CN105736274B - 一种带限压溢流装置的水液压轴向柱塞泵 - Google Patents
一种带限压溢流装置的水液压轴向柱塞泵 Download PDFInfo
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Abstract
一种带限压溢流装置的水液压轴向柱塞泵,它包括后端盖（1）、配流盘（2）、旋转缸体组件（3）、壳体（4）、滑动轴承（5）、奇数个的柱塞滑靴组件（6）、回程盘（7）、斜盘（8）、机械密封、前端盖（10）、轴（11）和安装在后端盖上的限压溢流装置；通过安装在后端盖上的限压溢流装置，实现水液压轴向柱塞泵本体的限压和溢流功能；限压溢流装置采用机械和液力的双阻尼设计，有效的避免了一般水液压溢流阀工作振动大、噪声大、调压精度低、工作稳定性差等突出缺点，提高了系统工作的稳定性；同时有效的避免了固定安装阻尼器阻尼小孔因介质污染被堵死，阻尼腔形成局部高压，导致主阀芯无法开启的问题。
Description
技术领域
本发明涉及容积泵技术领域，尤其涉及一种带限压溢流装置的水液压轴向柱塞泵。
背景技术
近年来，直接以水（过滤后的天然水，包括海水和淡水）代替矿物油作为工作介质的水液压传动与控制技术获得了突破性的进展，而且在广泛的工程应用中，相比传统油液压传动证明了具有环保、洁净、高效、使用维护方便、运行成本低等突出优越性。水液压传动与控制技术已经被广泛的应用于高压水雾化、海水淡化、高压水清洗、舞台驱动与控制、潜器浮力调节系统、海洋工程以及其他传动与控制领域。
水液压泵是水液压传动与控制系统的核心工作元件，水液压轴向柱塞泵以转速高、压力高、流量大、流量脉动小、体积紧凑、重量轻等突出优点，成为水液压传动与控制系统中最常用的水液压泵，如丹麦Danfoss生产的Nessie系列水泵、英国WaterHydrulic公司的水泵、华中科技大学研制的海水疏干泵及浮力调节泵、浙江大学研制的纯水泵等均为水液压轴向柱塞泵。
相比大多数往复式三柱塞泵体上安装有安全阀作为限压溢流装置，见于报道的水液压轴向柱塞泵本体均无相关限压或溢流功能的装置，应用于水液压传动与控制系统中，须在系统中设置安全阀或溢流阀，造成了成本增加和管道设计制造困难；同时用于直接替代诸如海水淡化、高压水清洗系统中的往复式三柱塞泵受到了很大的限制。
发明内容
为解决目前水液压轴向柱塞泵本体无限压溢流装置的不足，本发明在水液压轴向柱塞泵现有研究的基础上，提供了一种带限压溢流装置的水液压轴向柱塞泵。
本发明包括后端盖、配流盘、旋转缸体组件、壳体、滑动轴承、奇数个的柱塞滑靴组件、回程盘、斜盘、机械密封、前端盖、轴和安装在后端盖上的限压溢流装置，后端盖和前端盖分别固定安装在壳体的两端，配流盘安装在后端盖上，并位于壳体内，回程盘一侧安装在前端盖上，斜盘安装在回程盘的另一侧上，旋转缸体组件通过滑动轴承活动安装在壳体的内壁上，并位于配流盘和斜盘之间，柱塞滑靴组件活动安装在旋转缸体组件内，且柱塞滑靴组件的球状柱塞末端活动装配在斜盘上，轴活动装配在前端盖上，并与旋转缸体组件传动相连，限压溢流装置包括调节螺杆、锁紧螺母、上端盖、弹簧推杆、阻尼阀板、阻尼器、阻尼弹簧、主弹簧、阻尼环和主阀芯，后端盖上设有限压溢流装置腔体，上端盖上设有推杆通过孔，上端盖固定安装在后端盖上限压溢流装置腔体的出口处，阻尼环为环状结构，且阻尼环上开有多个小孔，阻尼环的外壁固定装配在后端盖上限压溢流装置腔体的内壁上，阻尼环的一端抵在后端盖上限压溢流装置腔体的流道-处，主阀芯内设有环形槽和水流通道-，主阀芯的安装在阻尼环内，阻尼弹簧的一端抵在主阀芯上，阻尼器内设有C水流通道，阻尼器位于环形槽内，阻尼器的下表面抵在阻尼弹簧的另一端，且阻尼器的外壁与环形槽之间形成间隙，阻尼阀板内设有D水流通道，阻尼阀板固定安装在环形槽内，并抵在阻尼器的上表面，弹簧推杆通过密封环活动装配在后端盖上限压溢流装置腔体的内壁上，弹簧推杆的一端与主阀芯的顶部之间形成阻尼腔，主弹簧的两端分别抵在弹簧推杆和主阀芯上，调节螺杆穿过上端盖的推杆通过孔并通过锁紧螺母锁紧，且调节螺杆推动弹簧推杆移动，进水口-通过水流通道-、阻尼器内的C水流通道和阻尼阀板内的D水流通道与阻尼腔相通。
