CN106837726A - 一种强制回程盘配流柱塞式水泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于容积式液压泵领域，并公开了一种强制回程盘配流柱塞式水泵，包括泵主体、旋转单元、配流盘和回程机构，泵主体包括壳体、后端盖、前端盖和斜盘；配流盘置于泵主体内并固定安装在所述前端盖上，所述配流盘上设置有腰形槽和贯通槽；旋转单元包括传动轴、缸体、柱塞滑靴组件、主轴承、浮动盘、弹簧座和中心弹簧；所述回程机构包括回程盘、若干回程弹簧、楔形套和防转销钉，每个所述回程弹簧安装于一所述限位环的弹簧孔内，所述回程弹簧的一端抵靠在所述限位环的内壁上，另一端通过所述楔形套压紧所述回程盘。本发明的回程机构综合了弹簧回程与固定间隙限位强制回程，增加了回程机构的可靠性，适用于对水泵可靠性要求高的场合。

Description

一种强制回程盘配流柱塞式水泵

技术领域

本发明属于容积式液压泵领域，更具体地，涉及一种强制回程盘配流柱塞式水泵。

背景技术

随着人们对生态保护、安全生产以及节约能源的日益重视，环保意识的提高，以水为工作介质的水液压传动绿色产品特征明显，是理想的“绿色”技术和安全技术。并在食品、饮料、医药、电子、包装等对环境污染要求严格场合，在冶金、热轧、铸造等高温明火环境，在海水淡化、海上救捞、海洋资源调查、船舶工程、海洋建筑以及内陆水库大坝、港口码头和河道工程的检测与维护等水环境领域均具有广阔的应用前景。

水液压泵是水液压系统中的关键动力元件。目前已研究开发的水液压泵的结构形式主要有齿轮式、叶片式和柱塞式。由于柱塞式结构降低摩擦副的PV值，高压动密封易实现，因此水液压泵多采用柱塞式结构。按润滑介质的不同可将水液压柱塞泵分为如下两种型式：

第一种是油水分离结构。如三柱塞水泵，该泵包括两部分：一部分为直接输送液体，将机械能转化为液压能的液力端，由缸体、柱塞、配流阀等组成；另一部分为传动端，包括曲柄、连杆和十字头等，采用油润滑。又如美国Delaware大学、日本三菱重工及我国华中科技大学相继研发的水液压泵等，这种结构采用油水分离配流阀结构，主要摩擦副(如柱塞球头/滑靴球窝、滑靴靴底/斜盘、轴承等)均采用油润滑。油水分离结构需要采用密封元件将工作介质水和润滑油隔开，维护性较差，泵的寿命取决于密封圈的寿命，油的泄漏极易造成产品和环境污染。

第二种是全水润滑结构。如丹麦的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，使用范围受局限。而且，这几种泵关键摩擦副采用不锈钢对PEEK工程塑料，限制了高压化。

专利ZL 201110077940.7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。从结构图可以看出，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。球面配流副加工难度较大，实用性不强。

专利ZL 200310122910.9公开了全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵或马达。柱塞的回程是通过中心弹簧一端经压紧塑料棒将止推盘压在配流盘上，另一端通过缸体、球铰、回程盘将滑靴压在斜盘上实现的，在污染介质进入柱塞副间隙，造成柱塞卡滞情况下，柱塞回程易失效。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种强制回程盘配流柱塞式水泵，解决目前市面上盘配流水液压泵额定压力不高、抗污染能力差问题，从而拓宽盘配流水泵的应用范围，提高水泵的可靠性和寿命。该泵适宜以海水或淡水作为工作介质，也适宜以其他低粘度流体为工作介质。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种强制回程盘配流柱塞式水泵，其特征在于，包括泵主体、旋转单元、配流盘和回程机构，其中，

所述泵主体包括壳体、后端盖、前端盖和斜盘，所述壳体的内壁周向设置有多个限位环，所述限位环上设置有弹簧孔，后端盖和前端盖分别安装在所述壳体的前端和后端，所述后端盖包括盖体和伸入所述壳体内的支撑主轴，所述斜盘安装在所述支撑主轴上并且所述斜盘远离所述盖体的端面为斜面，所述前端盖上设置有水泵入口以及水泵出口；

