CN103075316A - 缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵，采用滑动轴承支撑缸体的半轴式结构。其中，前轴承支撑输入轴，后轴承为一缸内滑动轴承，用于支撑缸体。合理的轴承布置减小了轴承的受力，平衡了配流盘的颠覆力矩。分布式回程弹簧穿过缸体，分别作用在球铰和浮动衬板上，既保证了滑靴副和配流副的密封，又能自动补偿滑靴和配流盘的磨损量。配流盘固定在后端盖上，并采用密封圈密封，避免了配流盘反面泄漏。柱塞副采用间隙自动补偿式密封结构，减小柱塞副的泄漏，提高泵的抗污染能力。该泵以过滤后的淡水或海水作为工作介质，所有摩擦副均为全水润滑，功率密度大。可用于工业清洗，海水淡化，水下作业工具等，应用前景广泛。

Description

缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵

技术领域

本发明涉及一种缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵，可作为动力元件应用于纯水液压传动系统中，属于流体传动与控制技术领域。

背景技术

纯水液压技术是以天然淡水或海水代替矿物油作为液压系统工作介质的一门新技术。近年来,基于安全卫生、节约能源、保护环境和海洋开发的日益重视,纯水液压技术的研究已成为国际液压界的一大前沿研究课题。与使用其他类型介质的液压传动相比,纯水液压传动具有以下优点:

(1)不燃烧、无污染、资源丰富和价格低廉;

(2)系统的压缩损失小、响应快且动态性能好;

(3)比热和导热系数大、系统温升低;

(4)粘度低、系统的沿程损失和局部损失小;

(5)系统维修方便、易清洗、维护成本低。

水液压泵是纯水液压传动系统的核心，目前应用较多的水液压泵有离心泵，二柱塞泵和三柱塞泵。离心泵具有压力低，噪声大等缺点，不能完全满足纯水液压传动系统泵源要求；二柱塞泵和三柱塞泵具有流量小，体积庞大，振动噪声大等缺点，也不能广泛用于各种纯水液压传动系统。斜盘式柱塞泵和斜轴式柱塞泵具有高压大流量，体积小，维修方便，能满足噪声振动要求等优点而备受世界各国学者关注。发达国家已经研制出较为成熟的产品，并占领了相当一部分市场。

丹麦的Danfoss系列泵，英国的TWHC和Fenner系列泵普遍采用斜盘式盘配流结构，均已市场化。然而这几种泵对工作介质的过滤精度要求太高（一般为≤10um），抗污染能力较差，实用性局限。

我国在这一技术领域还处于研制阶段，研制出来的样机还不够成熟，尚不能产品化。中国专利（专利号：ZL200310122910.9）公开了一种全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵或马达，该泵采用缸外轴承支撑缸体，柱塞副采用间隙密封，加工难度大，抗污染能力较差。

中国专利（专利号：ZL201110077940.7）公开了一种纯水液压通轴式球面配流轴向柱塞泵，该泵采用前后两个滑动轴承支撑主轴，球面配流结构。从公布的结构图来看，前后轴承都处于密闭容腔中，不能与壳体腔中的水形成循环，前后轴承均得不到有效的润滑、冷却。在泵的工作过程中势必造成前后轴承的严重磨损失效，且球面配流副加工难度较大，实用性不强。

中国专利（专利号：ZL201010103656.8）公开了一种双斜盘阀配流轴向柱塞式水液压屏蔽泵，该泵工作时转子带动缸体转动，配流阀在缸体中随之转动，而配流副旋转容易造成泵吸水不足。因此该种泵自吸能力较差，转速很难提高。

发明内容

为了克服现有纯水液压柱塞泵加工难度大，抗污染能力差，滑动轴承容易失效等缺点，为纯水压传动系统提供足够压力、流量的高压水。本发明提供一种缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵，通过合理的结构设计，改善了纯水液压柱塞泵的润滑工况，提高了纯水液压柱塞泵的抗污染能力，实用性很强。

