CN102141022A

CN102141022A - 双斜盘阀配流轴向柱塞式水液压屏蔽泵

Info

Publication number: CN102141022A
Application number: CN2010101036568A
Authority: CN
Inventors: 朱碧海; 贺小峰; 刘银水; 朱玉泉; 牛壮; 李壮云
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: CN102141022B

Abstract

双斜盘阀配流轴向柱塞式水液压屏蔽泵，用海水或淡水作为工作介质，属于水液压泵类。本发明将水液压泵集成在屏蔽电机转子内部，结构紧凑，可以达到小型化和轻量化的目的，改善了作业机械的机动性。解决了传统的油压动力单元体积大，结构复杂，容易导致系统内油水混杂等问题。采用双斜盘结构以及与之相适应的各种配流方式来改善缸体受力状况；电机定子和转子均被屏蔽套保护，避免海水腐蚀定子铁心、绕组和转子铁芯。绕组浸泡在定子屏蔽套腔内的绝缘油中，改善绕组的散热条件。工作介质(海水或淡水)对电机结构和泵结构进行强制对流冷却。因此，本发明结构紧凑，关键部件耐海水腐蚀，可以很好的适用于海洋水下作业机械液压系统。

Description

双斜盘阀配流轴向柱塞式水液压屏蔽泵

技术领域

本发明涉及轴向柱塞泵，尤其涉及一种轴向柱塞式海(淡)水液压屏蔽泵。

背景技术

轴向柱塞泵是液压泵的一种，具有结构紧凑、单位功率体积小，工作压力高，容积效率高等优点，因此在液压传动中得到广泛的应用。目前用于水下作业机械的液压动力单元是常见的油压动力单元，通常采用三段式结构，即“原动机(电机或柴油机)+联轴器+液压泵”，三部件轴向串联同轴联接。这种形式存在结构复杂、体积大、机动性差、油水容易混合等缺点。

兰州理工大学冀宏等人申请的“一种液压电机柱塞泵”(申请号200610105034.2)，用液压油作为工作介质，定子绕组浸泡在工作介质中，两端分别采用滑动轴承，端面配流的方式，中心弹簧回程。但该泵只能适用于油压系统。

本发明设计的一种海(淡)水液压柱塞泵，将水液压柱塞泵集成在屏蔽电机内部，它能够浸泡在海(淡)水中，并可靠的将电能转化为工作介质的压力能。

发明内容

本发明是一种双斜盘轴向柱塞式屏蔽泵，泵结构集成在屏蔽电机鼠笼转子内部，具体技术方案如下：

一种轴向柱塞式水液压屏蔽泵，该屏蔽泵包括：外壳，定子，转子，缸体，多个柱塞，两斜盘组件以及配流装置，其中，所述多个柱塞均布在缸体端部，左右两端的各柱塞分别对应，形成多个柱塞对，所述两斜盘组件在缸体两端外侧呈对称布置；

其特征在于，在所述转子主轴的转动中，所述斜盘组件使各柱塞对作周期性往复运动，从而控制所述配流装置周期性工作，实现对屏蔽泵的配流。

本发明所述的斜盘组件包括斜盘、多个滑靴和回程盘，在斜盘与柱塞对的相对转动中，滑靴通过回程盘被贴合在斜盘上滑动，使与之相连的柱塞运动。

本发明所述的配流装置为在缸体上对应设置的吸入阀和压出阀，每个柱塞对对应一个吸入阀和一个压出阀，每组所述的柱塞对与其对应的吸入阀和压出阀相通，所述柱塞对依靠对应的吸入阀的吸水和压出阀的压水实现配流。

本发明所述的配流装置为配流盘，其上设置两互不连通的腰形孔，腰形孔上各自设置排水孔或出水孔，在转子主轴的转动中，该配流盘的排水孔和出水孔通过上述两腰形孔与缸体中的多个斜孔相通，进而与所述柱塞对的柱塞腔周期性连通，实现周期性的吸水和排水，实现配流。

