CN1704591A - 一种斜盘轴向柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明专利包括前泵盖11、后泵盖1，与前泵盖11、泵体3，缸体4，配流装置2，一端与滑靴8球铰接、另一端置于柱塞腔30中的柱塞6，倾角可调或不可调的斜盘10，斜盘10与滑靴8之间的静压支承20，压紧弹簧15，传动轴轴承及密封组件12，传动轴13；其中柱塞6内开有柱塞内孔腔19，为盲孔腔，并装有蓄能器5；在滑靴8与斜盘10之间一个可以回转的支承盘9。本发明专利有效地吸收了液流脉动、液压冲击，降低了噪声，提高了工作压力、启动性能、容积效率和自吸性能，具有更高的比功率和性价比，尤其适于作水压传动用泵和马达。

Description

一种斜盘轴向柱塞泵

所属技术领域

本发明专利属流体变容机械，具体为泵类、马达类，尤其涉及到一种轴向柱塞泵/马达。

背景技术

斜盘轴向柱塞泵(除本发明专利外，均简称为斜盘泵，下同)以其密封可靠、工作压力高、单位质量功率大的优点，在各种容积泵中占有重要地位。但是，其小可避免的流量、压力的脉动、液压冲击和噪声，较差的自吸性，轴承受力情况不良以及润滑、密封性能的不足，妨碍了其效能的进一步提高和工程应用，其具体表现如下：

1)传统的斜盘泵的滑靴静压轴承的工作流体，是柱塞腔经由柱塞中的节流小孔提供的，这使得斜盘泵的容积效率下降。同时，各个柱塞滑靴静压支承独自承担支承作用，其支承面积较小，又存在离心力的作用使得滑靴倾斜，使泄漏量增加，因此要求更大的泄漏量来保证足够的支承力，容积效率进一步下降。这一容积效率与静压支承承载力之间的矛盾，妨碍了泵功率和效率的进一步提高。

2)由于细长孔难以加工，为了保证加工工艺性，柱塞内的孔分成两段，靠近滑靴一端的孔作为节流小孔，靠近配流装置一端的孔径较大且较长，柱塞内孔腔与柱塞腔的有效工作容积之比较大，使得泵的自吸性能降低。

3)由于斜盘泵的滑靴和斜盘间没有直接连接，在压油阶段是靠斜盘强制推动柱塞运动，但在吸油阶段却不能保证柱塞返回(柱塞向外伸出)。

4)为了保证旋转缸体在起动时，能保持对配流装置的密封，需有弹簧进行压紧，而常规的通轴泵，例如日本小松(Komatsu)海水液压泵(见《液压与气动》2000年第4期“介绍几种中高海水液压泵”)，其弹簧通过一轴套压在传动轴上，同样也增加了传动轴的轴向负载。

5)斜盘泵在配流过程中，由于柱塞腔周期性地从高压区、低压区交变地输入/输出液压介质，再加上配流装置上存在盲区，不可避免地产生了液压冲击、气蚀和噪音。

随着日益高涨的环保、消防等方面要求，使用高水基和纯水液压介质的液压系统正加快发展，尤其是水液压技术具有安全、环保、经济等特性，已成为液压技术发展的新方向。但是纯水作为一种液压介质，其粘度低、润滑性差，腐蚀性强、蒸汽压高，就地取材的水质含有砂等磨粒杂质，更使斜盘泵上述业已存在的问题更加严重，而且柱塞腔与柱塞之间的密封成为一个新的突出问题。

为了解决上述问题，现有技术采取了如下一些技术方案：

1)一些基于油润滑的斜盘泵取消了静压支承，如中国发明专利“一种新型的轴向多柱容积式水泵”(专利号：ZL97109327.X)和中国实用新型专利“斜盘式轴向柱塞泵”(专利号：ZL02236414.5)，都是在斜盘上安装推力轴承，来取代静压轴承。这虽然提高了容积效率和自吸性能，但是这对全水润滑的泵是不合适的，因为水中的细小杂质对滚动轴承非常不利；同时大功率的泵需大型轴承，价格高且噪音大。高等学校试用教材《工程机械液压与液力传动》(上册，吉林工业大学等编写，1979年6月第一版，第一次印刷)第101页图3-52给出了一种“滑靴与支承盘结构”。在这种结构中，支承盘与回程盘用螺钉固定为一体，支承盘与回程盘一起转动，这样滑靴与支承盘之间只有小的摆动运动，而较大的回转运动被转移到支承盘与固定斜盘之间进行，从而可以减少滑靴表面的磨损。但该图也是从柱塞腔获取静压轴承的流体，而且没有进一步的设计可供参考。