本发明采用如下技术手段，一种缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵，其中前端盖3、壳体9、后端盖15连接为一体；主轴1与缸体10连接，构成主轴-缸体组件；前滑动轴承27镶嵌在前端盖3中，与主轴1相连；后支撑轴14与后端盖15过盈连接，后滑动轴承12镶嵌在缸体10内部；限位环24固定在主轴1上，左端与前端盖3相贴；主轴1、后支撑轴14均设有十字通水孔13，前端盖3开设有环形通水槽5、斜向通水孔4和轴向通水孔26，将前滑动轴承27、后滑动轴承12的润滑沟槽与壳体9的空腔相通。

沿主轴-缸体组件轴线方向均匀分布若干个弹簧组件11，分别与球铰22、浮动衬板17相接触；球铰22与回程盘7内圆配合构成球铰副，回程盘7上均匀分布多个孔，将相同数目的滑靴23贴紧在斜盘6上；浮动衬板17与配流盘16构成配流副；配流盘16由螺钉安装于后端盖15上，反面开设有高压密封沟槽16.1，装配O型密封圈实现密封；配流盘16正面开设低压腰形槽16.2、高压腰形槽16.3，分别与后端盖15上的吸水槽15.2、压水槽15.3相沟通，吸水槽15.2为敞开式结构，直接与壳体腔相通。

本发明的弹簧组件（11），缸孔（20）个数为5个、7个、9个或11个。

本发明轴承副的实现方式：前滑动轴承27、后滑动轴承12均由高分子复合材料或陶瓷等耐磨材料制成后过盈装配到前端盖3、缸体10上，或采用注塑工艺，在前端盖3、缸体10上直接将高分子复合材料注塑成型；轴瓦上均开设轴向、周向通水沟槽，沟槽通过前端盖3开设的环形通水槽5、斜向通水孔4和轴向通水孔26，与壳体9的空腔相通。使得轴承内部的流体能够与壳体腔中的流体形成循环流动，充分实现了轴承的润滑和冷却。

本发明柱塞副的实现方式：缸套21采用耐蚀合金或者陶瓷材料制成，耐蚀合金制成的缸套21经过热处理提高其硬度和耐磨性，并对其内圆进行表面强化处理；柱塞基体19.1表面镶嵌一个由高分子复合材料制成的柱塞套19.2，并由压紧螺母19.5固定，保证柱塞套19.2在泵运转过程中不脱落；柱塞基体19.1上分别开设两对相连通的径向孔19.4与环形沟槽19.3，环形沟槽19.3通过径向通水孔19.4和柱塞腔沟通。

本发明滑靴副的实现方式：滑靴23包括开设了多个螺纹孔的金属基体，在基体上注塑一层高分子复合材料层，用于摩擦面，与斜盘6构成滑靴副。斜盘6采用耐蚀合金材料制成，并通过热处理和表面改性处理提高其摩擦斜面的硬度和耐磨性。

本发明配流副的实现方式：配流盘16包括开设了多个螺纹孔的金属基体，在基体上注塑一层高分子复合材料层，用于摩擦面，与浮动衬板17构成配流副。浮动衬板17采用耐蚀合金材料制成，并通过热处理和表面改性处理提高其摩擦面的硬度和耐磨性。

本发明采用的高分子复合材料为PEEK或其它耐磨级工程塑料，耐蚀合金为不锈钢或者钛合金材料。

本发明可以取得如下有益效果：

1.轴承副润滑沟槽内的流体与泵体内的流体构成循环，有利于轴承的润滑、冷却，提高了轴承的使用寿命和工作可靠性。

2.采用半轴式结构，前轴承支撑主轴，后缸内轴承支撑缸体，轴承布置合理，使得前后轴承PV值均匀分布，避免了轴承由于受力不均造成的严重磨损。同时后滑动轴承能够平衡配流盘的颠覆力矩，提高了泵的工作平稳性。

