CN112412722B - 一种高水基介质的高速主动润滑径向静力平衡柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于高水基柱塞式液压泵领域，具体是一种高水基介质的高速主动润滑径向静力平衡柱塞泵。包括泵体，泵体周向上均匀布置有5个可单独拆卸的阀体组件，泵体内通过轴承安装有由电机驱动的曲轴，曲轴中部固定五星轮，五星轮与柱塞缸套组件连接；曲轴上安装有凸轮，并通过凸轮与配油阀组件配合实现与润滑系统的连通与关闭。本发明基于润滑系统与动力系统相分离的设计理念，使得润滑油与高水基介质各自独立却又互相平衡。柱塞吸入低压高水基介质的同时，润滑腔也吸入低压润滑油；柱塞排液时产生高压高水基介质的同时，润滑腔也产生高压润滑油，对柱塞副与滑靴副进行主动强制润滑，改善滑靴副的润滑与摩擦特性。

Description

一种高水基介质的高速主动润滑径向静力平衡柱塞泵

技术领域

本发明属于高水基柱塞式液压泵领域，具体是一种高水基介质的高速主动润滑径向静力平衡柱塞泵。

背景技术

作为综采工作面液压支架的动力源，高水基柱塞泵的流量和压力等参数随支架移架、升柱和降柱等动作变化幅度大、频次高，且随机性强。相比传统采用卸荷阀控制的柱塞泵，高速柱塞泵调速范围宽，更易于流量变频调节，且节能效果显著。目前，应用于综采工作面的高水基柱塞泵主要采用曲轴驱动连杆，通过十字滑块实现柱塞副的往复运动，传动机构转动惯量大，且柱塞采用盘根密封，制约着在高速场合的应用。随着转速的提高，对柱塞泵结构与关键摩擦副的摩擦学特性提出了更高要求，

由于高水基介质的理化性能不同于传统矿物型液压油，其易锈蚀、低黏度（仅为液压油的1/40～1/50）、易气蚀等特性，使得水压柱塞泵面临严重腐蚀、泄漏、摩擦磨损、气蚀等问题，导致全水润滑柱塞泵的可靠性和寿命受到严重制约。润滑油比水具有更好的润滑性能，因此，需要研究油水分离型柱塞泵关键技术，使工作介质现润滑介质相分离，关键摩擦副采用油润滑，从而改善高水基柱塞泵的高速润滑与摩擦性能。同时，需提高配流阀的响应速度，减小高速场合的滞后性。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种高水基介质的高速主动润滑径向静力平衡柱塞泵。

本发明采取以下技术方案：一种高水基介质的高速主动润滑径向静力平衡柱塞泵，包括泵体，泵体周向上均匀布置有5个可单独拆卸的阀体组件，泵体内通过轴承安装有由电机驱动的曲轴，曲轴中部固定五星轮，五星轮与柱塞缸套组件连接；曲轴上安装有凸轮，并通过凸轮与配油阀组件配合实现与润滑系统的连通与关闭。

进一步的，柱塞缸套组件包括上缸套、下缸套、密封套以及不等径柱塞形成的柱塞副，不等径柱塞设置在上缸套和下缸套内，并在不等径柱塞外侧设置密封套，不等径柱塞底部接触连接滑靴，滑靴与五星轮接触连接。

不等径柱塞上部与上缸套之间形成的腔体为工作腔a，不等径柱塞周侧与上缸套和下缸套之间形成的缝隙为润滑油腔e；密封套开有三道密封沟槽，实现工作腔a与润滑油腔e的油水分离；下缸套与密封套上开有混合排液口i，混合排液口i一端与润滑油腔e连通，另一端与外界连通。

不等径柱塞下端的轴向上开有一端与外界连通的阻尼孔f，不等径柱塞的径向上开有通油孔h，通油孔h与阻尼孔f连通。

进一步的，不等径柱塞靠近滑靴位置的直径稍大于远离滑靴位置的直径。

进一步的，配油阀组件包括下缸套上开有的滑阀孔，滑阀孔内设置滑阀阀芯，滑阀阀芯底部与凸轮接触连接，滑阀阀芯顶部与滑阀孔之间形成的腔体为滑阀腔c，下缸套的滑阀腔c位置处开有与柱塞泵总排液管路连通的阻尼孔b，下缸套上还开有与润滑油管路连通的进油口d。

进一步的，阀体组件根据柱塞缸套组件位置通过螺栓安装于泵体上，所述的阀体组件包括吸液阀组件、排液阀组件与阀体，吸液阀组件与排液阀组件安装在阀体的内孔中，吸液阀组件与排液阀组件之间通过设置在阀体内的通道k连通，通道k中部与工作腔a连通，吸液阀组件和排液阀组件分别与泵体中设置的进液口和出液口相连通，进液口和出液口于外部连通。

