CN1062404A - 串联多级开路式轴向柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于特殊用途的液压泵，特别适用于超高 压大流量的液压系统中。本发明所述的串联多级开 路式轴向柱塞泵是将多个开路式轴向柱塞泵串联起 来，第一级泵可以采用任意种类的轴向泵，但是在其 后面串联起来的液压泵必须是开路式轴向柱塞泵。

该泵不仅可以串联，也可以进行并联。是实现超 高压、大流量的液压泵之一，可广泛应用于液压机械、 锻压机械等超高压、大流量的技术领域中。

Description

本发明属于特殊用途的液压泵，特别适用于超高压大流量的液压系统中。

随着大型液压机械、锻压机械和轧钢机械的飞速发展，对液压泵的压力、流量提出越来越高的要求。目前，在超高压范围内，国外应用最多的是63MPa、70MPa、80MPa，在美国、英国、日本和西德都有这一压力等级的泵、油缸和阀等系列产品。由于超高压技术有相当高的技术难度，现在，还没有超高压大流量泵问世。

国内生产的高压大流量泵的最高压力为40MPa，流量在400l  min以下，泵的实际使用压力仅达20-25MPa，这种类型的泵主要是斜盘式轴向柱塞泵，如：CY14-1型、ZB型轴向柱塞泵系列和通轴泵。国内超高压小流量液压泵是近十几年来才逐步发展起来的，产品规格少基本没有形成系列，规格范围压力为63、70、80MPa，流量为0.4-10l  min，例如0JB-3.2阀式径向泵，这些超高压小流量泵均采用阀配流，径向泵采用套有滚针轴承的偏心轴驱动柱塞，轴向泵采用装有止推轴承的斜盘驱动柱塞，柱塞头部直接作用于滚针轴承外套或斜盘上，成线接触或点接触，承载能力有限，因此这种超高压泵的结构，无论从配油方面，还是柱塞被驱动形式方面，只能适应于超高压小流量，而不能满足超高压大流量的要求。

在各种容积式泵中，柱塞泵是实现高压高速化的比较理想的一种泵结构。但是设计超高压大流量泵有如下一系列问题：

（1）、滑靴的承载能力：随着工作压力的增加;柱塞副对滑靴的作用力增大，随着流量的增加（在转速和斜盘倾角一定的条件下）柱塞直径增大，因而柱塞副对滑靴的作用力增大，所以，滑靴的承载能力是发展超高压大流量柱塞泵的关键环节之一。

（2）、压力增加，各零部件的强度要求提高，因而泵的体积重量都增大。压力过高，有的材料本身也不易解决。

（3）、泄漏问题：超高压泵压力达70～100MPa，根据泄漏公式Q＝Kh³△P，泄漏量与压力成正比，因此随着压力的增加，泄漏量将大大增加。

本发明的目的在于设计一种获得超高压大流量油液的串联多级开路式轴向柱塞泵，以满足大型液压、轧钢、锻压机械对液压泵超高压、大流量的要求。

所谓的开路式轴向柱塞泵是指柱塞和滑靴运动副的中心有通孔，液压油也可从滑靴进入柱塞腔内的轴向柱塞泵。

本发明的要点是：把多个开路式轴向柱塞泵串联起来，即第一级泵的进油口与油箱连接，其出油口与第二级泵的进油口相连，第二级泵的出油口与下一级泵的进油口相连……，输出口接在最后一级泵的出油口上。理论上可以继续串联下去，但受材料、结构等因素的影响，开路式轴向柱塞泵的串联不宜过多。在串联开路式轴向柱塞泵中，第一级泵可以采用任意种类的轴向柱塞泵，但在其后串联起来的液压泵必须是开路式轴向柱塞泵。串联多级开路式轴向柱塞泵可以制成一个整体，用一根轴驱动，并要求每一级泵轴的直径逐渐加粗，也可以用联轴器联接或者分别用几个电机驱动。从第二级泵开始，对每级泵的轴端等部位进行高压密封。在无变量机构时，为保证下一级泵的流量，在斜盘倾角相同时，前一级泵的柱塞直径应大于后一级泵的柱塞直径;在柱塞直径相同时，前一级泵的斜盘倾角应大于后一级泵的斜盘倾角。当设置变量机构时，从第二级泵开始，每一级泵的变量机构均应设置在该级泵的壳体内，每一级泵轴等（不包括第一级泵）密封处的泄漏油用管路（或从壳体内部）接回到前一级泵的油腔内（第二级泵的泄漏油用管路接到油箱内）。

