CN1554869A - 全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵或马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵或马达，它以过滤后的自然水(含淡水和海水)为工作介质，它主要由一个外壳和安装于外壳内可旋转的缸体组成。缸体同一圆周上均布有与驱动或输出轴平行的奇数个缸孔，柱塞滑靴组件中的柱塞置于缸孔内，缸孔的另一头安装一个配流套，配流套的另一端装入止推盘上相应的孔中，止推盘相对于缸体浮动，自动补偿零件加工和安装的误差，中心弹簧的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，驱动或输出轴与缸体牢固结合。本发明所有摩擦副均直接用水润滑、冷却，径向尺寸小，体积小，重量轻，比功率大。

Description

全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵或马达

所属技术领域

本发明涉及液压传动中的能量转换装置，尤其涉及一种全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵或马达。

技术背景

纯水液压传动技术用过滤后的自然水(含海水和淡水)作为液压介质，具有清洁、无污染、无火灾危害等优点。最近十年来，新型材料的发展、加工技术的进步和新结构的液压元件研制成功，克服了早期水压传动存在的诸如易腐蚀、易磨损、泄漏大、效率低等缺点，使纯水液压传动技术取得了长足的进步，开始广泛进入食品、造纸、纺织、医疗器械、消防、冶金、采矿、原子能动力厂、海洋开发等工业应用领域。

纯水液压泵或马达是纯水液压系统中的关键动力元件，其性能指标直接决定了整个纯水液压系统的性能指标。到目前为止，已开发出来的纯水液压泵或马达主要有三种代表结构：

第一种是油水分离，阀配流轴向柱塞式结构。这种结构采用平板阀配流，柱塞及缸孔在相对于主轴的圆周上呈轴向分布，依靠斜盘和中心弹簧来实现柱塞的往复运动。配流阀和缸孔浸没在水中，其他主要摩擦副(如柱塞球头和滑靴球窝、滑靴靴底和斜盘、轴承等)浸没在油中。为防止油水串通，必须在柱塞和缸孔摩擦副上加密封将油水隔离。整个装置寿命取决于密封圈的寿命。此种结构是在纯水液压技术发展的初期，为了解决水润滑摩擦副材料短缺的难题而提出的一种过渡技术。

第二种是全水润滑，阀配流径向柱塞式结构。这种结构采用平板阀配流，柱塞及缸孔在相对于主轴的圆周上呈径向均布，依靠主轴上的偏心轮和各柱塞根部的回程弹簧来实现柱塞的往复运动。所有摩擦副均直接用水润滑和冷却。这种结构径向尺寸大，整个装置体积大，比功率小。

第三种是全水润滑，阀配流的轴向柱塞式结构。这种结构采用平板阀配流，柱塞及缸孔在相对于主轴的圆周上呈轴向均布，工作时缸体不转动，而是使斜盘随驱动轴一起转动，依靠斜盘和中心弹簧来实现柱塞的往复运动。这种结构不可用作液压马达，自吸能力较差，无级变量困难，转速提高困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵或马达，它利用过滤后的自然水(含淡水和海水)作为压力工作介质和润滑介质，不再需要有任何其它润滑剂。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是它包括：由左端盖、右端盖、壳体组成的外壳，外壳内的缸体轴承孔装有缸体，缸体同一圆周上均布有与缸体轴线平行的奇数个缸孔，柱塞滑靴组件中的柱塞置于缸孔内，与柱塞构成柱塞副，缸体一端装有止推盘，置于缸体中心孔中的弹簧的一端经压紧塑料棒将止推盘压在配流盘上，中心弹簧另一端通过缸体、缸体外的球铰、球铰外的回程盘将每个柱塞滑靴组件中的滑靴压在斜盘上，驱动或输出轴的一端穿过左端盖中心的滑动轴承插入缸体中心，与缸体牢固结合，每个配流套一端相应地装入一个缸孔中，配流套的另一端装入止推盘上相应的孔中，配流套两端都有O形橡胶密封圈，止推盘相对于缸体浮动，在右端盖中心装有配流支柱，配流支柱和定位销将配流盘固定在右端盖上，另外两个定位销将斜盘固定在左端盖上，滑动轴承和缸体轴承内均开有导水沟槽。

