CN109812392B - 一种新型超高压柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型超高压柱塞泵，属于超高压液压泵领域。本发明包括壳体，相对安装于壳体两端缸体，贯穿缸体且置于壳体内部的主轴，与主轴同轴安装在一起的双侧平衡斜盘；所述双侧平衡斜盘两侧设置推力球轴承；所述缸体上绕主轴径向均布多个顶部受推力球轴承挤压的柱塞组件；所述柱塞组件的吸油口与梭阀的出油口连通；所述梭阀的一个进油口与油箱连通，另一个进油口与补油泵连通；所述补油泵通过主轴驱动；所述补油泵的进油口与油箱连通。本发明为新型超高压柱塞泵，在两侧相互对称的柱塞腔通过平衡管路连接，有效的减小轴向不平衡力；同时其柱塞数量是单排柱塞泵柱塞数量的两倍，故在保证超高压压力的同时，有效的增大了柱塞泵的流量。

Description

一种新型超高压柱塞泵

技术领域

本发明属于超高压液压泵领域，尤其涉及一种新型超高压柱塞泵，能够满足体积小、排量大的要求，还能平衡由于加工误差和装配误差引起的轴向不平衡力。

背景技术

液压系统的超高压化具有减小装机重量、提升装备制造水平、节省装机空间及实现系统高度集成等优势，在航空航天、船舶、冶金、工程机械等众多领域均有大量需求，是目前液压行业发展的方向之一。目前，我国超高压液压元件主要依赖进口，其主要原因是我国在该领域的基础研究比较薄弱，长期缺乏先进的创新理念与技术储备。

针对超高压液压元件，特别是超高压液压泵作为整个液压系统最关键的动力元件，其性能的好坏直接影响着整个液压系统的特性。

液压泵是保证液压系统运行的核心动力元件，超高压力会引起柱塞泵内部载荷增大、流固热多场耦合效应增强、柱塞泵关键摩擦副发生卡死等失效问题，且由于加工误差和装配误差无法克服，使泵产生轴向不平衡力，影响泵的性能。传统的柱塞泵设计已不能满足超高压柱塞泵的工作要求，亟需对现有的轴向柱塞泵做出改进，使其能够满足不同场合、不同规格尺寸的使用要求，此外还应具备节约能源、减少污染、制备简单适合大规模生产等特点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种新型超高压柱塞泵。旨在通过双侧平衡斜盘将两个泵之间并联，满足大型液压站的油量供应，可产生超高压工作压力，使得工作效率大大提高。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：一种新型超高压柱塞泵，其特征在于：包括壳体，相对安装于壳体两端缸体，贯穿缸体且置于壳体内部的主轴，与主轴同轴安装在一起的双侧平衡斜盘；所述双侧平衡斜盘两侧设置推力球轴承；所述缸体上绕主轴径向均布多个顶部受推力球轴承挤压的柱塞组件；所述柱塞组件的吸油口与梭阀的出油口连通；所述梭阀的一个进油口与油箱连通，另一个进油口与补油泵连通；所述补油泵通过主轴驱动；所述补油泵的进油口与油箱连通。

进一步的技术方案在于：所述壳体为圆筒状，其两端开口；所述缸体分前缸体和后缸体；前、后缸体置于壳体两端，前缸体另一侧设置前端盖，后缸体另一侧设置后端盖；利用双头螺柱依次将前端盖、前缸体、壳体、后缸体、后端盖固定在一起。

进一步的技术方案在于：所述前缸体与前端盖之间，以及后缸体与后端盖之间，均密封形成与柱塞组件吸油口连通的低压吸油腔；所述低压吸油腔与梭阀出油口连通。

进一步的技术方案在于：所述壳体设有沟通两个低压吸油腔的通道。

进一步的技术方案在于：所述前端盖、前缸体、壳体、后缸体、后端盖依次被主轴贯穿；所述主轴与前端盖、后端盖之间均密封；所述主轴与前缸体、后缸体之间均设置调心滚子轴承、A型轴用弹性挡圈。