阻尼阀板材料为经过强化处理的不锈钢、镍铜合金或钛合金加工而成。
阻尼器为具有中心细长孔的圆柱体结构，材料为不锈钢、铜合金、工程塑料PEEK或工程塑料PTFE加工而成。
主阀芯与弹簧推杆配合间隙位置的密封件为O型密封圈。
阻尼环为环状结构，环状结构上加工有多个小孔，与主阀芯配合的内孔为设定角度和长度的锥口结构，材料为工程塑料或铜合金。
本发明的有益效果是：
1、在水液压轴向柱塞泵的后端盖上安装有限压溢流装置，通过流道连通泵的排水口1、限压溢流装置和泵的吸水口，省去水液压传动与控制系统中的水液压安全阀或水液压溢流阀，简化系统，节约成本，同时具备一般带安全阀的往复式三柱塞泵的全部功能，扩大了水液压轴向柱塞泵的应用范围。
2、限压溢流装置的主阀芯采用差压控制，主阀芯运动液动力有效作用面积极小，在同等压力和流量控制的情况下，主弹簧的设计和制造更为简单。
3、主阀芯采用机械和液力双阻尼的设计，有效的避免一般水液压溢流阀工作中振动大、噪声大、调压精度低、工作稳定性差等突出缺点，提高了系统工作的稳定性。
4、可滑动阻尼器的设计，在阻尼器阻尼小孔因介质污染被堵死的情况下，在主阀芯向上运动形成阻尼腔局部高压的作用下，推动阻尼器向开启阻尼阀口的方向滑动，打开阻尼阀口，连通阻尼腔和下腔，有效的避免了固定安装阻尼器中心阻尼小孔因介质污染被堵死而引起主阀无法开启的问题，提高了限压溢流装置的抗污染性能和水液压轴向柱塞泵工作的可靠性。
5、全水润滑结构，解决了油水分离结构带来的工作介质污染问题，免维护，有效降低使用成本
附图说明
附图1是本发明结构原理图。
附图2是图1的A-A面剖视图。
附图3是限压溢流装置局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如附图1、2、3所示，本发明包括后端盖1、配流盘2、旋转缸体组件3、壳体4、滑动轴承5、奇数个的柱塞滑靴组件6、回程盘7、斜盘8、机械密封、前端盖10、轴11和安装在后端盖上的限压溢流装置，后端盖1和前端盖10分别固定安装在壳体4的两端，配流盘2安装在后端盖1上，并位于壳体4内，回程盘7一侧安装在前端盖10上，斜盘8安装在回程盘7的另一侧上，旋转缸体组件3通过滑动轴承5活动安装在壳体4的内壁上，并位于配流盘2和斜盘8之间，柱塞滑靴组件6活动安装在旋转缸体组件3内，且柱塞滑靴组件6的球状柱塞末端活动装配在斜盘8上，轴11活动装配在前端盖10上，并与旋转缸体组件3传动相连，限压溢流装置包括调节螺杆12、锁紧螺母13、上端盖14、弹簧推杆15、阻尼阀板16、阻尼器17、阻尼弹簧18、主弹簧19、阻尼环20和主阀芯21，后端盖1上设有限压溢流装置腔体，上端盖14上设有推杆通过孔，上端盖14固定安装在后端盖1上限压溢流装置腔体的出口处，阻尼环20为环状结构，且阻尼环20上开有多个小孔，阻尼环20的外壁固定装配在后端盖1上限压溢流装置腔体的内壁上，阻尼环20的一端抵在后端盖1上限压溢流装置腔体的流道1-1处，主阀芯21内设有环形槽和水流通道21-1，主阀芯21的安装在阻尼环20内，阻尼弹簧18的一端抵在主阀芯21上，阻尼器17内设有C水流通道，阻尼器17位于环形槽内，阻尼器17的下表面抵在阻尼弹簧18的另一端，且阻尼器17的外壁与环形槽之间形成间隙，阻尼阀板16内设有D水流通道，阻尼阀板16固定安装在环形槽内，并抵在阻尼器17的上表面，弹簧推杆15通过密封环活动装配在后端盖1上限压溢流装置腔体的内壁上，弹簧推杆15的一端与主阀芯21的顶部之间形成阻尼腔，主弹簧19的两端分别抵在弹簧推杆15和主阀芯21上，调节螺杆12穿过上端盖14的推杆通过孔并通过锁紧螺母13锁紧，且调节螺杆12推动弹簧推杆15移动，进水口1-1通过水流通道21-1、阻尼器17内的C水流通道和阻尼阀板16内的D水流通道与阻尼腔相通。