根据压力平衡原理，在保证壳体强度的前提下，理论上可实现多级轴向泵的串联。

开路式轴向柱塞泵串联后的压力、流量分别为：

如果n级开路式轴向柱塞泵串联，第i级泵作为单级泵使用时的压力流量分别为P₁、Q₁，则n级开路式轴向柱塞泵串联后的压力、流量分别为：

P＝P₁+P₂+……P_n＝∑P_i

Q＝Q₁＝Q₂……＝Q_n

如果改变各个单级泵的输入口和输出口的连接方式，即将各个单级泵的输入口与输入口相连，输出口与输出口相连，则形成多级并联轴向柱塞泵。

并联后的压力、流量分别为：

P＝P₁＝P₂＝……＝P_n

Q＝Q₁+Q₂+……+Q_n＝∑Q_i

附图及实施例：

图1为串联双级全开路式轴向柱塞泵。

图2为端面配油全开路式双级轴向柱塞泵的工作原理简图。

图3为端面配油半开路式双级轴向柱塞泵的工作原理简图。

图4为联合配油开路式双级轴向柱塞泵的工作原理简图。

图5为串联双级全开路式轴向柱塞泵进油口、出油口处局部剖视图。

图6为串联双级全开路式轴向柱塞泵变量原理图。

图7为串、并联双级全开路式轴向柱塞泵。

在附图1中，（1）手动变量机构，（2）斜盘，（3）轴承，（4）压盘，（5）缸体，（6）恒压变量机构，（7）负载平衡阀，（8）变量机构活塞杆，（9）油缸，（10）第二级泵柱塞，（11）二级泵滑靴，（12）二级泵壳体，（13）传动轴，（14）泄油口，（15）二级泵斜盘，（16）二级泵压盘，（17）二级泵缸体，（18）二级泵弹簧，（19）二级泵配流盘，（20）泵壳，（21）配流盘，（22）弹簧，（23）柱塞，（24）滑靴，（25）泵体。

附图1所示是本发明的一个双级全开路式轴向柱塞泵实施例，在第 一级泵的端部设置手动变量机构，在双级开路式轴向柱塞泵第二级泵壳内是恒压变量机构，其工作原理见图5。泵体中部的进油口和出油口以及油路结构见图6的局部剖视图。

串联双级全开路式轴向柱塞泵是把两个全开路式轴向柱塞泵串联起来，两个单级泵的缸体（5）、（17）用同一根轴（13）驱动，轴（13）的伸出端与电机相连，第一级泵的进油口与油箱连接，出油口与第二级泵的进油口相连，第二级泵的出油口即为串联双级全开路式轴向柱塞泵的输出口。第一级泵与第二级泵工作情况与单级泵相同，电动机驱动下的传动轴（13）带动缸体（5）、（17）一同旋转，随着缸体（5）、（17）的旋转，在斜盘（2）、（15）的作用下，柱塞（23）、（10）在缸体（5）、（17）内往复运动不断吸排油液。第一级泵输出的高压油经由壳体内的油路到达第二级泵的输入口，作为第二级泵的“低压输入”，经过第二级泵输出的高压油即为双级全开路式轴向柱塞泵的高压输出。在第二级泵中，各运动副泄漏的高压油经二级泵的泄油口（14）流入第二级泵的输入口（或流入油箱）。

附图1中的（6）、（8）、（9）为恒压变量机构，油缸（9）和变量机构活塞杆（8）必须安装在第二级泵的壳体内，也就是说，变量机构的这几个部件必须设置在第一级泵的出口压力之下，才能实现第二级变量。

传动轴（13）和第二级泵的壳体（12）、泵壳（20）等处要采用机械密封和密封圈等方法进行密封。

在串联多级开路式轴向泵的后几级泵壳体设计中，当材料的强度不够时，可以考虑采用多层壁结构。

图7所示的串、并联双级全开路式轴向柱塞泵是本发明的另一个实施例，在这种泵的两级泵之间采用压力控制的串并联阀，当输出压力高于某压力时泵自动串联。

串联多级开路式轴向柱塞泵不但可以串联，而且可以实现多级并联。并联后泵的压力等于单级泵的压力，流量等于各单级泵流量之和如果选用适当的滞后角，并联后泵的流量脉动将显著趋于平稳。

本发明可以为液压行业增加一种新型的液压元件。由于串联多级开路式轴向柱塞泵其性能独特，将有可能在超高压、大流量技术领域中得到广泛的应用。

Claims (5)

1、一种串联多级开路式轴向柱塞泵，其特征在于：把多个开路式轴向柱塞泵串联起来，即第一级泵的进油口与油箱连接，其出油口与第二级泵的进油口相连，第二级泵出油口与下一级泵进油口相连……，高压输出口接在最后一级泵的出油口上，第一级泵可以采用任意种类的柱塞泵，但在其后串联起来的液压泵必须是开路式轴向柱塞泵，当在串联多级开路式轴向柱塞泵中设置变量机构时，从第二级泵开始，每一级泵的变量机构均设置在该级泵的壳体内。

2、根据权利要求1所述的柱塞泵，其特征在于：串联多级开路式轴向柱塞泵可以制成一个整体用一根轴驱动，要求每一级泵轴的直径逐渐加粗，也可以用联轴器联接或者分别用几个电机驱动。

3、根据权利要求1所述的柱塞泵，其特征在于：从第二级泵开始，对于每级泵的轴端等部位要进行超高压密封。

4、根据权利要求1所述的柱塞泵，其特征在于：在每级泵不设置变量机构时，为了保证下一级泵的流量，在斜盘倾角相同时，前一级泵柱塞直径大于后一级泵柱塞的直径;在柱塞直径相同时，前一级泵的斜盘倾角大于后一级泵的斜盘倾角。

5、根据权利要求1所述的柱塞泵，其特征在于：每级泵（不包括第一级泵）轴等密封处的泄漏油用管路（或从壳体内部）接回到前一级泵的油腔内（第二级泵的泄漏油用管路接到油箱内）。

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