本发明所述的斜盘组件中的斜盘表面开有一腰形槽，与外部吸水区相通，各柱塞对的柱塞腔与对应的压出阀相通，在转子主轴的转动中，各柱塞对与腰形槽周期性相通和断开，实现周期性的吸水和排水，实现配流。

本发明所述的缸体作为转子主轴，而斜盘组件固定。

本发明所述的斜盘组件作为转子主轴，而缸体固定。

本发明在所述柱塞泵的排水口处，通过弹簧压力和工作水压将机械密封静环压紧在缸体上，形成旋转密封。

本发明由定子屏蔽套密封的空腔外侧设置有压力补偿装置，该压力补偿装置由补偿活塞、补偿弹簧及橡胶膜片组成。

本发明所述的滑靴由滑靴金属外包和滑靴内芯组成，滑靴内芯的下端呈一定锥度，滑靴金属外包通过滚压的方式与滑靴内芯锥面紧密贴合。

与以往轴向柱塞泵相比，本发明突出优点在于：1.用海水或淡水作为工作介质，将水液压泵集成在屏蔽电机转子内部，结构紧凑，可以达到小型化和轻量化的目的，改善了作业机械的机动性。2.解决了传统的油压动力单元体积大，结构复杂，容易导致系统内油水混杂等问题。3.采用双斜盘结构以及与之相适应的各种配流方式，可以改善缸体受力状况；4.电机定子和转子均被屏蔽套保护，可以避免海水腐蚀定子铁心、绕组和转子铁芯。绕组浸泡在定子屏蔽套腔内的绝缘油中，可以改善绕组的散热条件。工作介质(海水或淡水)对电机结构和泵结构进行强制对流冷却。因此，本发明结构紧凑，关键部件耐海水腐蚀，能很好的适用于海洋水下作业机械液压系统。

附图说明

图1轴向柱塞式水液压屏蔽泵主视图

图2轴向柱塞式水液压屏蔽泵左视图

图3滑靴结构图

图4压力补偿装置图

图5两侧小滑动轴承支承结构图

图6大滑动轴承支承结构图

图7端面配流缸体转动方式结构图

图8阀配流缸体不转动方式结构图

图9斜盘-阀配流缸体不转动结构图

图10斜盘-阀配流缸体转动结构图

具体实施方式：

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1中：1-外壳 2-定子铁心 3-绕组 4-定子屏蔽套 5-鼠笼转子 6-键 7-定位销 8-成对角接触球轴承 9-回程盘 10-中心球铰 11-缸体 12-斜盘 13-滑靴 14-柱塞 15-左端盖 16-吸入阀 17-压出阀 18-定子固定套 19-压力补偿装置 20-右端盖 21-深沟球轴承 22-出水口外壳 23-导向螺钉 24-机械密封静环 25-转子屏蔽套 26-接线盒 27-滑靴内芯 28-滑靴金属外包 29-补偿活塞 30-补偿弹簧 31-橡胶膜片。

如图1所示，在柱塞式屏蔽泵外壳1内安装有定子铁心2，定子铁心2内嵌有绕组3，定子固定套18对定子铁心2进行轴向限制，防止定子铁心2轴向移动。定子铁心2内有定子屏蔽套4，定子屏蔽套4与定子铁心2内孔间隙配合，将绕组3密封在绝缘油中，密封腔右侧的多个压力补偿装置19可以根据工况自动调节所述密封腔内绝缘油的压力。