2)为了解决柱塞的回程问题，通常有以下四种方法：

a辅助泵供油，柱塞在补油的压力作用向外伸出，此时，斜盘泵无自吸能力；

b每个柱塞内都装有弹簧，这样一方面弹簧数量较多，另一方面弹簧有可能卡住柱塞或擦伤柱塞腔密封面；

c滑靴夹在回程盘与斜盘之间并具有一定的间隙，回程盘与斜盘固定连结，但是这种结构较为复杂，且斜盘的外径得加大；

d由中心弹簧压压紧回程盘，与现国内定型生产的ZB泵和CY14-1型泵都采用此种结构，但对于缸体旋转的CY14-1型泵其压紧弹簧另一端是压在轴上，增加了轴的轴向负载。

3)为了吸收斜盘泵在配流装置配流过程中的压力脉动、液压冲击和气蚀以及减少流体运动噪声，有时不得不采用加1工艺性差、价格昂贵的工程陶瓷作为配流装置材料。浙江大学的中国发明专利ZL01139226.5“带有带向阀的配流装置低噪声液液压柱塞泵”，在配流装置上安装有四个单向阀，可以降低噪声1至7dB(A)，但是结构较复杂。相对而言，浙江大学的中国发明专利ZL0114267.2“带有蓄能器的低噪声液压柱塞泵”要简单得多，它在柱塞的中心小通孔内安装蓄能器，靠近配流装置一端的柱塞大中心孔内装有沿轴向方向开有数个小通孔的法兰，从而起到了吸振降噪的目的；但是，柱塞直径小，在其内孔腔内安装开有数个小通孔的法兰十分困难，同时蓄能器中心必须留置一孔为滑靴静压支承提供流体通道，因此蓄能器的有效体积较小，吸振降噪的能力受限。

4)针对纯水作为液压介质，柱塞腔与柱塞之间存在密封性差的问题，文献《浅谈水压传动元件的结构设计》(张铁华等，《液压与气动》，2000年第4期)设计提出了有关密封结构设计方案，其实质上是采用了由车恒德设计的中国实用新型专利ZL92204643.3“直角滑环式组合密封”和ZL86210649“双功能脚型滑环式组合密封”及其后续改进方案。但是，在柱塞上加工密封组合件的槽，因柱塞中加工有孔腔，而使得该方案较难实施。

发明内容

为了克服现有斜盘泵的缺点，本发明专利提供一种斜盘轴向柱塞泵，能够吸收液流脉动、液压冲击，降低噪声，并保证其柱塞与斜盘间的支承刚度大，容积效率和自吸性能高，经济、可靠地提高泵的比功率和性价比。

本发明专利的一种斜盘轴向柱塞泵，包括前泵盖、后泵盖，与前泵盖、后泵盖以螺栓联接的泵体，内部均匀分布与自身轴线平行的柱塞腔的缸体，缸体与后泵盖之间的配流装置，一端与滑靴球铰接、另一端置于柱塞腔中的柱塞，固定在前泵盖或泵体上的倾角可调或不可调的斜盘，斜盘与滑靴之间的平面轴承，给予缸体对配流装置的压紧弹簧、拖动柱塞的滑靴对斜盘压紧力的压紧弹簧，前后轴径分别安装在前泵盖、后泵盖的轴承组件中并带动缸体旋转的主轴；其中柱塞内朝配流装置一侧开有与柱塞腔相通的柱塞内孔腔；柱塞内孔腔内装有蓄能器；在滑靴与斜盘之间还有一个可以回转的支承盘，其特征在于：

固定在支承盘上的各滑靴凹或凸球面中心均匀分布在一个圆上，该圆的直径小于等于各柱塞中心圆的直径，大于等于各柱塞中心圆直径与斜盘最大倾角的余弦值之积；

缸体沿传动轴可以轴向滑动，弹簧一端压在缸体上，另端通过半球铰、回程盘将所有的滑靴压支承盘上，亦即给予缸体对配流装置的压紧弹簧、拖动柱塞的滑靴对斜盘压紧力的压紧弹簧为同一压紧弹簧；

