CN1220827C - 低粘度流体用柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种适用于低粘度流体驱动用柱塞泵，通过在柱塞的中心区段加工一定直径的孔，使柱塞呈中空薄壁筒装结构，利用柱塞压缩时形成的压力的流体，使柱塞薄壁段呈鼓状弹性变形，迫使压铸有树脂材料的柱塞外表面与缸体内壁形成与压力级别相适应的配合，既能实现有效密封，又能提高润滑和降低磨损，使柱塞式低粘度驱动泵在效率、噪声控制和寿命诸方面达到实用化要求。本发明的低粘度柱塞式泵可产生16MPa的系统压力，效率高达94%。

Description

低粘度流体用柱塞泵

所属技术领域

本发明涉及一种低粘度流体驱动泵技术。

背景技术

最近发展起来的高压力水压驱动，以过滤处理后的水为工作介质实现动力的传递。水压驱动系统即保持了油压传动传递动力大、效率高、元件体积小的优点，又克服了气动驱动功率小的缺点，并具有环保的积极作用。此外，特殊专业领域中低粘度介质的传递也对低粘度液体的驱动技术提出了新的要求，如食品加工、环保设备驱动、水利设备驱动以及各种特殊设备驱动，这些设备对低粘度液流的驱动技术和产品提出了新的要求。低粘度流体驱动技术发展的关键是低粘度驱动泵和马达，开发高压力液流用泵成为该领域的关键性技术难题。其研究的重点在于如何使以低粘度流体的驱动泵能产生与油压泵相当的高压，以及保持高效、低振动和低噪声的特性，以便低粘度流体驱动系统能和油压系统一样，高效地传递较大的动力，并保持对环境的亲和性。对于低粘度液体驱动用泵，其结构类似于油压叶片泵和柱塞泵，但由于其介质粘度远远低于液压油，其相对运动部件表面间的密封和润滑问题使驱动泵的效率大大低于油压系统，由泄漏、气穴和气蚀产生的噪声也远高于油压泵，其寿命也远远低于油压泵，这使得低粘度流体用泵难以进入实用化。以斜盘式柱塞泵为例，为了防止相对运动部件表面的难以实现密封和易磨损问题，通常在柱塞外表面、滑靴表面和柱塞球头压铸有一定厚度的树脂或陶瓷材料，并通过向相对运动表面提供一定压力的介质来形成液体密封和润滑。其中，关系到低粘度驱动泵效率的关键因素是柱塞外表面与缸体间的密封、润滑和磨损问题。由于低粘度介质的原因，柱塞外表面与缸体间的配合很难在不同压力级别时同时实现可靠密封、提高润滑和降低磨损，使得低粘度驱动泵的效率、寿命和噪声控制不能满足实用化要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于低粘度流体驱动用柱塞泵，使柱塞外表面与缸体间能在不同压力级别时同时实现可靠密封、提高润滑和降低磨损，使得低粘度驱动泵在效率、寿命、噪声控制诸方面达到实用化要求。

本发明的基本思路是在柱塞的中心区段加工一定直径的孔，使柱塞成为中空薄壁筒，利用柱塞压缩时形成的压力的流体，使柱塞的薄壁区段呈鼓状弹性变形，迫使压铸有树脂的柱塞外表面与缸体内壁形成与压力级别相适应的配合，实现有效密封。低粘度流体用柱塞泵由泵体、柱塞、缸体及转子轴、泵体内筒、滑靴、斜盘、配流盘、滑靴挡板、万向套、中心弹簧、弹簧挡片、弹簧销、左端盖、右端盖、滑动轴承、驱动轴支承端盖、骨架密封、连接螺栓等元件组成。柱塞圆柱外表面和球头外表面压铸有一定厚度的PEEK树脂材料(0.5～1.5mm)，斜盘表面压铸有厚度较大的PEEK树脂材料(1.5～2.0mm)。为了使柱塞与缸体间的密封在不同压力级别情况下均能得到保证，并尽可能降低磨损和提高其寿命，柱塞内中间区段加工有直径较大的内孔，使柱塞呈中空薄壁状。泵体内筒内侧压铸有树脂材料，以减小缸体转动时产生的磨损。当电动机带动缸体旋转时，柱塞在缸内的轴向移动产生一定的流体压力。随着压力的增高，柱塞的薄壁中空段在材料弹性范围内发生鼓形变形，使柱塞外表面紧贴缸体，形成与压力级别相适应的滑动配合，从而保证柱塞与缸体间能在任何压力情况下可靠密封，保证有效润滑和减小磨损，最终提高低粘度流体用泵的效率和寿命。为了保证柱塞足够的强度，并使柱塞能发生预期的弹性变形，需要合理控制内孔直径、薄壁厚度和薄壁段长度。经过理论计算和试验，对于小于16MPa的低粘度流体用柱塞泵，柱塞中空孔内径应小于或等于2/3柱塞外径，中空薄壁部分长为3～6倍薄壁厚度。为了减小柱塞鼓形变形后外表面树脂的过度磨损，可在树脂表面变形最大的中间部分加工弧形或矩形凹槽，其凹槽深度为0.05～0.15mm。

