CN104265594A - 一种轴向柱塞浮力泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向柱塞浮力泵，包括驱动机构和由其驱动的滚珠丝杠，其特征在于，所述驱动机构驱动套筒旋转，所述套筒套装在所述滚珠丝杠的螺母上，二者固接，所述套筒的前端由推力球轴承支撑，所述套筒的后端由角接触球轴承支撑，所述套筒的中部由深沟球轴承支撑，所述角接触球轴承、所述深沟球轴承和所述推力球轴承均安装在轴承座内；所述滚珠丝杠的螺杆的前端固接有柱塞，所述柱塞密封安装在柱塞缸内，在所述柱塞缸的前端固接有端盖，在所述端盖的前端固接有外油囊，所述外油囊、所述端盖、所述柱塞缸和所述柱塞构成一密封容腔，在所述密封容腔内注入有液压油，所述柱塞缸的后端与所述轴承座的前端固接。本发明承压能力大，工作效率高。

Description

一种轴向柱塞浮力泵

技术领域

本发明属于机电一体化领域，特别是一种用于驱动海洋垂直剖面测量平台做上浮和下潜运动的轴向柱塞浮力泵。

背景技术

浮力泵是液压系统的一个重要装置，它是通过柱塞在缸体中的往复运动，通过柱塞的吸油和压油过程,从而使得密封容腔的体积发生变化，进而使得水下设备的浮力发生改变,实现设备的上浮和下潜。轴向浮力泵是柱塞的往复运动方向与缸体中心轴平行的柱塞泵。所述柱塞采用两道O型圈的径向密封形式，使得轴向浮力泵具有摩擦系数低、效率高，泄漏小(几乎零泄漏)的优点。国际上常见的自主海洋垂直剖面测量平台常用到浮力泵通过改变自身排水体积来调节自身净浮力，从而实现在海洋一定深度范围内周而复始的上浮和下潜运动，进而完成海洋不同深度处的环境观测。对于这种测量平台要求具备以下几个特点：承压能力大，因为水深与水压成正比所以承压能力越大，能到达的海域就越深；较强的可控性，在不同深度的海域处，就会有不同的海域信息，所以要能较精确地控制浮力泵的排水量，从而控制其到达相应的深度处；自我保护能力，剖面测量平台在深水区域一旦遇到特殊情况无法受控时，很有可能造成不可回收的毁灭性事故，所以具备一定的自我保护能力在一定程度上能避免上述情况的发生。

在2013年12月18日，中国专利文献CN103452832A公开了一种柔性卷边柱塞浮力泵，耐压壳体内部采用真空泵将气压抽成近似0.5个大气压，其前部外侧与外皮囊固定连接；耐压壳体与柱塞缸之间设置有卷边柱塞；卷边柱塞套在刚性内衬上，卷边柱塞与耐压壳体前端及外皮囊之间构成一个封闭的空间，该空间内注入液压油；从动齿轮与主动齿轮啮合，主动齿轮由直流电机驱动旋转。由于上述浮力泵采用角接触轴承支撑滚珠丝母，采用卷边柱塞，导致该结构不能承受太大的压力，只能承受200m的水深的压力：随着水压的增大，角接触轴承所承受的轴向力会增大，这样角接触轴承转动时的摩擦会急剧增大，导致轴承需要较大的扭力才能转动，大大降低了传动效率。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种轴向柱塞浮力泵，该浮力泵的承压能力大，工作效率高。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种轴向柱塞浮力泵，包括驱动机构和由其驱动的滚珠丝杠，所述驱动机构驱动套筒旋转，所述套筒套装在所述滚珠丝杠的螺母上，二者固接，所述套筒的前端由推力球轴承支撑，所述套筒的后端由角接触球轴承支撑，所述套筒的中部由深沟球轴承支撑，所述角接触球轴承、所述深沟球轴承和所述推力球轴承均安装在轴承座内；所述滚珠丝杠的螺杆的前端固接有柱塞，所述柱塞密封安装在柱塞缸内，在所述柱塞缸的前端固接有端盖，在所述端盖的前端固接有外油囊，所述外油囊、所述端盖、所述柱塞缸和所述柱塞构成一密封容腔，在所述密封容腔内注入有液压油，所述柱塞缸的后端与所述轴承座的前端固接。

所述滚珠丝杠的螺杆设有导轨，所述导轨与所述驱动机构固接，在所述导轨上开设有导向槽，在所述导轨上固接有控制电路板，在所述控制电路板上按照前后顺序并排安装有多个霍尔传感器；在所述滚珠丝杠的螺杆的后端设有伸入至所述导向槽内的导向防转心轴，在所述导向防转心轴上设有与所述霍尔传感器适配的磁铁。