定子屏蔽套4内有转子屏蔽套25，和鼠笼转子5通过螺钉联接一起转动。缸体11和电机中心轴是一体结构，做为鼠笼转子5的中心转轴，由成对角接触球轴承8和深沟球轴承21分别支承在左端盖15和右端盖20上。左端盖15上开有进水口，右端盖20上有出水口，外壳1表面有接线盒26。缸体11左右两侧分别分布有多个对应的柱塞14，左侧的多个柱塞14通过滑靴13、回程盘9、球铰10与左侧斜盘12(由定位销7进行周向定位，防止斜盘周向转动)贴合，对应地，右侧的多个柱塞相对称地通过滑靴、回程盘、球铰与右侧斜盘贴合。左右两侧的柱塞位置对应、数量相等，构成多个柱塞对。缸体11径向对应每个柱塞对均分布有吸入阀16和压出阀17，所述吸入阀16和压出阀17分别和缸体11左侧中心孔和右侧中心孔相通，从而分别与左端盖15进水口和右端盖20上的出水口相通，而且每个柱塞对与所述吸入阀16和压出阀17相通，每个柱塞对依靠吸入阀16吸水，依靠压出阀17压水。缸体右侧中心孔通道与机械密封静环24中孔依靠旋转密封的方式相通，机械密封静环24在导向螺钉23的导向作用下，避免和动环(即缸体11)一起转动，压力水经出水口外壳22排出泵体。

其中，定子屏蔽套4中部采用厚度为0.5mm的奥氏体不锈钢薄板滚焊而成，定子屏蔽套两端加厚，满足强度要求。定子屏蔽套4外径与定子铁心2内径相配合，两端分别与左端盖15、右端盖20密封圈密封，防止绝缘油泄漏。转子屏蔽套25中部采用厚度为0.4mm的奥氏体不锈钢薄板滚焊而成，两端加固和密封。转子屏蔽套25与鼠笼转子5一起转动，避免工作介质腐蚀鼠笼转子。

出水口处机械密封采用类似于浮动配流盘的原理，通过弹簧压力和工作水压将机械密封静环24压紧在缸体11上，缸体11作为动环，这种结构简单，紧凑。机械密封静环24采用沉淀硬化不锈钢外套与聚醚醚酮树脂(PEEK)内芯组合而成，聚醚醚酮树脂(PEEK)内芯的端面与动环相摩擦。动环(即缸体11)使用奥氏体不锈钢材料，与聚醚醚酮树脂(PEEK)内芯的端面构成摩擦副，该摩擦副配对材料能够承受较大的比压值，寿命更长。

如图3所示，滑靴13由滑靴金属外包28和滑靴内芯27组成。滑靴内芯27材料为聚醚醚酮树脂(PEEK)。本滑靴结构在滑靴内芯27的下端加工出一定锥度，滑靴金属外包28通过滚压的方式与滑靴内芯27锥面紧密贴合，可以避免因滑靴金属外包28薄弱导致工作时张开。

如图4所示，压力补偿装置19主要由补偿活塞29、补偿弹簧30及橡胶膜片31组成。橡胶膜片将外界海水压力传递到补偿弹簧30腔内，通过补偿活塞29将压力作用在定子屏蔽套4、外壳1、左端盖15和右端盖20组成的密封腔内的绝缘油上，实现该密封腔内绝缘油的内外压力平衡，同时橡胶膜片31将补偿弹簧30空腔与外界海水隔开，防止海水进入补偿弹簧30腔中造成油水混合。补偿活塞29在补偿弹簧30的作用下，随外界海水压力即工作深度的变化，与橡胶膜片31一起推动补偿活塞29运动，保持上述密封腔内绝缘油的压力。

本发明的柱塞式屏蔽泵工作过程如下：

当通过接线盒26中的接线柱给电机绕组3接通电源时，电机绕组3产生的旋转磁场在鼠笼转子5上产生电磁转矩，通过键6带动缸体11与鼠笼转子5一起旋转，缸体带动柱塞14作旋转运动，在球铰10，回程盘9的作用下，柱塞14在缸体11的缸孔中作往复直线运动，使得柱塞腔容积周期性变化，引起吸入阀16和压出阀17周期性闭合，将缸体左侧中心孔中的水吸至柱塞腔，并从柱塞腔压至缸体右侧中心孔，完成吸水和压水，最后形成具有一定压力的水，提供给后续的液压设备。

另外，从左端盖15上的吸水口进入的水同时会通过轴承处的间隙进入定子屏蔽套4内，然后循环回流至缸体左侧的中心孔，在这个循环过程中完成对成对角接触球轴承8和右侧深沟球轴承21润滑和冷却，而且同时会将绕组3产生的热量通过绝缘油、定子屏蔽套4传递到上述循环的水中，进而将热量带出泵外，实现热平衡。