安装蓄能器的柱塞内孔腔，为在配流装置侧与柱塞腔轴向连通的盲孔腔。

为了减小支承盘与斜盘之间的摩擦力，斜盘与滑靴之间的平面轴承采用静压轴承或动静压支承；静压轴承或动静压支承所需流体经由斜盘内孔道供应，孔道或外接的管道中具有液阻的节流器；油腔设在斜盘或支承板上。

此外，斜盘沿周向上可以设有两个油腔，分别为高、低压油腔，相应地与配流装置的高压、低压腰形窗孔在轴的同一侧。

为改善柱塞与滑靴之间球铰的润滑性能，滑靴开有一滑靴小孔连通静压轴承/动静压轴承的油腔和滑靴的凹或凸球面腔。

此外，固定在支承盘上的各滑靴凹或凸球面中心均匀分布在一个圆上，该圆的直径最好等于各柱塞中心圆在斜盘上正投影形成的椭圆长轴(等于各柱塞中心圆的直径)和短轴(等于各柱塞中心圆直径与斜盘最大倾角的余弦值之积)之和的一半。

本发明专利中，蓄能器的型式之一为装于内孔腔一小活塞，活塞由内孔腔朝向配流装置一侧装有孔用弹簧卡环进行限位；活塞与内孔腔盲端灌有硅油等高压缩性液体，和/或安装有金属弹簧和/或非金属弹簧和/或气体弹簧。

因卷曲纤维团的金属丝具有很好的缓冲性能，在蓄能器的型式之一中，活塞与内孔腔盲端安装的金属弹簧为不锈钢等金属的卷曲纤维团。

本发明专利中，蓄能器的型式之二为与内孔腔相同的海绵橡胶、或微孔、无孔的聚氨脂等弹性材料或粘弹性阻尼材料。该种型式的蓄能器由孔用弹簧卡环进行限位，或胶接、熔接，或直接在内孔腔内硫化和/或柱塞内孔腔中的环型槽固定。

相对于本发明专利之二中的蓄能器更好的实现方式是：柱塞内孔腔朝向配流装置一侧有一小孔段，朝向盲端的为一大孔段；蓄能器为灌注成形的弹性材料或粘弹性阻尼材料，安装在大孔段。

在本发明专利之二中的蓄能器更好的实现方式的基础上，可以进一步提高其密封性能、降低加工精度，还可采用如下的方式：柱塞小孔段的外圆上开有槽，安装有密封件或密封组合。

本发明专利中的配流装置为端面配流型式，可以是缸体自整位式或缸体浮动式或配流盘浮动式，最好是配流盘浮动式。

本发明专利相对现有技术具有以下的技术优势或特点：

1)固定在支承盘上的各滑靴凹或凸球面中心均匀分布在一个圆上，该圆的直径等于柱塞中心圆在斜盘上正投影形成的椭圆长轴和短轴之和的一半，可以保证柱塞与滑靴磨损均匀，延长使用寿命；

2)静压支承/动静压支承不由柱塞腔经柱塞小孔供油，而可由外接压力源(其它泵或蓄能器)供润滑介质，因此可以实现先静压轴承建立起来后，再由泵本体供应，这样不仅提高了泵的起动性能，而且克服了传统的斜盘柱塞泵由辅助泵供油来使柱塞回程时，造成的泵无自吸能力的问题，进而可以大大降低斜盘柱塞泵的背压。

3)压紧弹簧的一端压紧回程盘、支承盘、斜盘、前盖或缸体，另一端压在通缸体、配流装置、后盖，实现了压紧力的闭环，而不是压在传动轴上，保证了传动轴不受轴向载荷，只受到纯径向载荷，有利于传动轴轴承组合的简化，提高轴承组合的可靠性；

4)柱塞内孔腔为盲孔腔，不需预留静压支承流体通道，既可保证蓄能器有效体积，又可为柱塞外圆开槽安装密封件或密封组合创造了条件，进而可以在相对较大间隙下，实现柱塞腔与柱塞的密封性能，从而提高泵的额定工作压力。