所述配流盘置于泵主体内并固定安装在所述前端盖上，所述配流盘上设置有腰形槽和贯通槽，所述腰形槽与水泵出口连通，所述贯通槽沟通水泵入口和腔体；

所述旋转单元包括传动轴、缸体、柱塞滑靴组件、主轴承、浮动盘、弹簧座和中心弹簧，所述传动轴可转动安装在所述前端盖上，所述缸体具有通孔，所述传动轴的后端穿过所述前端盖后伸入所述壳体内并且固定连接在所述缸体上，所述缸体通过所述主轴承可转动安装在所述后端盖的支撑主轴上，所述柱塞滑靴组件周向设置有多个并且它们均位于所述缸体的缸孔内，所述浮动盘设置于所述缸体和所述配流盘之间并且固定安装在所述配流盘上，所述弹簧座可转动安装在所述后端盖的支撑主轴上，所述中心弹簧位于所述缸体的通孔内并且所述中心弹簧的后端抵在所述弹簧座上，前端抵在所述传动轴上；

所述回程机构包括回程盘、若干回程弹簧、楔形套和防转销钉，所述回程盘位于所述斜盘和所述楔形套之间，每个所述柱塞滑靴组件分别穿过所述回程盘后抵靠在所述斜盘的斜面上，所述回程盘倾斜设置并且倾斜度与所述斜盘的斜面的倾斜度一致，每个所述回程弹簧安装于一所述限位环的弹簧孔内，所述回程弹簧的一端抵靠在所述限位环的内壁上，另一端通过所述楔形套压紧所述回程盘。

优选地，所述斜盘与后端盖通过销钉定位，并且两者通过螺钉连接固定。

优选地，所述缸体在靠近所述主轴承的位置设置有冷却通道，以用于在流体流过所述冷却通道时对所述主轴承进行冷却。

优选地，所述前端盖在靠近所述辅助轴承的位置设置有冷却通道，以用于在流体流过所述冷却通道时对所述辅助轴承进行冷却。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)配流盘的非整周非对称结构，使泵入口与泵腔体的工作介质水实现无遮挡相连通，即促进了工作介质在泵体内的自循环，起到冷却降温作用，又减小了吸入阻力，改善了泵的吸入特性；

2)回程机构综合了弹簧回程与固定间隙限位强制回程，增加了回程机构的可靠性，适用于对水泵可靠性要求高的场合；

3)采用半轴式双轴承支撑结构，由后端缸体内轴承作为主承力轴承，前端轴承辅助支撑，减少缸体的径向窜动，提高缸体的定心精度；

4)在泵主体内的多个零件上具有开孔，使水泵入口的水可以经由泵前端支撑体和缸体中心弹簧腔体进入水泵后端腔体，进而使水流沿壳体周围的环形空腔进入柱塞腔体内，使水泵入口的水可以在泵的腔体内循环流动，冲洗并冷却主轴承、辅助轴承、滑靴与斜盘等摩擦副，冷却泵体温度，提高泵的承载能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中沿B-B线的剖视示意图；

图3为本发明中前端盖的示意图；

图4为本发明中壳体的结构示意图；

图5为本发明中后端盖的结构示意图；

图6为本发明中柱塞的结构示意图；

图7为本发明中前端盖连接在配流盘上的结构示意图；

图8为本发明中配流盘的结构示意图；

图9为本发明中楔形套结构示意图；

图中，1-机械密封盖，2-前端盖，3-配流盘销钉，4-配流盘，5-浮动盘，6-缸体，7-壳体，8-回程弹簧，9-楔形套，10-回程盘，11-后端盖，12-斜盘销钉，13-斜盘，14-主轴承，15-弹簧座，16-柱塞滑靴组件，17-中心弹簧，18-缸套，19-辅助轴承，20-机械密封，21-传动轴，22-平键，23-防转销钉，24-密封圈，25-腔体，7.1-限位环，7.2-弹簧孔，11.1-支撑主轴，11.2-主轴陶瓷层，16.1-滑靴，16.2-柱塞，16.3-陶瓷，16.4-耐磨工程塑料，16.5-陶瓷涂层，4.1-密封带，4.2-腰形槽，4.3-贯通槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图9，一种强制回程盘配流柱塞式水泵，包括泵主体、旋转单元、配流盘4和回程机构，其中，