3.柱塞副采用间隙自动补偿原理，在实现密封的同时可适当增大配合间隙，减小了加工难度，有效地提高了纯水泵的抗污染能力。

4.主要摩擦副均采用高分子符合材料与耐蚀合金或者陶瓷配对，能够满足纯水液压泵对关键摩擦副摩擦磨损、耐蚀性的要求。

5.滑靴、配流盘的金属基体上均开设了多个螺纹小孔，使注塑后的高分子复合材料嵌入螺纹小孔，增强了注塑层与金属基体之间的联结力。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为前端盖的主视图；

图3为前端盖的剖视图；

图4为柱塞副的结构原理图；

图5为后端盖的主视图；

图6为后端盖的剖视图；

图7为浮动衬板的右视图；

图8为配流盘的左视图；

图9为配流盘的右视图。

图中：1主轴，2轴封压盖，3前端盖，4斜向通水孔，5环形通水槽，6斜盘，7回程盘，8排气螺塞，9壳体，10缸体，11弹簧组件，12后滑动轴承，13十字通水孔，14后支撑轴，15后端盖，15.1进水口，15.2吸水槽，15.3压水槽，15.4出水口，16配流盘，16.1高压密封沟槽，16.2低压腰形槽，16.3高压腰形槽，17浮动衬板，17.1腰形窗口，18浮动套，19柱塞，19.1柱塞基体，19.2柱塞套，19.3环形沟槽，19.4径向通水孔，19.5固定螺母，20缸孔，21缸套，22球铰，23滑靴，24限位环，25定位销，26轴向通水槽，27前滑动轴承，28轴封。

具体实施方式

下面将结合本发明的部分实施例中的附图1~9，对本发明的实施方式作更加详细地说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明所有实施例的一部分。本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下，从本发明公开的内容中直接获得或者联想到的其他实施例，均属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵。如图1所示，前端盖3、壳体9、后端盖15通过螺栓连接为一体；主轴1与缸体10通过键连接，构成主轴-缸体组件；前滑动轴承27镶嵌在前端盖3中，与主轴1相连；后支撑轴14与后端盖15过盈连接，后滑动轴承12镶嵌在缸体10内部；限位环24固定在主轴1上，左端与前端盖3相贴；壳体9上安装有排气螺塞8，在泵未工作时打开，排出空气，防止气蚀的产生。使用轴封28对主轴1进行密封，轴封28安装在轴封压盖2上。

沿主轴-缸体组件轴线方向均匀分布多个弹簧组件11，两端分别与球铰22、浮动衬板17相接触；球铰22与回程盘7内圆配合构成球铰副，回程盘7上均匀分布若干个孔，将相同数目的滑靴23贴紧在斜盘6上；浮动衬板17与配流盘16构成配流副；配流盘16由螺钉安装于后端盖15上，反面开设有高压密封沟槽16.1，装配O型密封圈实现密封；配流盘16正面开设低压腰形槽16.2、高压腰形槽16.3，分别与后端盖15上的吸水槽15.2、压水槽15.3相沟通。

沿主轴-缸体组件轴线方向均匀分布多个缸孔20，每个缸孔20中过盈压入一个缸套21，柱塞19球头与滑靴23球窝构成柱塞组件，缸套21与柱塞组件构成柱塞副；柱塞19通过对应的浮动套18与配流盘16上的腰形槽相通。

缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵，其弹簧组件11，缸孔20个数为5个、7个、9个或11个。

缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵，其吸排水以及润滑、冷却工作过程如下：泵起动前，工作水由后端盖15的敞开式吸水槽15.2流入壳体9的空腔，壳体腔中的低压水分别由主轴上的十字通水孔13，前端盖上的环形通水槽5、轴向通水孔26、斜向通水孔4进入后滑动轴承12、前滑动轴承27的润滑沟槽中，并使得整个泵体的空腔均匀地充满工作介质水；泵工作时，壳体9中的水经过配流盘16、浮动衬板17上的腰形窗口17.1，由柱塞19吸入柱塞腔，当柱塞运动到斜盘上死点时，吸水结束；柱塞19转过上死点之后，开始排水过程。此时泵腔中的低压水一边由柱塞经配流盘16高压腰形槽经后端盖15出水口15.4排出泵体，一边又从后端盖吸水槽15.2处不断得到补充。形成了泵腔内水的流动循环效应，将各摩擦副工作时产生的热量带走，有利于摩擦副的润滑、冷却。