5)当蓄能器为装有硅油的结构时，即使活塞密封不良发生硅油泄漏，因为硅油对水、油等液压介质不仅相容，而且还具有很好的消泡作用，可以大大减少液压介质气泡的产生和气蚀对液压系统的不利影响。同样，微泡或无泡的聚氨脂不仅具有高弹性，而且对油和水具有高度相容性，蓄能缓冲效果有效、可靠。

6)因为上述五点，所以本发明专利有效地吸收了液流脉动、液压冲击，降低噪声，提高了工作压力、启动性能、容积效率和自吸性能，具有更高的比功率和性价比。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

图1是本发明专利的结构图，也是本发明专利的最佳实施例。

图2是图1的M-M向剖视图。

图3是本发明专利中蓄能器实施例之一的结构示意图。

图中各零部件、部位说明：

图1中：

1-后泵盖；2-配流装置；3-泵体；4-缸体；5-蓄能器；6-柱塞；7-回程盘；8-滑靴；9-支承盘；10-斜盘；11-前泵盖；12-传动轴轴承及密封组件；13-传动轴；14-半球铰；15滑靴小孔；16-滑靴凹或凸球面中心；17-压紧弹簧；18-柱塞腔防尘组合；19-柱塞内孔腔；20-平面轴承；21-柱塞密封组合；30-柱基腔；31-柱塞内孔腔小孔段；32-柱塞内孔腔大孔段。

图2中：

22-右油腔；23-右油腔进油孔；24-左油腔进油孔；25-左油腔。

图3中：

30-柱塞腔；45-孔用弹性卡环；41-活塞；42-弹簧；43-硅油；6-柱塞。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明专利包括前泵盖11、后泵盖1，与前泵盖11、后泵盖1以螺栓联接的泵体3；内部均匀分布与自身轴线平行的柱塞腔30的缸体4，缸体4沿传动轴13可以轴向滑动；安装在缸体4与后泵盖1之间的配流装置2；-端与滑靴8球铰接、另一端置于柱塞腔30中的柱塞6，柱塞6内朝配流装置2一侧开有与柱塞腔30相通的柱塞内孔腔19，为盲孔腔；柱塞内孔腔19朝向配流装置一侧有一小孔段31，朝向盲端为一大孔段32，在大孔段内灌注聚胺脂弹性体作为蓄能器5；倾角可调或不可调的斜盘10，斜盘10与滑靴8之间的静压支承20，给予缸体4对配流装置2、拖动柱塞6的滑靴8对斜盘压紧力的压紧弹簧15，前后轴径分别安装在前泵盖11、后泵盖1的传动轴轴承及密封组件12并带动缸体4旋转的传动轴13；在滑靴8与斜盘10之间还有一个可以回转的支承盘9，固定在支承盘9上的各滑靴凹或凸球面中心16均匀分布在一个圆上，该圆的直径等于各柱塞中心圆在斜盘上正投影形成的椭圆的长轴与短轴之和的一半；静压支承20的左油腔25和右油腔22均开在斜盘10上，均为腰形，与配流装置2的腰形窗孔(未画)相对应，即相应地与配流装置的高压、低压腰形窗孔在轴的同一侧，并且分别通过左油腔进油孔25和右油腔进油孔23与外相接。

在图3中，蓄能器5包括装于柱塞内孔腔19的活塞41，活塞41由内孔腔朝向柱塞腔30一侧装有孔用弹簧卡环45进行限位，活塞41与柱塞内孔腔19盲端灌有硅油43，并安装有弹簧42。

当本发明专利将要启动时，由其它压力源如泵或大蓄能器输送流体经带有节流器的孔道、斜盘10上的左油腔进油孔24、右油腔进油孔23分别进入左油腔25和右油腔22，根据支承盘10的受力情况建立起-高-低的压力区，作为静压支承20。当静压支承20工作后，本发明专利启动，传动轴13带动缸体4旋转。由于压紧弹簧17的一方面使缸体4压紧配流装置2和后泵盖1，保证了密封性能，另一方面则通过半球铰14、回程盘7将与柱塞6铰接的滑靴8与支承盘10一起经过静压支承20压紧了斜盘10，因此缸体4在旋转时，就带动了柱塞6相对柱塞腔30内作往复运动，吸入或压出流体，从而实现了泵送功能。