所述泵主体包括壳体7、后端盖11、前端盖2和斜盘13，所述壳体7的内壁周向设置有多个限位环7.1，所述限位环7.1上设置有弹簧孔7.2，后端盖11和前端盖2分别安装在所述壳体7的前端和后端，所述后端盖11包括盖体和伸入所述壳体7内的支撑主轴11.1，所述斜盘13安装在所述支撑主轴11.1上并且所述斜盘13远离所述盖体的端面为斜面，所述前端盖2上设置有水泵入口以及水泵出口；

所述配流盘4置于泵主体内并固定安装在所述前端盖2上，所述配流盘4上设置有腰形槽4.2和贯通槽4.3，所述腰形槽4.2与水泵出口连通，所述贯通槽4.3沟通水泵入口和腔体；

所述旋转单元包括传动轴21、缸体6、柱塞滑靴组件16、主轴承14、浮动盘5、弹簧座15和中心弹簧17，所述传动轴21可转动安装在所述前端盖2上，所述缸体6具有通孔，所述传动轴21的后端穿过所述前端盖2后伸入所述壳体7内并且固定连接在所述缸体6上，所述缸体6通过所述主轴承14可转动安装在所述后端盖11的支撑主轴11.1上，所述柱塞滑靴组件16周向设置有多个并且它们均位于所述缸体6的缸孔内，所述浮动盘5设置于所述缸体6和所述配流盘4之间并且固定安装在所述配流盘4上，所述弹簧座15可转动安装在所述后端盖11的支撑主轴11.1上，所述中心弹簧17位于所述缸体6的通孔内并且所述中心弹簧17的后端抵在所述弹簧座15上，前端抵在所述传动轴21上；

所述回程机构包括回程盘10、若干回程弹簧8、楔形套9和防转销钉，所述回程盘位于所述斜盘13和所述楔形套9之间，每个所述柱塞滑靴组件16分别穿过所述回程盘10后抵靠在所述斜盘13的斜面上，所述回程盘10倾斜设置并且倾斜度与所述斜盘13的斜面的倾斜度一致，每个所述回程弹簧8安装于一所述限位环7.1的弹簧孔7.2内，所述回程弹簧8的一端抵靠在所述限位环7.1的内壁上，另一端通过所述楔形套9压紧所述回程盘10。

进一步，所述斜盘13与后端盖11通过销钉定位，并且两者通过螺钉连接固定，所述缸体6在靠近所述主轴承14的位置设置有冷却通道，以用于在流体流过所述冷却通道时对所述主轴承14进行冷却，所述前端盖2在靠近所述辅助轴承19的位置设置有冷却通道，以用于在流体流过所述冷却通道时对所述辅助轴承19进行冷却。

如图1和2所示，其中，泵主体主要由壳体7、斜盘13、后端盖11、前端盖2、腔体25以及水泵入口和水泵出口组成。其中壳体7一端连接前端盖2，另一端连接后端盖11，壳体7、前端盖2和后端盖11内的空腔共同组成上述的腔体25。前端盖2加工大小不等的腰形槽和径向加工有两个孔相连通，分别为水泵的入口和水泵的出口。前端盖2上开有小孔a，使得水泵入口的水通过小孔a进入腔体J，冲洗冷却机械密封20；辅助轴承19采用过盈或胶结的方式固定于前端盖2上，辅助轴承19周围开有若干通流小孔b，该孔的作用是使入口的水通过小孔a和小孔b润滑并冲洗辅助轴承19。

如图1和3所示，前端盖2的水泵出口开有腰形槽2.1，用于安装密封圈24，降低了配流盘4和前端盖2接触平面的加工精度，保证配流盘4与前端盖2接触平面的可靠密封，达到无渗漏。