本发明柱塞副的实现方式：如图3所示，柱塞基体19.1采用耐蚀合金制成，表面镶嵌一个由高分子复合材料制成的柱塞套19.2，并由压紧螺母19.5固定锁紧，保证柱塞套19.2在泵运转过程中不脱落；柱塞基体19.1上分别开设两对相连通的径向孔19.4与环形沟槽19.3，实现环形槽19.3和柱塞腔的沟通。与柱塞19配合的缸套采用耐蚀合金或者陶瓷材料制成，并通过热处理以及对内圆的表面强化处理提高其硬度和耐磨性。当柱塞19压水时，柱塞腔内的高压水通过径向孔19.4而流入环形槽19.3中，环形槽19.3外周的柱塞套受载产生变形，柱塞套19.2和缸套21之间的间隙减小，减小泄漏，实现柱塞副的自动补偿密封。当柱塞19处于吸水行程时，环形槽19.3内为低压水，柱塞套19.2内外压力平衡，恢复到原来的形状。柱塞套19.2和缸套21之间的间隙增大，摩擦力减小，柱塞副磨损减小。采用此结构，可以有效提高柱塞副加工的配合间隙（40~50um），减小了加工难度。同时提高了柱塞副的抗污染能力，降低了水压泵对介质过滤精度的要求。

本发明轴承副的实现方式：前滑动轴承27、后滑动轴承12均由高分子复合材料或陶瓷等耐磨材料制成后过盈装配到前端盖3、缸体10上，或采用注塑工艺，在前端盖3、缸体10上直接将高分子复合材料注塑成型；轴瓦上均开设轴向、周向通水沟槽，沟槽通过前端盖3开设的环形通水槽5、斜向通水孔4和轴向通水孔26，与壳体9的空腔相通。使得轴承内部的流体能够与壳体腔中的流体形成循环流动，滑动轴承得到充分的润滑和冷却。

本发明端面摩擦副自动补偿的实现方式：多个弹簧组件11沿着缸体轴向方向均匀分布，两端分别与球铰22、浮动衬板17相接触。在弹簧力作用下，浮动衬板17可在缸孔20和配流盘16之间产生轴向的浮动，当缸体受到配流盘16的颠覆力矩而发生轴向微小倾斜时，压缩量大的若干根弹簧会将浮动衬板17推向配流盘16，保证浮动衬板17始终与配流盘16贴紧，自动补偿配流盘16与浮动衬板17之间的间隙，减小泄漏量；当滑靴23、配流盘16端面磨损量增大时，在弹簧力的作用下，滑靴23和斜盘6、配流盘16和浮动衬板17再一次贴紧，补偿磨损量。限位环24固定在主轴1上，左端与前端盖3相贴，限制了主轴1的轴向窜动，提高了泵的工作平稳性。

本发明的滑靴19、配流盘11、前后滑动轴承均可采用在金属基体上注塑一层高分子复合材料的工艺，金属基体上均开设了多个螺纹孔，使注塑后的高分子复合材料嵌入螺纹小孔，增强了注塑层与金属基体之间的联结力。

本发明采用的高分子复合材料为PEEK或其它耐磨级工程塑料，耐蚀合金为不锈钢或者钛合金材料。

Claims (7)