进一步的，吸液阀组件包括阀底、导向套、弹簧和平板阀芯，导向套与阀体固定，导向套采用花瓣型截面，导向套开下凹线型，导向套顶部设置阀底，平板阀芯设置在导向套内并由导向套对其导向，平板阀芯与阀底之间设置弹簧。 在弹簧作用下实现关闭，开启则通过吸液过程中工作腔a中的负压与供液辅助泵开启。排液阀组件采用普通锥阀芯。排液阀组件采用普通锥阀芯。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明基于润滑系统与动力系统相分离的设计理念，使得润滑油与高水基介质各自独立却又互相平衡。柱塞吸入低压高水基介质的同时，润滑腔也吸入低压润滑油；柱塞排液时产生高压高水基介质的同时，润滑腔也产生高压润滑油，对柱塞副与滑靴副进行主动强制润滑，改善滑靴副的润滑与摩擦特性。另外，提高柱塞副润滑性的同时，高压润滑油可支撑柱塞来自平面运动五星轮的侧向力，提高柱塞对中性能。

（2）通过结构优化，在柱塞腔吸排液时，润滑腔的油压始终保持大于工作腔高水基介质压力，可减小高水基介质从柱塞间隙的泄漏。

（3）本发明中配油阀通过引入泵排液口的高压高水基工作液，可极大改善传统采用弹簧配流阀时，由弹簧疲劳导致的响应性下降问题，可提高系统配油响应性能，满足高速场合应用。

（4）本发明设计的导向固定式吸液阀，可减小吸液阀芯的质量与运动惯性，进而提高系统响应特性。

附图说明

图1为本发明的实施方案示意图；

图2为本发明柱塞缸套组件结构示意图；

图3为本发明阀体组件结构示意图；

图4为B-B剖面图；

图5为A-A剖面图；

图中1-阀体组件，2-泵体，2.1-进液口，2.2-出液口，3-配油阀组件，4-凸轮，5-轴承，6-左透盖，7-曲轴，8-润滑系统，9-柱塞缸套组件，10-弹簧，11-右外透盖，12-右内透盖，13-五星轮，14-上缸套，15-下缸套，16-滑阀阀芯，17-密封套，18-密封圈，19-柱塞，20-滑靴，21-排液阀组件，22-吸液阀组件，23-阀底，24-导向套，25-弹簧，26-平板阀芯，27-阀体。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种应用于高水基介质的高速主动润滑径向柱塞泵，包括阀体组件1、泵体2、配油阀组件3、凸轮4、轴承5、左透盖6、曲轴7、润滑系统8、柱塞缸套组件9、弹簧10、右外透盖11、右内透盖12和五星轮13等。

曲轴7通过轴承5置于泵体2内，电机驱动曲轴7旋转，带动五星轮13做平面运动，使得柱塞19上下移动进而实现吸排液，柱塞19向下运动的吸液回程靠弹簧10的外力提供。该泵周向均匀布置的5个可单独拆卸的所述阀体组件1安装于所述泵体2上。配油阀组件3通过安装于曲轴7上的凸轮4实现与润滑系统8出油管路的连通与关闭，使得柱塞泵在吸排液的同时吸排润滑油，对五星轮13与滑靴20形成的滑靴副强制润滑的同时，高压润滑油进入柱塞19与下缸套15形成的柱塞副，提高柱塞润滑与对中性能。

如图2所示，柱塞缸套组件9由上缸套14、下缸套15、密封套17与不等径柱塞19形成柱塞副。所述不等径柱塞19靠近滑靴位置直径19.1稍大于远离滑靴位置19.2，由所述下缸套15与柱塞19所形成的环形润滑油腔e随柱塞19下移体积增大，上行而体积减小。下缸套15内开有滑阀孔，通过滑阀阀芯16的往复运动实现滑阀的开启与关闭。另外，下缸套15开有阻尼孔b与进油口d，分别与柱塞泵总排液管路和润滑油管路联通。密封套17开有三道密封沟槽，实现工作腔a与润滑油腔e的油水介质的分离。同时，下缸套15与密封套17开有混合排液口i，用于排出介质渗漏的混合液。

配油阀组件3中的阀芯16上行通过安装在曲轴7上的凸轮4实现，下行则通过引入柱塞泵总排液口的高压介质经阻尼孔b降压后进入滑阀上腔c，对阀芯16产生向下的推力，实现阀芯16的回程。所述柱塞19吸排液时，随着滑阀阀芯16同步运动，进油口d与润滑油腔e实现导通与关闭，进而分别通过通油孔h与阻尼孔f进入柱塞副与滑靴腔9，对液压泵关键摩擦副强制润滑，改善高速工况下的摩擦学特性。