斜盘13置于后端盖11上，由销钉12定位，由螺钉连接固定。为了提高斜盘13的耐磨性，在其斜盘13的斜面上喷涂有优选的陶瓷材料层。

如图1和4所示，壳体7与回程机构限位环7.1连接为一个整体，限位环7.1上沿圆周方向设有若干弹簧孔7.2，用于放置回程弹簧8。

如图1和5所示，后端盖11与支撑主轴11.1连接为一个整体，提高了支撑主轴的刚度；支撑主轴11.1上喷涂有陶瓷层11.2，提高了支撑主轴11.1的承载能力和耐磨性。

旋转单元由传动轴21、缸体6、柱塞滑靴组件16、中心弹簧17、弹簧座15、主轴承14和浮动盘5等组成，置于腔体25内。其中传动轴21和缸体6采用螺纹连接为一个整体。传动轴21上开设有T形通流小孔c，缸体6上开设有若干与缸体6轴线成一定角度的通流小孔d，沿圆周均匀分布，位置在相邻两个缸套18之间，数量与缸套18数量相同(缸体18的数量等于柱塞滑靴组件16的数量，一般为5、7、9或11个)。

中心弹簧17置于缸体6内，一端压紧传动轴21，另一端作用在弹簧座15上，使得弹簧座15贴紧支撑主轴11.1的轴端。中心弹簧17和弹簧座15与缸体一起旋转，相对静止。由于后端盖2是固定的，弹簧座15与支撑主轴11.1的轴端之间相对旋转运动，所以弹簧座15采用水润滑性能好的工程塑料制成。

柱塞滑靴组件16置于缸体6的相同数量的缸套18内，缸套18采用陶瓷材料制成，采用过盈或胶接的方式压入缸体6中。如图6所示，柱塞16.2的金属基体的圆柱表面喷涂有陶瓷涂层16.5，柱塞16.2与缸套18采用陶瓷与陶瓷的“硬对硬”的配对方式，增强了耐磨性，提高了抗污染能力。同时，由于陶瓷材料强度高，弹性模量大，相比工程塑料变形较小，便于实现该泵的高压化；滑靴16.1的金属基体与柱塞16.2接触的球窝内表面注塑有耐磨工程塑料16.4，在滑靴16.1与斜盘13承受高PV值的接触面喷涂陶瓷16.3，在滑靴16.1与柱塞16.2受PV值较小的球窝内表面注塑有耐磨工程塑料16.4，充分利用了陶瓷的耐磨和工程塑料易变形的特点，滑靴16.1和柱塞16.2的连接采用工艺简单的包球方式，避免了球窝内表面采用喷涂陶瓷后包球变形造成涂层产生裂纹甚至脱落。

配流盘4置于浮动盘5和前端盖2之间，由销钉3定位，由中心弹簧17的弹簧力通过缸体6和浮动盘5，压紧在前端盖2上，中心弹簧17的弹簧力提供配流盘4端面摩擦副初始的密封压力；在水泵的工作过程中，当泵出口的水有压力时，由于作用面积差所产生的液压力始终使浮动盘5压紧配流盘4。配流盘4与浮动盘5接触面喷涂有工程陶瓷，提高该对摩擦副的耐磨性。

如图7和8所示，配流盘4采用非整周非对称结构，配流盘4上设有凸起的密封带4.1、腰形槽4.2、贯通槽4.3，贯通槽4.3的宽度大于密封带4.1的宽度。贯通槽4.3外围是非整周结构，保证水泵入口的水可以无遮挡的进入泵的腔体25中，即促进了工作介质在泵体内的自循环，起到冷却降温作用，又减小了吸入阻力，改善了泵的吸入特性。

回程机构包括回程盘10、回程弹簧8、楔形套9以及防转销钉23等，回程盘10上均匀分布若干孔，将数量相同的滑靴16.1贴紧在斜盘13上；回程弹簧8置于弹簧孔7.2中，作用是通过楔形套9和回程盘10压紧滑靴16.1；楔形套9置于限位环7.1和回程盘10之间。如图9所示，楔形套9上开设有防转槽9.1，装配时该防转槽9.1与壳体7上的防转销钉23配合，定位并限制楔形套9转动，楔形套9的角度γ与斜盘的倾角完全相同；不同于传统的球铰和球窝的球面配合，弹簧施加回程力的结构，本发明采用回程盘10与楔形套9的平面结构，回程机构的回程力由限位环7.1和楔形套9的结构限位提供回程，回程弹簧8的作用是补偿滑靴16.1磨损后产生的间隙，保证回程盘10始终压紧滑靴16.1，使其紧贴斜盘13。