1.缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵，其中前端盖（3）、壳体（9）、后端盖（15）连接为一体；主轴（1）与缸体（10）连接，构成主轴-缸体组件；前滑动轴承（27）镶嵌在前端盖（3）中，与主轴（1）相连；后支撑轴（14）与后端盖（15）过盈连接，后滑动轴承（12）镶嵌在缸体（10）内部，与缸体（10）连接；限位环（24）固定在主轴（1）上，左端与前端盖（3）相贴；主轴（1）、后支撑轴（14）均设有十字通水孔（13），前端盖（3）开设有环形通水槽（5）、斜向通水孔（4）和轴向通水孔（26），将前滑动轴承（27）、后滑动轴承（12）的润滑沟槽与壳体（9）的空腔相通。

沿主轴-缸体组件轴线方向均匀分布多个弹簧组件（11），两端分别与球铰（22）、浮动衬板（17）相接触；球铰（22）与回程盘（7）内圆配合构成球铰副，回程盘（7）上均匀分布若干个孔，将相同数目的滑靴（23）贴紧在斜盘（6）上；浮动衬板（17）与配流盘（16）构成配流副；配流盘（16）由螺钉安装于后端盖（15）上，反面开设有高压密封沟槽（16.1），装配O型密封圈实现密封；配流盘（16）正面开设低压腰形槽（16.2）、高压腰形槽（16.3），分别与后端盖（15）上的吸水槽（15.2）、压水槽（15.3）相沟通，后端盖（15）的吸水槽（15.2）为敞开式结构，直接与壳体（9）的空腔相通。

沿主轴-缸体组件轴线方向均匀分布多个缸孔（20），每个缸孔（20）中过盈压入一个缸套（21），柱塞（19）球头与滑靴（23）球窝构成柱塞组件，缸套（21）与柱塞组件构成柱塞副；柱塞（19）通过对应的浮动套（18）与配流盘（16）上的腰形槽相通。

2.根据权利要求书1所述的缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵，其特征是：所述的弹簧组件（11），缸孔（20）个数为5个、7个、9个或11个。

3.根据权利要求书1所述的缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵，其特征是：所述前滑动轴承（27）、后滑动轴承（12）均由高分子复合材料或陶瓷等耐磨材料制成后过盈装配到前端盖（3）、缸体（10）上，或采用注塑工艺，在前端盖（3）、缸体（10）上直接将高分子复合材料注塑成型；轴瓦上均开设轴向、周向通水沟槽，沟槽通过前端盖（3）开设的环形通水槽（5）、斜向通水孔（4）和轴向通水孔（26），与壳体（9）的空腔相通。

4.根据权利要求书1所述的缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵，其特征是：所述缸套（21）采用耐蚀合金或者陶瓷材料制成，耐蚀合金制成的缸套（21）经过热处理提高其硬度和耐磨性，并对其内圆进行表面强化处理；柱塞基体（19.1）表面镶嵌一个由高分子复合材料制成的柱塞套（19.2），并由压紧螺母（19.5）固定锁紧；柱塞基体（19.1）上分别开设两对相连通的径向孔（19.4）与环形沟槽（19.3），环形沟槽（19.3）通过径向孔（19.4）和柱塞腔沟通。

5.根据权利要求书1所述的缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵，其特征是：所述的滑靴（23）包括开设了多个螺纹孔的金属基体，在基体上注塑一层高分子复合材料层，用于摩擦面，与斜盘（6）构成滑靴副。斜盘（6）采用耐蚀合金材料制成，并通过热处理和表面改性处理提高其斜面的硬度和耐磨性。

6.根据权利要求书1所述的缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵，其特征是：所述的配流盘（16）包括开设了多个螺纹孔的金属基体，在基体上注塑一层高分子复合材料层，用于摩擦面，与浮动衬板（17）构成配流副。浮动衬板（17）采用耐蚀合金材料制成，并通过热处理和表面改性处理提高其摩擦面的硬度和耐磨性。

7.根据权利要求书3,4,5或6所述的缸内轴承支撑半轴式纯水液压轴向柱塞泵，其特征是：所述的高分子复合材料为PEEK或其它耐磨级工程塑料，耐蚀合金为不锈钢或者钛合金材料。

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