在图1及图3中，当柱塞腔30因压力发生突然升高或降低时时，蓄能器就能吸收或释放能量来抑制压力的突变和液体内空气气泡的产生，从而实现了吸振、降噪和减小气蚀的目的。当压力突然升高时，蓄能器还将部分压力能量转化为热能，由液体冷却带出。

显然，本发明专利也可作液压马达使用，其过程不再赘述。

Claims (10)

1、一种斜盘轴向柱塞泵，包括前泵盖、后泵盖，与前泵盖、后泵盖以螺栓联接的泵体，内部均匀分布与自身轴线平行的柱塞腔的缸体，缸体与后泵盖之间的配流装置，一端与滑靴球铰接、另一端置于柱塞腔中的柱塞，固定在前泵盖或泵体上的倾角可调或不可调的斜盘，斜盘与滑靴之间的平面轴承，给予缸体对配流装置的压紧弹簧、拖动柱塞的滑靴对斜盘压紧力的压紧弹簧，前后轴径分别安装在前泵盖、后泵盖的轴承组件中并带动缸体旋转的主轴；其中柱塞内朝配流装置一侧开有与柱塞腔相通的柱塞内孔腔；柱塞内孔腔内装有蓄能器；在滑靴与斜盘之间还有一个可以回转的支承盘，其特征在于：

固定在支承盘上的各滑靴凹或凸球面中心均匀分布在一个圆上，该圆的直径小于等于各柱塞中心圆的直径，大于等于各柱塞中心圆直径与斜盘最大倾角的余弦值之积；

缸体沿传动轴可以轴向滑动，弹簧一端压在缸体上，另一端通过半球铰、回程盘将所有的滑靴压支承盘上，亦即给予缸体对配流装置的压紧弹簧、拖动柱塞的滑靴对斜盘压紧力的压紧弹簧为同一压紧弹簧；

安装蓄能器的柱塞内孔腔，为在配流装置侧与柱塞腔轴向连通的肓孔腔。

2、如权利要求1所述的一种斜盘轴向柱塞泵，其特征在于：斜盘与滑靴之间的平面轴承为静压轴承或动静压支承；静压轴承或动静压支承所需流体经由斜盘内孔道供应，孔道或外接的管道中具有液阻的节流器；油腔设在斜盘或支承板上。

3、如权利要求1及2所述的一种斜盘轴向柱塞泵，其特征在于：滑靴开有一滑靴小孔连通静压轴承/动静压轴承的油腔和滑靴的凹或凸球面腔。

4、如权利要求1所述的一种斜盘轴向柱塞泵，其特征在于：固定在支承盘上的各滑靴凹或凸球面中心均匀分布在一个圆上，该圆的直径等于各柱塞中心圆的直径加上各柱塞中心圆直径与斜盘最大倾角的余弦值之积的和值的一半。

5、如权利要求1所述的一种斜盘轴向柱塞泵，其特征在于：斜盘沿周向上可以设有两个油腔，分别为高、低压油腔，相应地与配流装置的高压、低压腰形窗孔在轴的同一侧。

6、如权利要求1所述的一种斜盘轴向柱塞泵，其特征在于：蓄能器为装于柱塞内孔腔一小活塞，活塞与内孔腔盲端灌有高压缩性流体，和/或安装有金属弹簧和/或非金属弹簧和/或气体弹簧；活塞由内孔腔朝向配流装置一侧装有孔用弹簧卡环进行限位。

7、如权利要求1及4所述的一种斜盘轴向柱塞泵，其特征在于：活塞与内孔腔盲端安装的金属弹簧为不锈钢等金属的柱状卷曲纤维团。

8、如权利要求1所述的一种斜盘轴向柱塞泵，其特征在于：蓄能器为形状与内孔腔相同的弹性材料或粘弹性阻尼材料。

9、如权利要求1所述的一种斜盘轴向柱塞泵，其特征在于：柱塞内孔腔朝向配流装置一侧有一小孔段，朝向盲端的为一大孔段；蓄能器为与大孔段形状相同的灌注成形的弹性材料或粘弹性阻尼材料。

10、如权利要求1及8所述的一种斜盘轴向柱塞泵，其进一步的特征在于：柱塞小孔段的柱塞外圆上安装有密封件或密封组合，和/或缸体上安装有防尘组合。