柱塞滑靴组件的柱塞置于缸孔内，缸孔内壁牢固结合有一层增强塑料，该增强塑料层和金属的柱塞构成柱塞副。

所说的滑靴包括：金属材料制成的半圆形基体，在基体球窝内、基体圆柱面外、基体侧面覆盖增强塑料层，覆盖有增强塑料层的球窝与柱塞的球头构成球窝副，覆盖有增强塑料层的基体圆柱面装入回程盘的孔中，覆盖有增强塑料的侧面与斜盘构成滑靴副。

所说的回程盘包括：多孔的圆形金属基体，在基体中心孔内表面紧密结合的增强塑料层，增强塑料层与球铰构成球铰副。

所说的配流盘包括：圆盘形的金属基体，在基体外表面紧密结合的增强塑料层，增强塑料层的侧面与止推盘构成配流副。

本发明具有的有益的效果是：

本发明采用配流盘端面配流，靠斜盘和中心弹簧来实现柱塞的往复运动；所有摩擦副均直接用水润滑、冷却，径向尺寸小，体积小，重量轻，比功率大。

本发明采用半轴式结构，驱动或输出轴的一端插入缸体中心，与缸体牢固结合，缸体由缸体外的缸体轴承支撑。这样缸体与驱动或输出轴的同心度高，缸体运转平稳。驱动或输出轴的长度短，轴的形变小。泵或马达的轴向尺寸小，整个装置结构紧凑。

配流套与缸孔和止推盘都有一定的径向间隙，使止推盘相对于缸体可以浮动。浮动端面配流可以自动补偿零件加工和安装的误差。配流套两端都有O形橡胶密封圈，确保高压水不从配流套的径向间隙中泄漏。

左滑动轴承安装于左端盖内，支撑驱动或输出轴；缸体轴承安装于壳体内，支撑缸体。这样驱动或输出轴基本不受弯矩的作用，只承受扭矩，从而减少了轴的磨损，延长了轴的使用寿命。

主要摩擦副配对材料均为不锈金属材料与增强塑料，既保证了纯水液压轴向柱塞泵或马达中零部件的耐腐蚀性、强度、韧性和刚度，又保证了各摩擦副的自润滑、耐磨损、减震等摩擦学特性，能够有效地避免在高速、重载、水润滑的情况下摩擦副的粘着磨损、腐蚀磨损和卡死等现象，有效提高了工作可靠性和使用寿命。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为柱塞滑靴组件的放大图；

图3为回程盘的放大图；

图4为配流盘的放大图。

图中：1键，2驱动或输出轴，3挡板，4轴封，5滑动轴承，6左端盖，7壳体，8斜盘，9滑靴，10柱塞，11中心弹簧，12O形橡胶密封圈，13配流套，14止推盘，15配流盘，16右端盖，17配流盘支柱，18定位销，19压紧塑棒，20缸体，21缸体轴承，22球铰，23回程盘。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明包括由一个外壳(包括左端盖6，右端盖16，壳体7)和一个安装于壳内可旋转的缸体20组成。缸体20同一圆周上均匀分布与缸体20轴线平行的缸孔，柱塞滑靴组件的柱塞10置于缸孔内，缸孔内壁牢固结合有增强塑料，它和不锈金属材料制成的柱塞10配成柱塞副。缸体20右边是止推盘14。置于缸体20中心的中心弹簧11通过缸体，球铰22和回程盘23将每个柱塞滑靴组件之滑靴9与斜盘8压紧。中心弹簧11的另一端通过压紧塑料棒19将止推盘14压向配流盘15。止推盘14和配流盘15构成一对摩擦副——配流副。配流套13将缸体20和止推盘14连接起来，并使止推盘14随缸体20一起转动。配流套13一端装入缸孔中，另一端装入止推盘14上相应的孔中。配流套13与缸孔20和止推盘14都有一定的径向间隙，使止推盘14相对于缸体20可以浮动。配流套13两端都有O形橡胶密封圈12，确保高压水不从配流套的径向间隙中泄漏。配流支柱17和定位销18将配流盘15固定在右端盖16上。驱动或输出轴2的一端穿过左端盖6中心的滑动轴承5，轴端有键槽，安装键1；另一端插入缸体20中心，与缸体20牢固接合。两个定位销18将斜盘8固定在左端盖6上。轴2由滑动轴承5支承，缸体20缸体轴承21支承，滑动轴承5和缸体轴承21内均开有若干条导水沟槽，将水引入起润滑和冷却作用。缸体轴承21的导水沟槽还连通了左右两边的水腔。轴端密封依靠骨架式轴封4完成，骨架式轴封4外面是挡板3。

