CN204140377U - 柱塞泵及柱塞副总成 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种柱塞副总成以及柱塞泵，采用柱塞体、柱塞和柱塞套结构代替现有的金属柱塞副总成，由于柱塞和柱塞套采用特陶材料制成，柱塞副的间隙密封可达到0.001-0.012mm，特陶材料能够保证柱塞副总成的间隙密封效果不受阀芯膨胀的影响，可满足高达450Mpa液压系统的技术要求，而且由于柱塞副采用间隙密封，因此完全可以不用另外的密封材料，直接利用运动件之间的微小间隙起密封作用，所以柱塞副总成简单紧凑，尺寸小。正是因为柱塞副之间有间隙存在，所以柱塞副总成的摩擦力小，发热少，寿命长。

Description

柱塞泵及柱塞副总成

技术领域

本申请涉及一种柱塞泵，尤其是涉及一种柱塞副总成。 

背景技术

柱塞泵是液压系统的一个重要装置，是液压动力元器件。它依靠柱塞在缸体(柱塞孔)中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。 

柱塞泵分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵，以下仅以液体轴向柱塞泵为例进行说明。 

轴向柱塞泵是利用与传动轴平行的柱塞在柱塞体的柱塞孔内往复运动所产生的容积变化来进行工作的。柱塞泵的柱塞往复运动总行程L是不变的，由凸轮或斜盘的升程决定。柱塞每循环的供油量大小取决于供油行程,柱塞泵工作时，在油泵凸轮轴或斜盘上的凸轮及斜度与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞作上、下往复运动，从而完成泵油任务，泵油过程可分为进油和出油两个阶段。 

进油过程：当凸轮的凸起部分或斜盘的轴向高起部分转过去后，在弹簧力的作用下，柱塞向下运动，柱塞上部空间(称为泵油室)产生真空度，当柱塞上端面把柱塞体上的进油孔打开后，充满在油泵上体油道内的液体经油孔进入泵油室，柱塞运动到下止点，进油结束。 

出油过程：当凸轮轴转到凸轮的凸起部分或斜盘的轴向高出部分顶起柱塞滚轮体时，柱塞弹簧被压缩，柱塞向上运动，液体受压，由于柱塞和柱塞体的配合间隙很小，使柱塞顶部的泵油室成为一个密封油腔，柱塞继续上升，泵油室内的油压迅速升高，泵油压力>出油阀弹簧力+高压油管剩余压力时，推开出油阀，高压液压油经出油阀进入高压油管，通过控制阀驱动液压缸。 

柱塞和柱塞体形成一种柱塞副总成，柱塞和柱塞体是一对精密偶件。柱塞体上制有进、回油孔，均与泵上体内低压油腔相通，柱塞体装入泵上体后，应用定位螺钉、丝牙等定位。 

但，现有柱塞和柱塞体均采用金属材料制成，因为柱塞与柱塞体配合间隙很小，柱塞高速往复运动或超高压液压油流经时会产生大量热量，柱塞副总成 因热涨变形使得配合间隙发生局部不均变化，很难保持原有间隙运动，造成局部摩擦，进而更加发热，破坏润滑油膜，严重时造成柱塞副(偶件)拉伤报废，即现有柱塞副总成在高速运动或超高压应用时发热高，噪音大，尤其是在长时间连续工作的重负荷工况中，发热、变形进而拉伤更易发生。这实际上制约了柱塞泵在高速运转、超高压液压系统或重负荷工况中的应用，如需连续工作的冲压机。 

发明内容

本申请提供一种柱塞副总成以及柱塞泵。 

根据本申请的第一方面，本申请提供一种柱塞副总成,包括柱塞体和柱塞，所述柱塞体具有安装腔和柱塞孔，还包括柱塞套，所述柱塞和柱塞套采用特陶材料制成，所述柱塞套具有柱塞腔，所述柱塞套固定于柱塞体的安装腔内，所述柱塞腔与柱塞体上的柱塞孔连通，所述柱塞一端从柱塞孔伸入柱塞腔内，所述柱塞与柱塞腔内壁形成滑动副，并采用间隙密封，所述间隙密封大小为0.001-0.012mm。 

作为所述柱塞副总成的进一步改进，所述间隙密封大小为0.002-0.009mm。 

作为所述柱塞副总成的进一步改进，所述间隙密封大小为0.002-0.004mm。 

作为所述柱塞副总成的进一步改进，所述柱塞外壁上设有至少一条环形槽。 

作为所述柱塞副总成的进一步改进，所述环形槽为两条以上，所述环形槽沿柱塞径向并列设置。 

作为所述柱塞副总成的进一步改进，还包括弹簧托和弹簧，所述弹簧托具有通孔，所述柱塞包括柱塞杆和柱塞帽，所述柱塞杆与柱塞帽固定联接，所述柱塞杆从通孔中穿过，所述柱塞帽卡在弹簧托一侧，所述弹簧抵接在弹簧托和柱塞体之间。 

作为所述柱塞副总成的进一步改进，还包括对柱塞进行导向的导向套，所述导向套一端与弹簧托固定，其另一端套设在柱塞体外壁上。 

本申请还提供了一种柱塞泵，其包括泵体和驱动机构，还包括至少一个如以上任一项实施例所述的柱塞副总成，所述柱塞体密封固定于泵体上，所述柱塞、柱塞体、柱塞套和泵体围合成泵油室，所述泵油室的室壁上具有用于进出油液的油口，所述驱动机构与柱塞配合，驱动柱塞往复移动，改变泵油室的容积大小。 