水泵内部的水循环情况如下：如图2所示，泵入口的水一部分直接进入泵的腔体25，通过浮动盘5的孔进入柱塞压力腔N；另一部分水经过小孔a进入腔体J中，冲洗冷却机械密封20；腔体J中的水一部分进过小孔b流入腔体K中，再通过配流盘4与浮动盘5的间隙进入腔体25中，实现水循环；腔体J中的另一部分通过T形小孔c进入中心弹簧17的腔体L中，又进过小孔d冲洗冷却主轴承14和滑靴16.1，进入腔体M，在柱塞运动压力腔N形成一定的真空度的情况下，腔体M中的水回流到压力腔N，水在整个泵内实现完全循环，冲洗并冷却主轴承、辅助轴承、滑靴与斜盘等摩擦副，冷却泵体温度，提高泵的承载能力。

本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种强制回程盘配流柱塞式水泵，其特征在于，包括泵主体、旋转单元、配流盘和回程机构，其中，

所述泵主体包括壳体、后端盖、前端盖和斜盘，所述壳体的内壁周向设置有多个限位环，所述限位环上设置有弹簧孔，后端盖和前端盖分别安装在所述壳体的前端和后端，所述后端盖包括盖体和伸入所述壳体内的支撑主轴，所述斜盘安装在所述支撑主轴上并且所述斜盘远离所述盖体的端面为斜面，所述前端盖上设置有水泵入口以及水泵出口；

所述配流盘置于泵主体内并固定安装在所述前端盖上，所述配流盘上设置有腰形槽和贯通槽，所述腰形槽与水泵出口连通，所述贯通槽沟通水泵入口和腔体；

所述旋转单元包括传动轴、缸体、柱塞滑靴组件、主轴承、浮动盘、弹簧座和中心弹簧，所述传动轴可转动安装在所述前端盖上，所述缸体具有通孔，所述传动轴的后端穿过所述前端盖后伸入所述壳体内并且固定连接在所述缸体上，所述缸体通过所述主轴承可转动安装在所述后端盖的支撑主轴上，所述柱塞滑靴组件周向设置有多个并且它们均位于所述缸体的缸孔内，所述浮动盘设置于所述缸体和所述配流盘之间并且固定安装在所述配流盘上，所述弹簧座可转动安装在所述后端盖的支撑主轴上，所述中心弹簧位于所述缸体的通孔内并且所述中心弹簧的后端抵在所述弹簧座上，前端抵在所述传动轴上；

所述回程机构包括回程盘、若干回程弹簧、楔形套和防转销钉，所述回程盘位于所述斜盘和所述楔形套之间，每个所述柱塞滑靴组件分别穿过所述回程盘后抵靠在所述斜盘的斜面上，所述回程盘倾斜设置并且倾斜度与所述斜盘的斜面的倾斜度一致，每个所述回程弹簧安装于一所述限位环的弹簧孔内，所述回程弹簧的一端抵靠在所述限位环的内壁上，另一端通过所述楔形套压紧所述回程盘。

2.根据权利要求1所述的一种强制回程盘配流柱塞式水泵，其特征在于，所述斜盘与后端盖通过销钉定位，并且两者通过螺钉连接固定。

3.根据权利要求1所述的一种强制回程盘配流柱塞式水泵，其特征在于，所述缸体在靠近所述主轴承的位置设置有冷却通道，以用于在流体流过所述冷却通道时对所述主轴承进行冷却。

4.根据权利要求1所述的一种强制回程盘配流柱塞式水泵，其特征在于，所述前端盖在靠近所述辅助轴承的位置设置有冷却通道，以用于在流体流过所述冷却通道时对所述辅助轴承进行冷却。