进一步的技术方案在于：所述前端盖、后端盖与主轴之间均用旋转密封圈密封。

进一步的技术方案在于：所述柱塞组件位于缸体内的柱塞孔内，所述柱塞组件包括柱塞件、吸入单向阀、压出单向阀；所述柱塞件的柱塞腔与吸入单向阀的出油口连通，与压出单向阀的进油口连通；

所述柱塞件包括与吸入单向阀的出油口连通的柱塞套，外侧嵌套在柱塞套内的柱塞，嵌套在柱塞圆头端部的弹簧压紧件，两端抵触弹簧压紧件、缸体的回程弹簧；所述回程弹簧安装在柱塞套和弹簧压紧件外侧。

进一步的技术方案在于：所述双侧平衡斜盘通过平键与主轴连接组成斜盘组件，平衡斜盘通过上方的小圆螺母以及轴肩固定在主轴上。

进一步的技术方案在于：通过平衡管路使两侧相互对称的柱塞组件中的柱塞腔连通。

进一步的技术方案在于：所述吸入单向阀内嵌于缸体内远离壳体一侧的阀孔内；所述吸入单向阀包括吸入阀座、吸入球形阀芯、吸入弹簧座和吸入弹簧，吸入弹簧套在吸入弹簧座外侧，并将吸入球形阀芯压紧在吸入阀座上；

所述压出单向阀内嵌于缸体内的径向阀孔内；所述压出单向阀包括压出阀座、压出球形阀芯、压出弹簧座和压出弹簧，压出弹簧套在压出弹簧座外侧，并将压出球形阀芯压紧在压出阀座上。

综上所述，本发明所采用的以上技术方案与现有技术相比，具备以下优势：

1.本发明的超高压轴向柱塞泵采用双斜盘的设计，利用主轴带动斜盘转动，推动柱塞周期性往复运动，形成高低交替的压力场，斜盘每运动一周，柱塞组件完成吸排油一次。该泵有13对柱塞组件，使该泵具备体积小、流量大、功率密度高的优点。

2.本发明在泵体的进油口处安装补油泵，补油泵通过主轴由电机直接驱动，补油泵可将原有正常的低压油进行增压，然后强制地经进油口送入到梭阀入油口。将补油泵集成到该结构中既可以使整个柱塞泵结构紧凑，避免额外增加动力，又可以确保每个小柱塞泵的供油充足。在补油泵的出口压力油到低压吸油腔之间安装梭阀可以预防补油泵发生故障时，小柱塞泵通过梭阀的常闭入油口从油箱中吸取油液，确保柱塞泵使用过程的安全，提高泵的使用寿命。

3.本发明斜盘组件中利用回程弹簧的回复力与上下对称柱塞腔连通引起的两腔压力相等，推动柱塞使推力球轴承压在平衡斜盘上，双侧平衡斜盘与推力球轴承之间不用设置固定连接，因此拆装方便。

4.本发明与传统柱塞泵相比，该柱塞泵斜盘随主轴转动，柱塞只是在轴向做周期往复运动，因此该柱塞无需与滑靴铰接，柱塞头几乎不会磨损，大大增强了泵重要部件柱塞的使用寿命。传统柱塞泵中缸体做周期性转动，缸体与泵体之间需放置直径较大的滚动轴承，相比较本发明所用的滚动轴承较小，有效减轻了泵的重量。

5.本发明所有相邻压出单向阀高压出口连通，且每个压出弹簧座均开有通孔，一端连接高压油收集槽，一端连接压出阀高压出口管路。采用这种设计有效防止部分高压出油口堵住，高压油无法排出，从而避免了危险发生。

