖，43、缸孔。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明的做详细的描述：
本发明的泵体26内安置主轴盘和缸体33，缸体33下面对应配流阀座40，并与配流阀座40上下分离，用螺钉35将泵体26与配流阀座40连接起来，便于维修时的拆装。主轴24与斜盘17加工成一体，统称主轴盘。主轴盘上部通过主轴24两端的深沟球轴承28、38定位于泵体26内，泵体26下部设有与缸体33连接的与深沟球轴承38配合的轴承座37，并且主轴盘还通过三列圆柱推力轴承19稳固于泵体26内。
主轴24两端装有的上、下力偶盘27、39，斜盘17薄侧装有的月牙形配重盘30，可以平衡主轴盘旋转时造成的倾覆力矩，实现主轴盘静平衡和动平衡。
主轴盘下部联接有三列圆柱推力轴承16，圆柱推力轴承16通过与主轴24上的深沟球轴承31过盈配合实现径向定位。主轴24上套有中心弹簧34、球铰32和回程盘14，中心弹簧34的压缩弹力作用于球铰32，球铰32与回程盘14由配合球面彼此约束。回程盘14周向均匀设置7个滑靴15，滑靴15下部铰接柱塞10，滑靴15通过回程盘14的作用紧贴在圆柱推力轴承上。中心弹簧34及球铰32和深沟球轴承38通过主轴24实现轴向定位。
缸体33沿周向均布7个与柱塞10对应的缸孔43，每个缸孔43中都镶嵌有铝青铜(QAL9-4)材料柱塞套9，柱塞套9形成与柱塞10配合的柱塞孔11，在柱塞孔11的内壁中压入工程塑料套，以保证其与柱塞10的配合和润滑。柱塞闭死腔13内填充质轻工程塑料，既减轻了频繁往复运动的柱塞的惯性质量，又避免了中空闭死腔引起的流量脉动。
柱塞套9下端内孔开有辅助拆卸用的柱塞套螺纹孔7。前端盖23由内六角螺钉22与泵体26连接，后端盖42则与缸体33固接。
配流阀座40中的配流阀体由吸入阀4和压出阀3组成，其数目和柱塞数相同并沿周向均布于缸体33的底部，对应于柱塞，吸入阀4和压出阀3通过中间套连接，中间套构成公共容腔5，该容腔开有配流阀口，与柱塞孔11的底部相通，吸入阀4的进水口和后端盖42上的泵进水口环形槽2相通，压出阀3的出水口和缸体33上的中心凹孔出水孔6相通。
每个吸入阀4阀口均开一条狭长的引水通道8至柱塞孔11处。当柱塞10处于吸水状态时，水便可由吸入阀4的阀口流经引水通道8引到柱塞孔11，这样不但可以减小柱塞10和柱塞套9之间的摩擦(即由干摩擦变为液体摩擦)，而且从引水通道8流入到摩擦面的水介质还可以起冷却液的作用，降低由于柱塞往复运动所引起的柱塞10和柱塞套9的温升。
该泵采用油水分离的结构形式，泵中油腔与水腔的油水分离是通过安装在柱塞套9上的耐磨性好且适用于水介质润滑的橡塑组合密封件12来实现的。柱塞套9上实现油水分离的橡塑组合密封件12是由一对低摩擦的填充聚四氟乙烯PTFE环和O形橡胶密封圈组合而成，柱塞10与缸孔43不接触，导向支承环既作摩擦副材料(PTFE)又承受侧向力。斜盘17上、下的三列圆柱推力轴承16、19、斜盘17和深沟球轴承28及柱塞10头部等这些相对运动的摩擦副均由润滑油来润滑。泵体26上端面开有灌注油口18以补充润滑油，下部开有放油口。灌注油口18由内六角螺钉21密封，放油口由放油口堵头36密封。泵体26周向开有观察孔板29方便观察油位水平和斜盘-滑靴工作情况。
该缸体和配流阀座分离结构式轴向水压柱塞泵的工作过程如下所述：外部动力通过键槽25使主轴24顺时针旋转，当主轴24带动斜盘17一同旋转时，中心弹簧34通过球铰32和回程盘14将作用力均匀施加到每个滑靴15上，使滑靴15始终紧贴在圆柱推力轴承16上滑动，同时柱塞10受到旋转的圆柱推力轴承16给滑靴15的作用力而在镶嵌于缸孔43内的柱塞套9中作往复运动，缸体33则静止不动。