CN105134583B

CN105134583B - 一种斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构

Info

Publication number: CN105134583B
Application number: CN201510601482.0A
Authority: CN
Inventors: 陈晖�; 梁红星; 陈嘉阳; 肖天丽; 沈明
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2015-09-21
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2035-09-21
Also published as: CN105134583A

Abstract

本发明涉及一种斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构，缸体具有多个柱塞孔，在每个柱塞孔的旁侧沿柱塞孔轴向开设轴向冷却油道，在缸体外周面沿柱塞孔径向开设用于将轴向冷却油道与缸体外周面连通的径向冷却油道，柱塞孔和柱塞均为具有两个不同直径的阶梯式结构，柱塞在柱塞孔内往复运动时，阶梯式结构的柱塞与柱塞孔之间形成一环形腔，该环形腔通过沿柱塞孔径向开设的柱塞副通流油道与轴向冷却油道连通，缸体高速转动时，环形腔体积的变化使轴向冷却油道内的油液周期性进入和排出环形腔，由此对柱塞副进行润滑冷却，提升了轴向冷却油道中油液的更新速率与冷却效果。

Description

一种斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构

技术领域

本发明提供一种斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构，尤其是涉及一种适用于高速旋转状态下可实现对柱塞副润滑冷却的斜盘式柱塞泵。

背景技术

斜盘式柱塞泵因其具有结构紧凑、功率密度比大、高压高效、变量方式灵活等优点，被广泛应用于航空航天、石油化工、工程机械和船舶工业等领域中。当前，伴随轴向柱塞泵的高压化发展，斜盘式轴向柱塞泵的三个主要摩擦副(柱塞副、配流副和滑靴副)产生的热量进一步增大，其工作热量积累将增大摩擦副产生胶着等破坏，由此将大幅降低泵的使用寿命。

对柱塞副而言，活塞在缸体中的往复运动使滑动面发热，而滑动面的发热量取决于活塞与缸体的接触压力。与低转速下相比，高速旋转下柱塞所受离心力增大，活塞与缸体的接触压力增大，滑动面上的发热量也随之增大。同时，由于活塞紧靠在缸体柱塞孔径向外侧，使其外侧间隙宽度变小，外侧间隙中的工作油流动阻力显著增加，更不容易带走此处产生的热量。随之，此处工作油液局部持续升温，超过工作油的转变温度时，工作油的润滑性能下降，滑动面发热量将进一步增大，在此恶性循环下柱塞与缸体发生热胶着、卡死。因此，如何在高转速工况下对柱塞副进行冷却，对提升斜盘式柱塞泵对高速、高压工况的适应性具有重要意义。

柱塞副是轴向柱塞泵局部发热较大位置，当前对于柱塞副及缸体的温升控制主要从增强柱塞副润滑和加强缸体冷却两方面入手。例如采用增大间隙或在柱塞表面开设油槽的方法(如参考专利201410061751.4、201410285026.5、ZL201220650097.7和ZL200620043044.3)，提高柱塞与缸体间的储油量，以提升摩擦副的润滑性及冷却性能；又如通过在缸体开设冷却槽(如参考专利US2013000481A1)，利用泵壳体和缸体间的油液冷却缸体，以抑制摩擦副表面温度上升及间隙润滑的油温上升。现有方案可一定程度抑制柱塞副温升，但仍存在一些不足，主要表现为：

(1)增大柱塞与缸体的间隙或柱塞表面开设油槽，增大了间隙泄漏量，一定程度上降低了泵的效率，间隙的高压泄漏也会增加泵的发热。此外，柱塞表面凹槽内的油液流动性较差，滞留的油液易在缸体高速旋转时积累热量，随着此处油液温度升高，润滑作用将大幅下降。

(2)上述设计方案未涉及柱塞副润滑强化与缸体冷却复合作用的影响，温控效果遇瓶颈。仅增加柱塞副润滑的方案，在缸体高速旋转产生的局部温升将显著减低润滑效果；仅考虑缸体冷却而忽略柱塞副润滑，在面临润滑失效引发的柱塞副剧烈摩擦与强温升下，其缸体冷却的提升泵寿命的价值大幅降低。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构。

本发明解决技术问题所采用的方案是一种斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构，包括位于柱塞泵体内的缸体和若干柱塞，其特征在于：