上述实施例中的缸体两端支承方式也可以采用如下的滑动轴承来替代，参见图5和图6。

如图5所示，本实施例中采用缸体11a端部的左侧滑动轴承8a和右侧滑动轴承21a将缸体11a分别支承在左端盖15a和右端盖20a上，同时止推环8aa用来承受缸体11a的向左轴向力。左端盖15a上斜孔引高压水，向左侧滑动轴承8a和止推环8aa供水润滑，并在止推环8aa形成支承水腔，与止推环8aa一起承担向左轴向力。

如图6所示，本实施例左侧采用大滑动轴承8b，直接把缸体11b支承在左端盖15b上，而右侧在缸体11b端部使用滑动轴承21b。工作时，大滑动轴承8b和右侧滑动轴承21b均使用定子屏蔽套4b内侧腔充满的水，形成动压支承，共同将缸体11b分别支承在左端盖15b和右端盖20b上。止推环8bb将缸体11b传递的轴向力作用在左端盖15b，同时左端盖15b上斜孔引压力在止推环8bb处形成支承水腔，共同承受轴向力。该种支承方式减小了轴承的支撑跨度，滑动轴承受力状况得到改善，且减小整体轴向尺寸。

前述各实施例中，采用的配流方式为吸入阀和压出阀配流，缸体旋转，斜盘固定。也可以采用如图7-10所示的其它配流方式。

如图7所示，本实施例采用端面配流方式，缸体11c转动，两侧斜盘12c固定。缸体11c左右端面对称均布有多个缸孔，且底部相通，形成柱塞腔。每个柱塞腔均有斜孔连通所述缸体11c右侧面。配流盘33c上开有两个不相通的腰形槽，分别对应吸水区与压水区。吸水口与配流盘33c中吸水区的腰形槽相通，压水口与配流盘33c中压水区腰形槽相通。配流盘33c轴向可以浮动，压紧弹簧34c将配流盘33c压在旋转缸体11c上。在缸体11c的转动过程中，配流盘33c可以通过所述腰形槽与所述缸体11c右侧面斜孔周期性相通，进而配流盘33c与对应的柱塞腔也周期性连通。工作时，当缸体11c带动柱塞腔转动至吸水区时，柱塞腔容积变大，通过斜孔与配流盘33c上吸水区的腰形槽相通，实现吸水。当缸体11c带动柱塞腔转动至压水区时，柱塞腔容积缩小，压力水通过斜孔与配流盘33c上压水区的腰形槽相通。过渡套32c将配流盘33c两个腰形孔中的水引出至右侧吸水口和排水口，完成一个吸水压水工作循环。采用定隙回程机构10c压紧回程盘9c，强制柱塞14c回程。

如图8所示，本实施例缸体11d固定，斜盘12d转动，吸入阀16d和压出阀17d一起配流。缸体11d中的径向分布的多个缸孔，每个缸孔各有一组吸入阀16d与压出阀17d与之相通。当斜盘12d转动至吸水区间时，吸入阀16d打开，实现吸水。当斜盘12d转动至吸水区间时，压出阀17d打开，实现压水，完成一次吸水与压水工作循环。

如图9所示，本实施例缸体11e固定，斜盘12e转动。两侧的斜盘表面对应于吸水区间各开有一条腰形槽，所述腰形槽通过斜盘中孔与外部低压水相通。滑靴13e和柱塞14e均有吸水用的中心通孔。缸体11e开有均布的缸孔，且通过缸孔底部的压出阀17e与外部压水口相通。当斜盘12e转动至吸水区时，柱塞14e的中心通孔通过滑靴13e的中心通孔与斜盘12e表面腰形槽相通，实现吸水。当斜盘12e转动到压水区间，滑靴13e和柱塞14e的中心通孔不与斜盘12e表面腰形槽相通，此时压出阀17e打开，压力水排出，完成压水，实现一个吸水压水工作循环。