6.本发明的超高压轴向柱塞泵，可以通过变换电动机或者改变柱塞尺寸来实现可变压力和可变流量，且多个泵之间可以并联，满足大型液压站的油量供应。

附图说明

图1为新型超高压柱塞泵的剖视图；

图2为新型超高压柱塞泵的仰视图；

图3为新型超高压柱塞泵的A-A剖视图；

图4为新型超高压柱塞泵在图1E处的局部视图。

图中标记：1-主轴，2-旋转密封圈，3-前端盖，4-平衡管路，5-双侧平衡斜盘，6-壳体、7-后缸体，8-后端盖，9-梭阀，10-补油泵，11-管路，12-双头螺柱，13-圆螺母，14-调心滚子轴承，15-加强筋，16-推力球轴承，17-小圆螺母，18-前缸体，19-A型轴用弹性挡圈，20-弹簧压紧件，21-回程弹簧，22-柱塞套，23-柱塞，24-吸入弹簧座，25-吸入弹簧，26-吸入球阀芯，27-吸入阀座，28-压出球阀芯，29-压出弹簧，30-压出弹簧座，31-压出阀座，低压吸油腔a(由前缸体18与前端盖3组成)，低压吸油腔b(由后缸体7与后端盖8组成)，相邻压出阀高压出口连通管路c，低压润滑冷却进油口d，低压辅油进油口e。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，此处描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明阐述了一种新型超高压柱塞泵，其包括壳体6，相对安装于壳体6两端缸体，贯穿缸体且置于壳体内部的主轴1，与主轴1同轴安装在一起的双侧平衡斜盘5；所述双侧平衡斜盘5两侧设置推力球轴承16；所述缸体上绕主轴1径向均布多个顶部受推力球轴承16挤压的柱塞组件；所述柱塞组件的吸油口与梭阀9的出油口连通；所述梭阀9的一个进油口与油箱连通，另一个进油口与补油泵10连通；所述补油泵10通过主轴1驱动；所述补油泵10的进油口与油箱连通。

本发明优选实施例中，所述壳体6为圆筒状，其两端开口；所述缸体分前缸体18和后缸体7；前、后缸体18、7置于壳体6两端，前缸体18另一侧设置前端盖3，后缸体7另一侧设置后端盖8；利用双头螺柱12依次将前端盖3、前缸体18、壳体6、后缸体7、后端盖8固定在一起。

本发明优选实施例中，所述前缸体18与前端盖3之间，以及后缸体7与后端盖8之间，均密封形成与柱塞组件吸油口连通的低压吸油腔；所述低压吸油腔与梭阀9出油口连通。

本发明优选实施例中，所述壳体6设有连通两个低压吸油腔的通道。

本发明优选实施例中，所述前端盖3、前缸体18、壳体6、后缸体7、后端盖8依次被主轴1贯穿；所述主轴1与前端盖3、后端盖8之间均密封；所述主轴1与前缸体18、后缸体7之间均设置调心滚子轴承14、A型轴用弹性挡圈19。

本发明优选实施例中，所述前端盖3、后端盖8与主轴1之间均用旋转密封圈2密封。

本发明优选实施例中，所述柱塞组件位于缸体内的柱塞孔内，所述柱塞组件包括柱塞件、吸入单向阀、压出单向阀；所述柱塞件的柱塞腔与吸入单向阀的出油口连通，与压出单向阀的进油口连通；

所述柱塞件包括与吸入单向阀的出油口连通的柱塞套22，外侧嵌套在柱塞套22内的柱塞23，嵌套在柱塞23圆头端部的弹簧压紧件20，两端抵触弹簧压紧件20、缸体的回程弹簧21；所述回程弹簧21安装在柱塞套22和弹簧压紧件20外侧。

本发明优选实施例中，所述所述双侧平衡斜盘5通过平键与主轴1连接组成斜盘组件，平衡斜盘5通过上方的小圆螺母17以及轴肩固定在主轴上。

本发明优选实施例中，通过平衡管路4使两侧相互对称的柱塞组件中的柱塞腔连通。

本发明优选实施例中，所述吸入单向阀内嵌于缸体内远离壳体一侧的阀孔内；所述吸入单向阀包括吸入阀座27、吸入球形阀芯26、吸入弹簧座24和吸入弹簧25，吸入弹簧25套在吸入弹簧座24外侧，并将吸入球形阀芯26压紧在吸入阀座27上；