所述缸体的前端面上开设有若干环形阵列分布的柱塞孔，所述柱塞在缸体的旋转驱动下经斜盘与滑靴作用在柱塞孔内往复滑动；

所述缸体上开设有用于将油液吸入柱塞孔内并对孔壁进行冷却润滑的油道系统，所述柱塞孔的底部经腰形孔连接有配流盘并与配流盘的低压吸油区与高压排油区连通。

进一步的，所述柱塞孔为具有两段孔径、且外段孔径比内段孔径大的阶梯式腔体，所述柱塞为具有两段直径的阶梯式结构，所述油道系统包括在每个柱塞孔旁侧轴向开设的轴向冷却油道，所述缸体的外周面上沿每个柱塞孔径向开设有用于将轴向冷却油道与缸体的外周面连通的径向冷却油道，轴向冷却油道的内壁沿每个柱塞孔径向开设有用于将轴向冷却油道与柱塞孔外段孔径的腔体相通的柱塞副通流油道。

进一步的，所述轴向冷却油道均匀分布于两相邻柱塞孔之间且靠近缸体的外周面的位置上，所述轴向冷却油道的横截面为开口指向缸体的外周面的V形槽。

进一步的，所述径向冷却油道与轴向冷却油道横截面的V形槽的一个V形端相通。

进一步的，所述柱塞副通流油道与径向冷却油道在同一轴线上，且位于柱塞孔中靠近内段孔径的外段孔径位置上。

进一步的，所述柱塞的两段直径之差是柱塞副通流油道的孔径的0.2～5倍。

进一步的，所述柱塞与柱塞孔为间隙配合。

进一步的，所述轴向冷却油道的深度为柱塞孔轴向长度的1/5～3/5。

进一步的，所述轴向冷却油道与柱塞孔之间形成的壁面厚度的最小壁厚hmin为柱塞孔外段孔径的0.01～0.5倍。

进一步的，所述轴向冷却油道的V形槽的夹角β为90～160度，所述柱塞副通流油道的孔径小于径向冷却油道的孔径。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)通过新型的柱塞润滑结构与缸体油道系统配合，在不增大泄漏的前提下提高柱塞副的润滑效果。在柱塞向外运动时，该结构将油液从缸体外吸入到柱塞副中起强化润滑冷却的效果；在柱塞向内运动时，又将油液从柱塞副排出到缸体外，使油液不滞留在柱塞副中，在缸体高速旋转情况下，仍可以良好的控制柱塞副的发热量。

2)缸体内部开设油道系统，不破坏缸体外表面前提下，对柱塞孔发热较大的壁面进行冷却。该结构利用缸体旋转离心力及缸体外周面的压差作用，将油液从缸体外引入对发热壁面进行冷却，可有效抑制柱塞和柱塞孔的滑动面温升。因其具备完整的缸体外表面，因此缸体对油液的搅动发热量小。

3)利用柱塞副与缸体润滑及冷却结构结合，增强对缸体的冷却换热效果。柱塞副润滑结构不仅提高柱塞副的润滑效果，在柱塞副润滑结构吸入或排除油液时，可加速缸体冷却油道中油液的流速，从而增强冷却换热效果。润滑与冷却相结合的新结构，可进一步控制柱塞副周围的温升，为提升缸体的最高转速提供条件。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为本发明的内部结构示意图；

图2为图1的局部示意图；

图3为图1中A方向的缸体结构示意图；

图4为图3的局部示意图；

图5为该发明吸油过程中油液流动状态的轴向示意图；

图6为该发明吸油过程中油液流动状态的径向示意图；

图7为该发明压油过程中油液流动状态的轴向示意图；

图8为该发明压油过程中油液流动状态的径向示意图；

图中：

1-端盖；2-泵盖；3-斜盘；4-底板；5-柱塞；6-中泵体；7-滚针轴承；8-配流盘；8A-低压吸油区；8B-高压排油区；9-缸体；9A-前端面；9B-外周面；10-球形衬套；11-滑靴；12-前泵体；13-滚珠轴承；14-传动轴；15-柱塞孔；15A-柱塞孔壁面一侧；15B-柱塞孔壁面另一侧；16-腰形孔；17-轴向冷却油道；17A-径向冷却油道；17B-柱塞副通流油道；18-环形腔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，一种斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构，包括位于柱塞泵体内的缸体9和若干柱塞5，所述缸体9的前端面上开设有若干环形阵列分布的柱塞孔15，所述柱塞5在缸体9的旋转驱动下经斜盘与滑靴作用在柱塞孔15内往复滑动；所述缸体9上开设有用于将油液吸入柱塞孔15内并对孔壁进行冷却润滑的油道系统，所述柱塞孔15的底部经腰形孔16连接有配流盘8并与配流盘8的低压吸油区8A与高压排油区8B连通；所述柱塞孔15为具有两段孔径、且外段孔径比内段孔径大的阶梯式腔体，所述柱塞5为具有两段直径的阶梯式结构，所述油道系统包括在每个柱塞孔15旁侧轴向开设的轴向冷却油道17，所述缸体9的外周面9B上沿每个柱塞孔15径向开设有用于将轴向冷却油道17与缸体的外周面9B连通的径向冷却油道17A，轴向冷却油道17的内壁沿每个柱塞孔15径向开设有用于将轴向冷却油道17与柱塞孔15外段孔径的腔体相通的柱塞副通流油道17B。