与现有低粘度柱塞泵相比，本发明提出的柱塞泵能在任何压力情况下，均可实现柱塞与缸体间的可靠密封和有效润滑，并减小相对运动部件的磨损，最终提高低粘度流体用泵的效率和寿命。由于本发明提出了实现有效密封和减小磨损的关键技术，低粘度流体用柱塞泵能在低转速情况下产生较高压力级别的液流，使低粘度柱塞泵达到前所未有的效率。试验表明，在14MPa的工作压力下，应用该技术的低粘度柱塞泵效率达到94％，并大大降低了低粘度柱塞泵的噪声。

附图说明

附图是本发明的一个实施例—斜盘式柱塞泵的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图的实施例详细说明本发明的特征。低粘度流体用柱塞泵由泵体6、柱塞3、缸体及转子轴4、泵体内筒5、滑靴8、斜盘9、配流盘2、滑靴挡板7、万向套17、中心弹簧14、弹簧挡片15、弹簧销16、左端盖1、右端盖10、滑动轴承11、驱动轴支承端盖18、骨架密封12、连接螺栓13等元件组成。柱塞3圆柱外表面和球头外表面压铸有一定厚度的PEEK树脂材料(0.5～1.5mm)，斜盘9表面压铸有厚度较大的PEEK树脂材料(1.5～2.0mm)。为了使柱塞3与缸体4间的密封在不同压力级别情况下均能得到保证，并尽可能降低磨损和提高其寿命，柱塞3内中间区段加工有直径较大的内孔，使柱塞3呈中空薄壁状。泵体内筒5内侧压铸有树脂材料，以减小缸体转动时产生的磨损。当电动机带动缸体4旋转时，柱塞3在缸内的轴向移动产生一定的流体压力。随着压力的增高，柱塞3的薄壁中空段在材料弹性范围内发生鼓形变形，使柱塞3外表面紧贴缸体4，形成与压力级别相适应的滑动配合，从而保证柱塞3与缸体4间能在任何压力情况下可靠密封、有效润滑和减小磨损，最终提高低粘度流体用泵的效率和寿命。为了保证柱塞足够的强度，并使柱塞能发生预期的弹性变形，需要合理控制内孔直径、薄壁厚度和薄壁段长度。经过理论计算和试验，对于小于16MPa的低粘度流体用柱塞泵，柱塞中空孔内径应小于或等于2/3柱塞外径，中空薄壁部分长为3～6倍薄壁厚度。为了减小柱塞鼓形变形后外表面树脂的过度磨损，可在树脂表面变形最大的中间部分加工弧形或矩形凹槽，其凹槽深度为0.05～0.15mm。

由于采用了独特的构思，本发明所提出的低粘度柱塞泵可大大提高驱动效率，可进一步提高低粘度流体驱动系统的压力级别，并降低柱塞泵或马达的噪声，提高其工作寿命，使低粘度流体用泵/马达向实用化方向迈出关键的一步。本发明提出的低粘度流体用柱塞泵/马达技术可应用于往复式柱塞泵、斜盘式柱塞泵/马达、斜轴式柱塞泵/马达等。

Claims (5)

1.一种低粘度流体用柱塞泵，由表面压铸有树脂材料的柱塞和缸体组成，其特征在于：在柱塞中间区段加工有直径较大的内孔，使柱塞中间段呈中空薄壁状，中空段直径小于或等于2/3柱塞外径，该中空段长度为薄壁厚度的3-6倍。

2.如权利要求1所述的低粘度流体用柱塞泵，其特征在于柱塞薄壁外表面树脂加工有弧形或矩形凹槽，其凹槽深度为0.05～0.15mm。

3.如权利要求1或2所述的低粘度流体用柱塞泵，其特征在于其结构可用于往复式柱塞泵。

4.如权利要求1或2所述的低粘度流体用柱塞泵，其特征在于其结构也可用于斜盘式柱塞泵/马达。

5.如权利要求1或2所述的低粘度流体用柱塞泵，其特征在于其结构还可用于斜轴式柱塞泵/马达。