所述压出单向阀内嵌于缸体内的径向阀孔内；所述压出单向阀包括压出阀座31、压出球形阀芯28、压出弹簧座30和压出弹簧29，压出弹簧29套在压出弹簧座30外侧，并将压出球形阀芯28压紧在压出阀座31上。

参照图1、图2，本发明的超高压柱塞泵，包括壳体6，对称安装在壳体6的上、下两端缸体，安装在前缸体18上的前端盖3，安装在后缸体7上的后端盖8。壳体6表面加装加强筋15，增加了壳体6强度，内部开有孔可以通过13个双头螺柱12紧固端盖和壳体6。补油泵10安装在后端盖8上，通过主轴1直接驱动，省去了额外动力。梭阀9常开入口通过管路连接在补油泵10出油口上，常闭入口可通过管路直接连接至油箱油液内，梭阀9油液出口通入泵体低压吸油腔b，采用梭阀9可以有效预防补油泵10发生故障时低压吸油区无油可供的局面。低压吸油腔b的油液经管路流入低压润滑冷却油口和低压辅油进油口。双侧平衡斜盘5通过平键与主轴1相连，并通过轴肩和小圆螺母固定斜盘组件在主轴的轴向相对位置，通过双侧平衡斜盘5与管道4的联合作用可以有效减小泵在吸排油过程中柱塞对主轴的不平衡轴向力。

图3为图1所示高压柱塞泵的A-A剖视图，高压油液在压出单向阀出口处通过高压连通管路c汇聚，管路c汇聚的高压油液可以由弹簧座上开的通孔汇聚到环形的高压集油槽中，再通过高压接头输出。可有效加快高压油的排出速度和防止部分排油口堵塞导致困油现象。

图4为图1所示高压柱塞泵在的图1E处的局部视图。

本发明的工作过程和工作原理如下：

当外部动力带动主轴旋转时，主轴通过带动补油泵内花键轴旋转带动补油泵供油，补油泵的出口压力油经由管路11流入梭阀中，经后端盖上的油道流入后端盖与后缸体组成的低压吸油腔b内，低压吸油腔b内一部分油液又经管路流至低压润滑冷却油口和低压辅油进油口，油液一部分经过低压润滑冷却油口进入泵体内，对泵内零件进行润滑作用，另一部分经过低压辅油口进入前端盖与前缸体组成的低压吸油腔a内；同时双侧平衡斜盘通过平键与主轴连接，双侧平衡斜盘上对称安装有一对推力球轴承，主轴带动双侧平衡斜盘及双侧平衡斜盘上的一对推力球轴承一同旋转，同时由于回程弹簧的作用，使柱塞贴合在推力球轴承的座圈上，当斜盘及推力球轴承转动时，由于推力球轴承座圈和轴圈的速度差，使双侧平衡斜盘和柱塞的相对位置不断变化，斜盘产生推力，并通过推力球轴承传递给柱塞，在弹簧压力的共同作用下使柱塞做往复直线运动；如图4所示，当柱塞组件与双侧平衡斜盘最薄端(图一中双侧平衡斜盘最左端)相接触时柱塞与柱塞套的接触面积最小，柱塞腔内压力最低，低于低压吸油腔压力，此时与高压出口相连的压出阀组关闭，与低压吸油腔相连的吸入阀组打开，低压油液从低压吸油腔内通过吸入阀组内油道进入柱塞腔，完成吸油作用；当柱塞组件与双侧平衡斜盘最厚处(图一中双侧平衡斜盘最右端)相接触时，柱塞套与柱塞的接触面积最大，柱塞腔内压力最高，高于压出阀组出口处压力，此时与低压吸油腔相连的吸入阀组关闭，与高压出口相连的压出阀打开，高压油液经过压出阀油道流出，完成压油过程。如图3所示，油液在压出阀出口处通过高压出口连通管路c汇聚，管路c汇聚的高压油液可以由弹簧座上开的通孔汇聚到环形的高压集油槽中，再通过高压接头输出，由于此泵为对称结构的泵，相互对称的柱塞及柱塞腔的吸油动作、压油动作相同。