如图10所示，本实施例缸体11f转动，斜盘12f固定。两侧固定的斜盘12f表面对应于吸水区各分布有腰形槽，腰形槽底部开有与外侧低压水相通的孔。柱塞14f和滑靴13f开有吸水用的中心通孔。每组左右对称的柱塞对的柱塞腔底部相连通，两柱塞腔之间的连通区域有压出阀17f。缸体11f右侧开有中心孔，中心孔与每个压出阀17f均相通。当柱塞14f随缸体11f转动到吸水区时，柱塞14f的中心通孔通过滑靴13f的中心通孔与斜盘17f的腰形槽相通，完成吸水。当缸体11f带动柱塞14f转动至压水区，滑靴13f和柱塞14f的中心通孔不与斜盘12f表面腰形槽相通，压出阀17f打开将水压出，经机械密封静环24f排出，完成一个吸水压水工作循环。

Claims

1.一种轴向柱塞式水液压屏蔽泵，该屏蔽泵包括：外壳，定子，转子，缸体，多个柱塞，两斜盘组件以及配流装置，其中，所述多个柱塞均布在缸体端部，左右两端的各柱塞分别对应，形成多个柱塞对，所述两斜盘组件在缸体两端外侧呈对称布置；

2.根据权利要求1所述的一种轴向柱塞式水液压屏蔽泵，其特征在于，所述斜盘组件包括斜盘、多个滑靴和回程盘，在斜盘与柱塞对的相对转动中，滑靴通过回程盘被贴合在斜盘上滑动，带动与滑靴相连的柱塞运动。

3.根据权利要求1或2所述的一种轴向柱塞式水液压屏蔽泵，其特征在于，所述的配流装置为在缸体上对应设置的吸入阀和压出阀，每个柱塞对对应一个吸入阀和一个压出阀，每个所述的柱塞对与其对应的吸入阀和压出阀相通，所述柱塞对依靠对应的吸入阀的吸水和压出阀的压水实现配流。

4.根据权利要求1或2所述的一种轴向柱塞式水液压屏蔽泵，其特征在于，所述的配流装置为配流盘，其上设置两互不连通的腰形孔，腰形孔上各自设置排水孔或出水孔，在转子主轴的转动中，该配流盘的排水孔和出水孔通过上述两腰形孔分别与缸体中的多个斜孔相通，进而与所述柱塞对的柱塞腔周期性连通，实现周期性的吸水和排水，实现配流。

5.根据权利要求1或2所述的一种轴向柱塞式水液压屏蔽泵，其特征在于，斜盘组件中的斜盘表面开有一腰形槽，与外部吸水区相通，各柱塞对的柱塞腔与对应的压出阀相通，在转子主轴的转动中，各柱塞对与腰形槽周期性相通和断开，实现周期性的吸水和排水，实现配流。

6.根据权利要求1-5之一所述的一种轴向柱塞式水液压屏蔽泵，其特征在于，所述的缸体作为转子主轴，相对斜盘组件转动。

7.根据权利要求1-5之一所述的一种轴向柱塞式水液压屏蔽泵，其特征在于，所述的斜盘组件作为转子主轴，相对缸体转动。

8.根据权利要求6所述的一种轴向柱塞式水液压屏蔽泵，其特征在于，在所述柱塞泵的排水口处，通过弹簧压力和工作水压将机械密封静环压紧在缸体上，形成旋转密封。

9.根据上述任一权利要求所述的一种轴向柱塞式水液压屏蔽泵，其特征在于，由定子屏蔽套密封的空腔外侧设置有压力补偿装置，该压力补偿装置由补偿活塞、补偿弹簧及橡胶膜片组成。

10.根据权利要求2-9之一所述的一种轴向柱塞式水液压屏蔽泵，其特征在于，所述滑靴由滑靴金属外包和滑靴内芯组成，滑靴内芯的下端呈一定锥度，滑靴金属外包通过滚压的方式与滑靴内芯锥面紧密贴合。