如图3所示，阀体组件1通过模块化设计，便于吸液阀组件22与排液阀组件21的安装与拆卸。阀体组件1包括吸液阀组件22、排液阀组件21与阀体27，吸液阀组件22与排液阀组件21安装在阀体27的内孔中，吸液阀组件22与排液阀组件21之间通过设置在阀体27内的通道k连通，通道k中部与工作腔a连通，吸液阀组件22和排液阀组件21分别与泵体2中设置的进液口2.1和出液口2.2相连通，进液口2.1和出液口2.2于外部连通。通过工作腔a体积的变化从而吸、排高水基工作介质。

如图4所示，吸液阀组件22包括阀底23、导向套24、弹簧25和平板阀芯26，导向套24与阀体27固定，导向套24采用花瓣型截面，导向套24开下凹线型，导向套24顶部设置阀底23，平板阀芯26设置在导向套24内并由导向套24对其导向，平板阀芯26与阀底23之间设置弹簧25。

采用高分子耐磨材料的导向套24固定，并开有下凹线型便于快速进液，如A-A剖面所示。另外，导向套24采用花瓣型截面，截面B-B所示，导向的同时不影响通流。平板阀芯26由导向套24对其导向，在弹簧25作用下实现关闭，开启则通过吸液过程中工作腔a中的负压与供液辅助泵开启。排液阀组件21采用流线型锥阀芯，改善流动特性。

上述列举的是近似本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，对于柱塞泵还有很多变形。本领域的技术人员能从本发明公开内容中直接导出或联想到的所有变形，均认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高水基介质的高速主动润滑径向静力平衡柱塞泵，其特征在于:包括泵体（2），泵体（2）周向上均匀布置有5个可单独拆卸的阀体组件（1），泵体（2）内通过轴承（5）安装有由电机驱动的曲轴（7），曲轴（7）中部固定五星轮（13），五星轮（13）与柱塞缸套组件（9）连接；曲轴（7）上安装有凸轮（4），并通过凸轮（4）与配油阀组件（3）配合实现与润滑系统（8）的出油管路的连通与关闭；

所述的柱塞缸套组件（9）包括上缸套（14）、下缸套（15）、密封套（17）以及不等径柱塞（19）形成的柱塞副，不等径柱塞（19）设置在上缸套（14）和下缸套（15）内，并在不等径柱塞（19）外侧设置密封套（17），不等径柱塞（19）底部接触连接滑靴（20），滑靴（20）与五星轮（13）接触连接；

不等径柱塞（19）上部与上缸套（14）之间形成的腔体为工作腔a，不等径柱塞（19）周侧与上缸套（14）和下缸套（15）之间形成的缝隙为润滑油腔e；密封套（17）开有三道密封沟槽，实现工作腔a与润滑油腔e的油水分离；下缸套（15）与密封套（17）上开有混合排液口i，混合排液口i一端与润滑油腔e连通，一端与外界连通；

不等径柱塞（19）下端的轴向上开有一端与外界连通的阻尼孔f，不等径柱塞（19）的径向上开有通油孔h，通油孔h与阻尼孔f连通；

所述的不等径柱塞（19）靠近滑靴位置的直径稍大于远离滑靴位置的直径；

所述的配油阀组件（3）包括下缸套（15）上开有的滑阀孔，滑阀孔内设置滑阀阀芯（16），滑阀阀芯（16）底部与凸轮（4）接触连接，滑阀阀芯（16）顶部与滑阀孔之间形成的腔体为滑阀腔c，下缸套（15）的滑阀腔c位置处开有与柱塞泵总排液管路连通的阻尼孔b，下缸套（15）上还开有与润滑油管路连通的进油口d。

2.根据权利要求1所述的高水基介质的高速主动润滑径向静力平衡柱塞泵，其特征在于:所述的阀体组件（1）包括吸液阀组件（22）、排液阀组件（21）与阀体（27），吸液阀组件（22）与排液阀组件（21）安装在阀体（27）的内孔中，吸液阀组件（22）与排液阀组件（21）之间通过设置在阀体（27）内的通道k连通，通道k中部与工作腔a连通，吸液阀组件（22）和排液阀组件（21）分别与泵体（2）中设置的进液口（2.1）和出液口（2.2）相连通，进液口（2.1）和出液口（2.2）与外部连通。

3.根据权利要求2所述的高水基介质的高速主动润滑径向静力平衡柱塞泵，其特征在于：所述的吸液阀组件（22）包括阀底（23）、导向套（24）、弹簧（25）和平板阀芯（26），导向套（24）与阀体（27）固定，导向套（24）采用花瓣型截面，导向套（24）开下凹线型，导向套（24）顶部设置阀底（23），平板阀芯（26）设置在导向套（24）内并由导向套（24）对其导向，平板阀芯（26）与阀底（23）之间设置弹簧（25）。

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