当主轴带动斜盘、推力球轴承及补油泵花键轴旋转一周时，每个柱塞各实现吸、压油动作一次，随着主轴的不断旋转，柱塞连续的完成吸油动作及压油动作，使柱塞泵正常工作。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。可以消除公差引起的轴向不平衡力，适合推广应用。

Claims (9)

1.一种新型超高压柱塞泵，其特征在于：包括壳体，相对安装于壳体两端的缸体，贯穿缸体且置于壳体内部的主轴，与主轴同轴安装在一起的双侧平衡斜盘；所述双侧平衡斜盘两侧设置推力球轴承；所述缸体上绕主轴径向均布多个顶部受推力球轴承挤压的柱塞组件；所述柱塞组件的吸油口与梭阀的出油口连通；所述梭阀的一个进油口与油箱连通，另一个进油口与补油泵连通；所述补油泵通过主轴驱动；所述补油泵的进油口与油箱连通；通过平衡管路使两侧相互对称的柱塞组件中的柱塞腔连通。

2.根据权利要求1所述一种新型超高压柱塞泵，其特征在于：所述壳体为圆筒状，其两端开口；所述缸体分前缸体和后缸体；前、后缸体置于壳体两端，前缸体另一侧设置前端盖，后缸体另一侧设置后端盖；利用双头螺柱依次将前端盖、前缸体、壳体、后缸体、后端盖固定在一起。

3.根据权利要求2所述一种新型超高压柱塞泵，其特征在于：所述前缸体与前端盖之间，以及后缸体与后端盖之间，均密封形成与柱塞组件吸油口连通的低压吸油腔；所述低压吸油腔与梭阀出油口连通。

4.根据权利要求3所述一种新型超高压柱塞泵，其特征在于：所述壳体设有连通两个低压吸油腔的通道。

5.根据权利要求2所述一种新型超高压柱塞泵，其特征在于：所述前端盖、前缸体、壳体、后缸体、后端盖依次被主轴贯穿；所述主轴与前端盖、后端盖之间均密封；所述主轴与前缸体、后缸体之间均设置调心滚子轴承、A型轴用弹性挡圈。

6.根据权利要求5所述一种新型超高压柱塞泵，其特征在于：所述前端盖、后端盖与主轴之间均用旋转密封圈密封。

7.根据权利要求1所述一种新型超高压柱塞泵，其特征在于：所述柱塞组件位于缸体内的柱塞孔内，所述柱塞组件包括柱塞件、吸入单向阀、压出单向阀；所述柱塞件的柱塞腔与吸入单向阀的出油口连通，与压出单向阀的进油口连通；

所述柱塞件包括与吸入单向阀的出油口连通的柱塞套，外侧嵌套在柱塞套内的柱塞，嵌套在柱塞圆头端部的弹簧压紧件，两端抵触弹簧压紧件、缸体的回程弹簧；所述回程弹簧安装在柱塞套和弹簧压紧件外侧。

8.根据权利要求1所述一种新型超高压柱塞泵，其特征在于：所述双侧平衡斜盘通过平键与主轴连接组成斜盘组件，平衡斜盘通过上方的小圆螺母以及轴肩固定在主轴上。

9.根据权利要求7所述一种新型超高压柱塞泵，其特征在于：所述吸入单向阀内嵌于缸体内远离壳体一侧的阀孔内；所述吸入单向阀包括吸入阀座、吸入球形阀芯、吸入弹簧座和吸入弹簧，吸入弹簧套在吸入弹簧座外侧，并将吸入球形阀芯压紧在吸入阀座上；

所述压出单向阀内嵌于缸体内的径向阀孔内；所述压出单向阀包括压出阀座、压出球形阀芯、压出弹簧座和压出弹簧，压出弹簧套在压出弹簧座外侧，并将压出球形阀芯压紧在压出阀座上。

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