在所述控制电路板的前后两端各设有一与所述导向防转心轴适配的限位开关。

所述驱动机构包括依次连接的直流电机减速机、主动齿轮和从动齿轮，所述从动齿轮与所述套筒固接，所述从动齿轮支撑在从齿轮座内，所述齿轮座的前端与所述轴承座的后端连接，所述齿轮座的后端与所述导轨固接。

在所述端盖的前端设有椭球形整流罩。

本发明具有的优点和积极效果是：采用了推力球轴承和柱塞缸参与构成的密封容腔，使浮力泵的耐压性能得以大大提高，因此，可以通过增大电机功率、增大减速器及齿轮组的减速比来增大浮力泵的输出推力；并且推力球轴承的使用能够提高浮力泵的传动效率；通过在控制电路板上按前后顺序排列多个霍尔传感器的结构，使浮力泵能够精确地控制滚珠丝杠的螺杆运动的位移量，进而控制浮力泵的排水量。控制电路板上前后两端各有一个限位开关，在霍尔传感器失控的情况下即使丝杠已运动到始末位置也能使电机自动停止旋转，可在一定程度上避免系统遭遇伤害。综上所述，本发明的可控精度高，承压能力大，传动效率高，并具有自我保护功能，特别适合于海洋剖面测量平台。

附图说明

图1为本发明的整体外观图；

图2为本发明的结构示意图。

图中：1为直流电机减速机，2为主动齿轮，3为从动齿轮，4为从齿轮座，5为滚珠丝杠的螺杆，6为套筒，7为滚珠丝杠的螺母，8为柱塞，9为角接触球轴承，10为深沟球轴承，11为推力球轴承，12为柱塞缸，13为轴承座，14为整流罩，15为外油囊，16为端盖，17为外油囊压紧圈，18为控制电路板，19为限位开关，20为导轨，21为导向防转心轴，22为螺钉，23为密封圈。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1和图2，一种轴向柱塞浮力泵，包括驱动机构和由其驱动的滚珠丝杠，所述驱动机构驱动套筒6旋转，所述套筒6套装在所述滚珠丝杠的螺母上，二者固接，所述套筒6的前端由推力球轴承11支撑，所述套筒6的后端由角接触球轴承9支撑，所述套筒6的中部由深沟球轴承10支撑，所述角接触球轴承9、所述深沟球轴承10和所述推力球轴承11均安装在轴承座13内；所述滚珠丝杠的螺杆5的前端固接有柱塞8，柱塞8采用螺钉22固定在所述滚珠丝杠的螺杆5的前端；所述柱塞8密封安装在柱塞缸12内，二者之间采用密封圈23密封；在所述柱塞缸12的前端固接有端盖16，在所述端盖16的前端固接有外油囊15，外油囊15采用压紧圈17固定在所述端盖16的前端；所述外油囊15、所述端盖16、所述柱塞缸12和所述柱塞8构成一密封容腔，在所述密封容腔内注入有液压油，所述柱塞缸12的后端与所述轴承座13的前端固接。

角接触球轴承9可承受来自传动件的轴向载荷以及来自轴承座13的径向载荷；中间位置的深沟球轴承10，可承受来自套筒6和轴承座13的径向载荷；所述推力球轴承11可承受来自套筒6的轴向载荷。

为了实现高精度的控制，在本实施例中，所述滚珠丝杠的螺杆5设有导轨20，所述导轨20与所述驱动机构固接，在所述导轨20上开设有导向槽，在所述导轨20上固接有控制电路板18，在所述控制电路板18上按照前后顺序并排安装有多个霍尔传感器；在所述滚珠丝杠的螺杆5的后端设有伸入至所述导向槽内的导向防转心轴21，在所述导向防转心轴21上设有与所述霍尔传感器适配的磁铁。为了减少导向防转心轴21与所述导向槽之间的摩擦，可以在导向防转心轴21上安装轴承，使轴承与导向槽滚动摩擦连接。

为了实现自我保护功能，在本实施例中，在所述控制电路板的前后两端各设有一与所述导向防转心轴适配的限位开关。

当滚珠丝杠的螺杆5前后运动时，霍尔传感器能够感应磁场的变化，从而确定滚珠丝杠的螺杆5运动的位移。在限位开关19上有金属弹片，当霍尔失效且滚珠丝杠的螺杆5已到达始末位置时，控制电路不会控制电机1停止旋转，此时滚珠丝杠的螺杆5继续前行，其上面的导向防转心轴21就会触碰到金属弹片致使控制电路断开，强行制止直流电机1旋转，从而使整个浮力泵系统起到自我保护功能。