阻尼阀板16材料为经过强化处理的不锈钢、镍铜合金或钛合金加工而成。
阻尼器17为具有中心细长孔的圆柱体结构，材料为不锈钢、铜合金、工程塑料PEEK或工程塑料PTFE加工而成。
主阀芯21与弹簧推杆15配合间隙位置的密封件为O型密封圈。
阻尼环20为环状结构，环状结构上加工有多个小孔，与主阀芯21配合的内孔为设定角度和长度的锥口结构，材料为工程塑料或铜合金。
限压溢流装置，如附图2、附图3所示，安装在后端盖1上，连通泵的吸水口1-3和排水口1-4，通过主阀芯21运动的控制，实现泵本体的限压和溢流功能。主阀芯21采用差压控制结构，未工作状态下，压力水通过后端盖流道1-1、主阀芯中心孔、阻尼器17、阻尼阀板16与阻尼腔15-1连通。主阀芯21开启的液动力有效作用面积为主阀芯21与后端盖1形成的主阀口密封面面积与阻尼腔15-1面积之差。主阀芯21开启液动力有效作用面积可以根据设计控制到极小，在同等压力和流量控制的情况下，主弹簧19的设计和制造更为简单。
限压溢流装置，如附图2、附图3所示，通过阻尼环20和主阀芯21相互作用形成的机械阻尼，通过阻尼腔15-1和阻尼器17相互作用形成液力阻尼，在机械和液力双阻尼的共同作用下，有效的避免了一般水液压溢流阀工作振动大、噪声大、调压精度低、工作稳定性差等突出缺点，提高了系统工作的稳定性。
限压溢流装置，如附图2、附图3所示，阻尼器17在阻尼弹簧18、阻尼阀板16的作用下，通过设定间隙安装在主阀芯21的内孔中，外部推力大于阻尼弹簧18的预压紧力时可滑动。在阻尼器17中心阻尼小孔因介质污染被堵死的情况下，在主阀芯向上运动阻尼腔15-1形成局部高压的作用下，阻尼器17向阻尼阀口开启的方向（附图3所示右侧）滑动，打开阻尼阀口，连通阻尼腔15-1和下腔21-1，有效的避免了固定安装阻尼器中心阻尼小孔因介质污染被堵死而引起主阀芯21无法开启的问题，提高了限压溢流装置的抗污染性能和水液压轴向柱塞泵工作的可靠性。
本发明提供的带限压溢流装置的水液压轴向柱塞泵工作过程如下：
初始工作状态下，主轴11旋转，带动缸体旋转组件3和柱塞滑靴组件6旋转，柱塞滑靴组件6通过与斜盘8的相互作用，在缸体旋转组件3的缸孔内做往复运动。配流盘2固定的安装在后端盖1上。每旋转一周，柱塞在缸孔内的往复运动一次，通过缸体旋转组件3与配流盘2的相互作用，每组柱塞滑靴组件完成一次吸水和排水的过程。
当泵工作时，压力水通过流道1-1、主阀芯中心孔、阻尼器17中心阻尼小孔、阻尼阀板16进入阻尼腔15-1。当压力水作用在主阀口和通过在阻尼腔15-1作用在主阀芯21向上的合力大于主弹簧19的预压紧力时候，主阀芯打开。通过调节螺杆12推动弹簧推杆15运动，控制主弹簧19的预压紧力，实现主阀芯21开启压力的调节。
把主阀芯21开启的压力定义为设定压力P0，当系统外部负载工作压力大于设定压力P0时，主阀芯21开启，水流经过通道1-1、阻尼环20上的均布的多个小孔、通道1-2回流到泵吸水口1-3。限压溢流装置主阀芯21在机械摩擦力、液压力、弹簧弹力共同作用下，处于某一平衡稳定位置，维持泵出口压力的动态稳定。阻尼器17中心阻尼孔堵塞时，阻尼腔15-1因主阀芯21向上运动内部水受压缩而产生的局部高压，作用在阻尼器17上，当作用在阻尼器17上的局部高压推力大于阻尼弹簧18的预压紧力和底部液压推力之和时，阻尼器17向附图3所示的右侧滑动，开启阻尼阀口，通过主阀芯中心孔21-1、阻尼器17与主阀芯21中心孔之间的间隙、阻尼器17和阻尼阀板16之间形成的阻尼阀口连通阻尼腔15-1，将阻尼腔15-1形成的局部高压卸荷，同时阻尼器17在阻尼弹簧18的作用下回到初始密封位置，在机械摩擦力、液压力、弹簧弹力共同作用下，主阀芯21处于某一动态平衡位置，维持泵排水口1-4压力的动态稳定。阻尼器17的可滑动结构有效的避免了因阻尼孔被堵死，阻尼腔内部形成局部高压导致主阀芯无法打开的缺陷，提高了限压溢流装置的抗污染性能和水液压轴向柱塞泵工作的可靠性。