本发明作为泵使用时，泵水过程是这样的：驱动轴2带动缸体20，止推盘14，柱塞滑靴组件旋转，中心弹簧11通过缸体20，球铰22和回程盘23将作用力平均施加到每个滑靴9上，以保证滑靴9的靴底始终紧贴在斜盘8斜面上滑动，从而实现柱塞10在缸孔中不断的往复运动。当柱塞10向左运动到左极限位置时，止推盘14上相应的腰形窗被配流盘15全遮盖，缸孔中形成封闭。随着驱动轴2的转动，滑靴9在弹簧力的作用下紧贴在斜盘8上滑动，带动柱塞10向右运动，使缸孔的封闭容积减小，水压力上升，然后止推盘14的腰形窗和配流盘15的高压腰形窗连通，缸孔中的高压水被柱塞10不断排出，经过配流盘15的高压腰形窗到达泵的出口，实现了泵的排水过程。当柱塞10运动到其右极限位置时，缸孔的容积不能再增大，此时止推盘14上相应的腰形窗也被配流盘15全遮盖，缸孔中又一次形成封闭，随着驱动轴2继续转动，缸孔封闭容积增加，水压力降低，然后止推盘14的腰形窗和配流盘15的低压腰形窗连通，低压水从泵的入口经过配流盘15不断进入缸孔中，完成泵的吸水过程。随着驱动轴2的旋转，每个缸孔将不断的吸排水，且多个柱塞10按一定的先后次序各自独立的完成吸排水工作，每个柱塞10排出的高压水在泵的出口有序的叠加，从而泵出流量连续均匀的高压水。

本发明作为马达使用时，工作过程为泵工作过程的逆过程。

本发明的所有摩擦副均直接采用水润滑和冷却，包括缸孔和柱塞10，柱塞球头和滑靴球窝，滑靴靴底与斜盘8，止推盘14与配流盘15，驱动或输出轴2与左滑动轴承5，缸体20与缸体轴承21，球铰22与回程盘23等。具体是这样实现的：

缸孔和柱塞10之间有一定间隙，靠此间隙实现密封。在排水过程中，缸孔中是高压水，在缸孔和柱塞10密封间隙两端形成高低压力差，使得缸孔中的高压水通过密封间隙泄漏到低压的壳体内。此部分泄漏水在间隙中的压力是依次减小的，有相当的承载能力，对于缸孔和柱塞10摩擦副来说，起到了支撑，润滑，冷却作用。