当斜盘17沿顺时针向上极限位置(如图1所示右边的主轴盘位置)运动时，配流阀体中的压出阀3的阀芯均处于关闭状态，滑靴15在回程盘14的压紧力作用下带动柱塞10向上运动，同时柱塞孔11腔中的封闭容积增大，水压力降低，当孔腔中的水压下降到某一数值时，配流阀体中吸入阀4的阀芯会因泵进水口41处的水压大于柱塞孔11腔中的水压与吸入阀4内弹簧作用力的合力被开启，水由泵进水口41经进水口环形槽2进入吸入阀4的进水口再流入压力低的柱塞孔腔中，实现吸水过程；当斜盘17向下极限位置(如图1所示左边的主轴盘位置)运动时，柱塞10受斜盘17的间接作用力向下运动，同时柱塞孔腔的容积会渐渐减小，逐渐升高的水压力一方面集合配流阀体中吸入阀弹簧的弹簧力将吸入阀4阀芯关闭，另一方面克服配流阀体中压出阀3内弹簧的作用力和泵出水口1压力的合力，将压出阀3阀芯打开，使柱塞孔腔中的高压水经压出阀3的出水口流入泵出水口1排出，实现压水过程。当主轴24带动斜盘17旋转一周，每个柱塞10各吸水、压水一次，随着主轴24的不断旋转，各柱塞10也连续地独立完成吸、压水的动作，从而使水压柱塞泵正常工作。
Claims (7)
1.一种易于维修的轴向水压柱塞泵，依次由泵体(26)、主轴盘、缸体(33)、配流阀座(40)和后端盖(42)组成；主轴盘带动柱塞在缸体(33)的缸孔(43)中往复运动，缸孔(43)内覆有与柱塞(10)接触的柱塞套(9)，柱塞套(9)形成柱塞孔(11)与柱塞(10)配合，柱塞套(9)内侧放置有环形的可实现油水分离的橡塑组合密封件(12)；配流阀座(40)内设置与缸孔(43)对应的配流阀，配流阀由吸入阀(4)和压出阀(3)组成；
其特征在于：缸体(33)与配流阀座(40)由螺栓(35)连接；缸体(33)中的缸孔(43)前后通透，柱塞套(9)和橡塑组合密封件(12)从配流阀座侧装入缸孔(43)。
2.如权利要求1所述的一种易于维修的轴向水压柱塞泵，其特征在于：
泵体(26)内部采用斜盘-滑靴工作结构，包括主轴(24)、斜盘(17)、回程盘(14)、3-10个滑靴(15)；其中，斜盘(17)上表面为平面，下表面为斜面；
斜盘(17)位于主轴(24)中部，并与主轴(24)加工成一体成为主轴盘，主轴盘通过位于主轴(24)上、下端的深沟球轴承(28、31)定位于泵体(26)中间，并通过位于斜盘(17)上表面的三列圆柱推力轴承(19)进一步稳固于泵体(26)内；
斜盘(17)下表面通过三列圆柱推力轴承(16)与回程盘(14作用，三列圆柱推力轴承(16)通过倾斜固定在主轴(24)上的深沟球轴承(38)与主轴盘定位联接，其中，深沟球轴承(38)的倾斜面与斜盘(17)的斜面平行；
回程盘(14)中沿周向均匀设置3-10个滑靴(15)，滑靴(15)下部与柱塞(10)铰接；
回程盘(14)与固定在主轴(24)上的球铰(32)铰接定位，球铰(32)通过套在主轴(24)上的中心弹簧(34)将回程盘(14)作用于三列圆柱推力轴承(16)，使各滑靴(15)通过回程盘(14)的作用紧贴在圆柱推力轴承(16)上；
泵体(26)上端面开有用以灌注润滑油的油口，泵体(26)周侧开有观察油位和斜盘-滑靴工作情况的观察孔板(29)。
3.如权利要求2所述的一种易于维修的轴向水压柱塞泵，其特征在于：主轴(24)两端装有上、下力偶盘(27、39)；斜盘17薄侧装有月牙形配重盘(30)。
4.如权利要求1-3中任一项所述的一种易于维修的轴向水压柱塞泵，其特征在于：配流阀的吸入阀阀口沿轴向开有引水通道(8)，连通至橡塑组合密封件(12)下侧的柱塞套(9)与柱塞(10)的配合面。
5.如权利要求1-3中任一项所述的一种易于维修的轴向水压柱塞泵，其特征在于：柱塞套(9)采用铝青铜(QAL9-4)材料，并在柱塞孔(11)的内壁中压入工程塑料套。
6.如权利要求1-3中任一项所述的一种易于维修的轴向水压柱塞泵，其特征在于：所述橡塑组合密封件(12)是由一对低摩擦的填充聚四氟乙烯PTFE环和O形橡胶密封圈组合而成。
7.如权利要求1-3中任一项所述的一种易于维修的轴向水压柱塞泵，其特征在于：柱塞(10)的闭死腔(13)内填充质轻工程塑料。
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