在本实施例中，如图1所示的斜盘式柱塞泵由端盖1、泵盖2、斜盘3、底板4、柱塞5、中泵体6、滚针轴承7、配流盘8、缸体9、球形衬套10、滑靴11、前泵体12、滚珠轴承13、传动轴14等零件组成；泵盖2、前泵体12与中泵体6组成泵壳体，传动轴14前后贯穿于泵壳体内，由滚珠轴承13和滚针轴承7分别支撑于泵壳体的前端和后端；缸体9与传动轴14通过花键相连，不能相对旋转，缸体9在传动轴14的驱动下进行旋转运动；在缸体的后端面上开设腰形孔16与柱塞孔相通，柱塞5一端通过间隙配合的方式安装在缸体9的柱塞孔15内，柱塞5另一端通过球节方式与滑靴11相连接，滑靴11与斜盘3面接触形成滑动摩擦副；斜盘3以一定角度安装在前泵体12内，且在缸体一侧安装有底板4；球形衬套10成环状外装于传动轴14上，且被设置在缸体上的多个缸体弹簧按压在底板4上；缸体9与配流盘8相接触，可相对转动，而配流盘8通过销固定在中泵体6上，不能相对旋转。

在本实施例中，工作时，柱塞5随缸体9作旋转运动，由于受到斜盘3和滑靴11组成摩擦副的约束，以及高压油腔内压力共同作用，柱塞5在柱塞孔15内作往复运动，通过缸体旋转使腰形孔16在低压吸油区8A和高压排油区8B交替切换，腰形孔16在经过低压吸油区8A时，由于柱塞5由柱塞孔15内向外运动，在柱塞孔15内形成负压将油液从低压吸油区8A经腰形孔16吸入；在腰形孔16经过高压排油区8B时，柱塞5由柱塞孔15外向内运动，使柱塞孔15内的油液受压从高压排油区8B流出；由此反复工作，实现泵的吸油、压油。

在本实施例中，如图2所示，柱塞5具有大直径段d1和小直径段d2，小直径段d2(相当于内段孔径)与柱塞孔的大直径段d1(相当于外段孔径)围成环形腔18，所述轴向冷却油道的深度为柱塞孔轴向长度的1/5～3/5，所述轴向冷却油道与柱塞孔15之间的壁面厚度h应保证缸体9的刚度，最小壁厚hmin为柱塞孔外段孔径的0.01～0.5倍；所述轴向冷却油道的横截面为开口指向缸体的外周面的V形槽，位于两个柱塞孔之间缸体厚度较大的位置，以在保证足够刚度的前提下具有良好的冷却效果。

在本实施例中，当缸体9高速旋转时，柱塞5在柱塞孔15内做往复运动，在离心力作用下柱塞5对柱塞孔壁面一侧15A的接触压力增大，摩擦产生的热量增加，且通过此处间隙的油液减少，不能起到很好的润滑、冷却的效果，而柱塞孔壁面另一侧15B间隙相对较大，可通过足够的油液进行润滑冷却。

在本实施例中，如图4所示，所述柱塞副通流油道与径向冷却油道在同一轴线上，V形槽的夹角为β，径向冷却油道17A和柱塞副通流油道17B的轴线L₁与V形槽的对称轴L₂的夹角为β₁，在已知缸体旋转方向的前提下，将径向冷却油道17A和柱塞副通流油道17B开设在缸体旋转方向的反方向上，并与缸体成一定的倾斜角度，V形槽的另一段的中心线L₃与L₂的夹角为β₂，优选状态下角度β₂大于等于β₁；缸体处于工作状态时，受到惯性力的作用，将促使轴向冷却油道17内液体向径向冷却油道17A流动，此时将β₂的角度设计成大于等于β₁，将减少油液流动的阻力；同时柱塞在压油过程中，环形腔18内的油液迅速从柱塞副通流油道17B排出，由此带动轴向冷却油道17内的油液从径向冷却油道17A排出到缸体9外，实现油液在缸体冷却油道内的快速流动，实现更快的冷却换热的效果。