缸孔中的高压水还通过柱塞中心孔，柱塞球头中心孔到达柱塞球头与滑靴球窝摩擦副，起润滑作用；再通过滑靴中心孔到达滑靴9靴底与斜盘摩擦副，形成静压支承。

左滑动轴承5和缸体轴承21内均开有多条导水沟槽，将壳体内的水引入其中，对两对轴承副起到润滑和冷却作用。

本发明的主要摩擦副均采用不锈金属材料配增强塑料，这种配对具有耐腐蚀、耐磨损和自润滑的特性，可有效保证在水润滑条件下获得足够的可靠性和使用寿命。具体情况如下：

轴承副有两个：左滑动轴承5和驱动或输出轴2、缸体滑动轴承21和缸体20，两个滑动轴承均完全采用增强塑料制作，轴2和缸体20为不锈金属材料。球铰副是球铰22和回程盘23，其中球铰22为不锈金属材料，回程盘23包含两部分，第一部分是不锈金属材料的基体23.1，第二部分是在基体内牢固结合的一个增强塑料的球窝23.2，它与球铰22配合构成球铰副。缸体20也包含两部分，第一部分是不锈金属材料的基体，第二部分是在缸体基体的缸孔之内牢固结合的增强塑料，它与不锈金属材料的柱塞组成柱塞副。滑靴9也分两部分，第一部分是不锈金属材料基体9.1，第二部分是在其球窝处和与斜盘接触的端面包覆的增强塑料9.2，它与柱塞10的球头形成球窝副，与斜盘8的斜面形成滑靴副。配流盘15中间是金属基体15.1，外表面包覆增强塑料15.2，与不锈金属材料的止推盘14构成配流副。

总之，本发明所用的主要摩擦副配对材料均为不锈金属材料与增强塑料，既保证了纯水液压泵或马达中零部件的耐腐蚀性、强度、韧性和刚度，又保证了各摩擦副的自润滑、耐磨损、减震等摩擦学特性，能够有效地避免在高速、重载、水润滑的情况下摩擦副的粘着磨损、腐蚀磨损和卡死等现象，有效提高了工作可靠性和使用寿命。

Claims (5)

1.一种全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵或马达，其特征在于它包括：由左端盖(6)、右端盖(16)、壳体(7)组成的外壳，外壳内的缸体轴承(21)内装有缸体(20)，缸体(20)同一圆周上均布有与缸体(20)轴线平行的奇数个缸孔，柱塞滑靴组件中的柱塞(10)置于缸孔内，缸体(20)一端装有止推盘(14)，置于缸体(20)中心孔中的弹簧(11)的一端经压紧塑料棒(19)将止推盘(14)压在配流盘(15)上，中心弹簧(11)另一端通过缸体(20)、缸体外的球铰(22)、球铰外的回程盘(23)将每个柱塞滑靴组件中的滑靴(9)压在斜盘(8)上，驱动或输出轴(2)的一端穿过左端盖(6)中心的滑动轴承(5)插入缸体(20)中心，与缸体(20)牢固结合，每个配流套(13)一端相应地装入一个缸孔中，配流套(13)的另一端装入止推盘(14)上相应的孔中，配流套(13)两端都有O形橡胶密封圈(12)，止推盘(14)相对于缸体(20)浮动，在右端盖(16)中心装有配流支柱(17)，配流支柱(17)和定位销(18)将配流盘(15)固定在右端盖(16)上，另外两个定位销(18)将斜盘(8)固定在左端盖(6)上，增强塑料制成的滑动轴承(5)和缸体轴承(21)内均开有导水沟槽。

2.根据权利要求1所述一种全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵或马达，其特征在于：柱塞滑靴组件的柱塞(10)置于缸孔内，缸孔内壁牢固结合有一层增强塑料，该增强塑料层和金属的柱塞(10)构成柱塞副。

3.根据权利要求1所述一种全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵或马达，其特征在于：所说的滑靴(9)包括金属材料制成的半圆形基体(9.1)，在基体(9.1)球窝内、基体圆柱面外、基体侧面覆盖增强塑料层(9.2)，覆盖有增强塑料层的球窝与柱塞(10)的球头构成球窝副，覆盖有增强塑料层的基体圆柱面装入回程盘(23)的孔中，覆盖有增强塑料的侧面与斜盘(8)构成滑靴副。

4.根据权利要求1所述一种全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵或马达，其特征在于：所说的回程盘(23)包括多孔的圆形金属基体(23.1)，在基体(23.1)中心孔内表面紧密结合的增强塑料层(23.2)，增强塑料层(23.2)与球铰(22)构成球铰副。

5.根据权利要求1所述一种全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵或马达，其特征在于：所说的配流盘(15)包括圆盘形的金属基体(15.1)，在基体(15.1)外表面紧密结合的增强塑料层(15.2)，增强塑料层(15.2)的侧面与止推盘(14)构成配流副。

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