以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种带限压溢流装置的水液压轴向柱塞泵，其特征在于它包括后端盖（1）、配流盘（2）、旋转缸体组件（3）、壳体（4）、滑动轴承（5）、奇数个的柱塞滑靴组件（6）、回程盘（7）、斜盘（8）、机械密封、前端盖（10）、轴（11）和安装在后端盖上的限压溢流装置，后端盖（1）和前端盖（10）分别固定安装在壳体（4）的两端，配流盘（2）安装在后端盖（1）上，并位于壳体（4）内，回程盘（7）一侧安装在前端盖（10）上，斜盘（8）安装在回程盘（7）的另一侧上，旋转缸体组件（3）通过滑动轴承（5）活动安装在壳体（4）的内壁上，并位于配流盘（2）和斜盘（8）之间，柱塞滑靴组件（6）活动安装在旋转缸体组件（3）内，且柱塞滑靴组件（6）的球状柱塞末端活动装配在斜盘（8）上，轴（11）活动装配在前端盖（10）上，并与旋转缸体组件（3）传动相连，限压溢流装置包括调节螺杆（12）、锁紧螺母（13）、上端盖（14）、弹簧推杆（15）、阻尼阀板（16）、阻尼器（17）、阻尼弹簧（18）、主弹簧（19）、阻尼环（20）和主阀芯（21），后端盖（1）上设有限压溢流装置腔体，上端盖（14）上设有推杆通过孔，上端盖（14）固定安装在后端盖（1）上限压溢流装置腔体的出口处，阻尼环（20）为环状结构，且阻尼环（20）上开有多个小孔，阻尼环（20）的外壁固定装配在后端盖（1）上限压溢流装置腔体的内壁上，阻尼环（20）的一端抵在后端盖（1）上限压溢流装置腔体的流道（1-1）处，主阀芯（21）内设有环形槽和水流通道（21-1），主阀芯（21）安装在阻尼环（20）内，阻尼弹簧（18）的一端抵在主阀芯（21）上，阻尼器（17）内设有C水流通道，阻尼器（17）位于环形槽内，阻尼器（17）的下表面抵在阻尼弹簧（18）的另一端，且阻尼器（17）的外壁与环形槽之间形成间隙，阻尼阀板（16）内设有D水流通道，阻尼阀板（16）固定安装在环形槽内，并抵在阻尼器（17）的上表面，弹簧推杆（15）通过密封环活动装配在后端盖（1）上限压溢流装置腔体的内壁上，弹簧推杆（15）的一端与主阀芯（21）的顶部之间形成阻尼腔，主弹簧（19）的两端分别抵在弹簧推杆（15）和主阀芯（21）上，调节螺杆（12）穿过上端盖（14）的推杆通过孔并通过锁紧螺母（13）锁紧，且调节螺杆（12）推动弹簧推杆（15）移动，进水口（1-1）通过水流通道（21-1）、阻尼器（17）内的C水流通道和阻尼阀板（16）内的D水流通道与阻尼腔相通。
2.根据权利要求1所述的一种带限压溢流装置的水液压轴向柱塞泵，其特征在于阻尼阀板（16）材料为经过强化处理的不锈钢、镍铜合金或钛合金加工而成。
3.根据权利要求1所述的一种带限压溢流装置的水液压轴向柱塞泵，其特征在于阻尼器（17）为具有中心细长孔的圆柱体结构，材料为不锈钢、铜合金、工程塑料PEEK或工程塑料PTFE加工而成。
4.根据权利要求1所述的一种带限压溢流装置的水液压轴向柱塞泵，其特征在于主阀芯（21）与弹簧推杆（15）配合间隙位置的密封件为O型密封圈。
5.根据权利要求1所述的一种带限压溢流装置的水液压轴向柱塞泵，其特征在于阻尼环（20）为环状结构，环状结构上加工有多个小孔，与主阀芯（21）配合的内孔为设定角度和长度的锥口结构，材料为工程塑料或铜合金。
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