在本实施例中，如图5、图6所示，此时柱塞5处于向缸体外运动的吸油过程，工作时，轴向冷却油道17中充满油液使此处油液持续流动，可实现连续不断的对柱塞孔壁面一侧15A进行冷却；在粘性力作用下，缸体的外周面9B附近的油液随缸体9高速流动，使此处油液压力降低，处于径向冷却油道17A内的油液受到压差与离心力的共同作用，使径向冷却油道17A中的油液向缸体9外排出；径向冷却油道17A中的油液向外排出带动轴向冷却油道17中的油液流动，使处于缸体前端面9A一侧的油液向轴向冷却油道17内流动，从而对发热较大的柱塞孔壁面一侧15A进行冷却换热；同时，随着环形腔18的体积不断增大，环形腔18内形成负压，油液便从柱塞副通流油道17B流入环形腔18，对柱塞副进行冷却润滑；而油液由柱塞副通流油道17B流入环形腔18同样也带动了轴向冷却油道17内的油液流动，使轴向冷却油道17内的油液更新速度加快，从而加快对缸体的冷却换热。

在本实施例中，如图7、图8所示，此时柱塞5处于向缸体内运动的压油过程，环形腔18内的油液受压从柱塞副通流油道17B迅速流出，由于柱塞副通流油道17B与径向冷却油道17A处于同一直线方向上，油液在经过轴向冷却油道17的同时带动轴向冷却油道17内的油液从径向冷却油道17A流出，使处于缸体前端面9A一侧的油液向轴向冷却油道17内流动，从而加快了轴向冷却油道17内的油液流速，加快对缸体的冷却换热。

在本实施例中，不论是吸油还是压油过程，柱塞往复运动摩擦可由环形腔18内的油液来冷却润滑，同时轴向冷却油道17内的油液处于不断流动的状态，加强了缸体的冷却换热，二者内外结合，可有效控制柱塞副和缸体的温升。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构，包括位于柱塞泵体内的缸体（9）和若干柱塞（5），其特征在于：

所述缸体（9）的前端面上开设有若干环形阵列分布的柱塞孔（15），所述柱塞（5）在缸体（9）的旋转驱动下经斜盘与滑靴作用在柱塞孔（15）内往复滑动；

所述缸体（9）上开设有用于将油液吸入柱塞孔（15）内并对孔壁进行冷却润滑的油道系统，所述柱塞孔（15）的底部经腰形孔（16）连接有配流盘（8）并与配流盘（8）的低压吸油区（8A）与高压排油区（8B）连通；

所述柱塞孔（15）为具有两段孔径、且外段孔径比内段孔径大的阶梯式腔体，所述柱塞（5）为具有两段直径的阶梯式结构，所述油道系统包括在每个柱塞孔（15）旁侧轴向开设的轴向冷却油道（17），所述缸体（9）的外周面（9B）上沿每个柱塞孔（15）径向开设有用于将轴向冷却油道（17）与缸体的外周面（9B）连通的径向冷却油道（17A），轴向冷却油道（17）的内壁沿每个柱塞孔（15）径向开设有用于将轴向冷却油道（17）与柱塞孔（15）外段孔径的腔体相通的柱塞副通流油道（17B）。

2.根据权利要求1所述的斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构，其特征在于：所述轴向冷却油道（17）均匀分布于两相邻柱塞孔（15）之间且靠近缸体的外周面（9B）的位置上，所述轴向冷却油道（17）的横截面为开口指向缸体的外周面的V形槽。

3.根据权利要求2所述的斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构，其特征在于：所述径向冷却油道（17A）与轴向冷却油道（17）横截面的V形槽的一个V形端相通。

4.根据权利要求1所述的斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构，其特征在于：所述柱塞副通流油道（17B）与径向冷却油道（17A）在同一轴线上，且位于柱塞孔（15）中靠近内段孔径的外段孔径位置上。

5.根据权利要求1所述的斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构，其特征在于：所述柱塞（5）的两段直径之差是柱塞副通流油道（17B）的孔径的0.2～5倍。

6.根据权利要求1所述的斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构，其特征在于：所述柱塞（5）与柱塞孔（15）为间隙配合。

7.根据权利要求1所述的斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构，其特征在于：所述轴向冷却油道（17）的深度为柱塞孔（15）轴向长度的1/5～3/5。

8.根据权利要求1所述的斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构，其特征在于：所述轴向冷却油道（17）与柱塞孔（15）之间形成的壁面厚度的最小壁厚为柱塞孔（15）外段孔径的0.01～0.5倍。

9.根据权利要求2所述的斜盘式柱塞泵的柱塞副润滑冷却结构，其特征在于：所述轴向冷却油道（17）的V形槽的夹角为90～160度，所述柱塞副通流油道（17B）的孔径小于径向冷却油道（17A）的孔径。