在本实施例中，所述驱动机构包括依次连接的直流电机减速机1、主动齿轮2和从动齿轮3，所述从动齿轮3与所述套筒6固接，所述从动齿轮3支撑在从齿轮座4内，所述齿轮座4的前端与所述轴承座13的后端连接，所述齿轮座4的后端与所述导轨20固接。

为了减小运行时的水流阻力，在本实施例中，在所述端盖16的前端设有椭球形整流罩14。

本发明采用了推力球轴承和柱塞缸参与构成的密封容腔，可以通过增大电机功率、增大减速器及齿轮组的减速比来增大浮力泵的输出推力。在本实施例中，浮力泵的驱动电机采用功率为的150W直流电机，相对现有浮力泵的90W电机功率变得更大。驱动电机前部采用减速比为1：113的减速器，齿轮组的减速比为1:3，这样传动结构的总减速比达到了1:339，相较现有浮力泵的结构，本发明对自主海洋垂直剖面测量平台密封舱体内的空间利用更加充分，减速比变的更大，从而可以输出更大的推力。

本发明通过采用推力球轴承能够避免角接触轴承不能承受较大轴向力的缺点，同时相比于角接触轴承来说，降低了轴承转动过程中的摩擦力，提高了传动效率。

在本实施例中，浮力泵的密封材质具有高硬度、高耐磨和高耐水解性，能保证柱塞进行大强度和高往复运动；在深水中，由于水的压强作用，会给柱塞带来很大的推力，推力球轴承的选用能有效承受这种轴向推力，可极大地减小轴承转动过程中所受到的摩擦，提高浮力泵的效率；主、从齿轮模数为2.25，齿厚较大，其材料依据机械设计手册，主动齿轮选用具有高耐磨性的铜合金和从动齿轮采用合金钢。通过对各环节零件尺寸的精心设计以及对材料的严格要求，这种应用于水下设备的轴向柱塞浮力泵的工作压力可达6MPa，即可在水深为600米的海域工作。在工作过程中，当柱塞向后运动时，外油囊吸入海水，此时水下设备所受到的重力大于浮力，向下滑行；当柱塞往前运动时，柱塞推动密封腔里的液压油挤压外油囊，将外油囊中的水排出水下设备，从而水下设备受到的浮力大于重力，水下设备向上滑行。如此通过柱塞的往复运动，使得水下设备上升和下潜。霍尔传感器的选用能够准确有效地控制浮力泵的排水量，从而控制水下设备上升或下潜的高度。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轴向柱塞浮力泵，包括驱动机构和由其驱动的滚珠丝杠，其特征在于，所述驱动机构驱动套筒旋转，所述套筒套装在所述滚珠丝杠的螺母上，二者固接，所述套筒的前端由推力球轴承支撑，所述套筒的后端由角接触球轴承支撑，所述套筒的中部由深沟球轴承支撑，所述角接触球轴承、所述深沟球轴承和所述推力球轴承均安装在轴承座内；所述滚珠丝杠的螺杆的前端固接有柱塞，所述柱塞密封安装在柱塞缸内，在所述柱塞缸的前端固接有端盖，在所述端盖的前端固接有外油囊，所述外油囊、所述端盖、所述柱塞缸和所述柱塞构成一密封容腔，在所述密封容腔内注入有液压油，所述柱塞缸的后端与所述轴承座的前端固接。

2.根据权利要求1所述的轴向柱塞浮力泵，其特征在于，所述滚珠丝杠的螺杆设有导轨，所述导轨与所述驱动机构固接，在所述导轨上开设有导向槽，在所述导轨上固接有控制电路板，在所述控制电路板上按照前后顺序并排安装有多个霍尔传感器；在所述滚珠丝杠的螺杆的后端设有伸入至所述导向槽内的导向防转心轴，在所述导向防转心轴上设有与所述霍尔传感器适配的磁铁。

3.根据权利要求2所述的轴向柱塞浮力泵，其特征在于，在所述控制电路板的前后两端各设有一与所述导向防转心轴适配的限位开关。

4.根据权利要求2所述的轴向柱塞浮力泵，其特征在于，所述驱动机构包括依次连接的直流电机减速机、主动齿轮和从动齿轮，所述从动齿轮与所述套筒固接，所述从动齿轮支撑在从齿轮座内，所述齿轮座的前端与所述轴承座的后端连接，所述齿轮座的后端与所述导轨固接。

5.根据权利要求2所述的轴向柱塞浮力泵，其特征在于，在所述端盖的前端设有椭球形整流罩。