作为所述柱塞泵的进一步改进，所述驱动机构包括斜盘轴和平面轴承，所述斜盘轴具有倾斜的支撑面，其中所述平面轴承置于支撑面上，所述平面轴承上不随斜盘轴转动的一个端面抵住柱塞。 

作为所述柱塞泵的进一步改进，还包括接头，所述接头包括接头体、螺帽和油管，所述接头体具有中空通道，所述通道一端为锥形孔，所述油管也具有中空通道，所述油管的通道一端具有球面形的头部，所述头部与锥形孔配合，所述锥形孔的内壁上具有一圈球面形的连接部，所述头部与连接部形成球面密封，所述螺帽旋在接头体上，且抵住头部，使头部与接头体紧密配合。 

本申请的有益效果是： 

本申请所提供的柱塞副总成以及柱塞泵中，采用柱塞体、柱塞和柱塞套结构代替现有的金属柱塞副总成，由于柱塞和柱塞套采用特陶材料制成，柱塞副的间隙密封可达到0.001-0.012mm，特陶材料能够保证柱塞副总成的间隙密封效果不受阀芯膨胀的影响，可满足高达450Mpa液压系统的技术要求，而且由于柱塞副采用间隙密封，因此完全可以不用另外的密封材料，直接利用运动件之间的微小间隙起密封作用，所以柱塞副总成简单紧凑，尺寸小。正是因为柱塞副之间有间隙存在，所以柱塞副总成的摩擦力小，发热少，寿命长。 

附图说明

图1为本申请柱塞泵一种实施例的结构示意图； 

图2为本申请柱塞副总成一种实施例的结构示意图； 

图3为本申请接头一种实施例的结构示意图。 

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于本对申请公开内容更清楚透彻的理解。 

实施例一： 

请参考图1，本申请提供一种柱塞泵，其包括补油泵1、高低压分配阀2、吸油螺钉3、压紧螺钉4、出油阀5、吸油阀6、柱塞副总成7、斜盘轴8、推力轴承9、平面轴承10(又称为端面轴承)、壳体11、泵体12、唇形密封圈13、下端盖14、低压溢流阀15、管接头16等。 

吸油螺钉3以螺纹形式安装于泵体12上，起紧固单向阀芯和吸油通道作用。压紧螺钉4以螺纹形式安装于泵体12上，起紧固单向阀芯作用。壳体11以螺钉连接，作用是支撑和泵体12密封的外罩。 

唇型密封圈13安装于密封圈槽中，唇形密封圈13是一种具有自封作用的密封圈，它依靠唇部紧贴密封耦合件表面，阻塞泄露通道而获得密封效果。下端盖以螺钉连接，作用是形成一个密封进油腔。低压溢流阀15直接以螺纹安装于进油腔壁上 

请参考图2，本实施例所示柱塞副总成7包括柱塞体71、柱塞套72和柱塞73，柱塞体71具有安装腔和柱塞孔。 

柱塞73和柱塞套72采用特陶材料制成，柱塞套72具有柱塞腔，柱塞套72固定于柱塞体71的安装腔内，例如可采用热装工艺将柱塞套72固定于安装腔内。 

柱塞腔与柱塞体71上的柱塞孔连通，柱塞73一端从柱塞孔伸入柱塞腔内，柱塞73与柱塞腔内壁形成滑动副，并采用间隙密封，间隙密封大小为0.001-0.012mm。 

柱塞体71密封固定于泵体12上，柱塞73、柱塞体71、柱塞套72和泵体12围合成泵油室，泵油室的室壁上具有用于进出油液的油口。该油口可以为一个，同时作为吸油和出油，通过管接头16分别于吸油管道和出油管道连通；或者也可以如本实施例所示，设置两个油口，分别为吸油口和出油口。 

在吸油口和出油口通道上分别安装单向阀控制通道的通闭。吸油阀6与出油阀5通过在圆周边压软金属垫片，可以实现端面以及侧面同时密封，不需要橡胶等密封，密封可靠。而且无需与锁紧螺纹加工为一体，结构简单，大大降低进出油阀5体的加工难度，提高其精度。这种吸、出油阀5的安装方式，密封效果得到保证，提高了柱塞泵的工作压力等级。 

驱动机构与柱塞73配合，驱动柱塞73往复移动，改变泵油室的容积大小。驱动机构包括斜盘轴8和平面轴承10，斜盘轴8具有倾斜的支撑面，平面轴承10置于支撑面上。由于支撑面是倾斜设置，所以平面轴承10也随之倾斜设置，平面轴承10一端随斜盘轴8转动，另一端不随斜盘轴8转动，该不随斜盘轴8转动的端面抵住柱塞73。 

电机带动斜盘轴88转动，斜盘轴8上除支撑平面轴承10外还设有推力轴承9，用于承受轴向推力。平面轴承10的一端面与斜盘轴8一道作旋转运动， 另一端面不随斜盘轴8转动，但在斜盘轴8转动时产生高低差。该高低差推动柱塞73完成往复运动，挤压泵油室。 

请继续参考图2，在本实施例中，柱塞副总成7还包括弹簧托74和弹簧75，弹簧托74具有通孔。 

柱塞73包括柱塞帽731和柱塞杆732，柱塞杆732从通孔中穿过，柱塞帽731卡在弹簧托74一侧，弹簧75抵接在弹簧托74和柱塞体71之间。 

柱塞73在斜盘轴8转动产生轴向高低差力作用下和弹簧75的作用下，完成往复运动。 

平面轴承10使得现有柱塞帽731与斜盘之间的摩擦运动变为柱塞帽731只承受平面轴承10的碾压力而无相对摩擦力，这大大提高了泵轴运转效率和减小对柱塞帽731的磨损。 

还可在轴端增加两个轴承，替换原来铜套配合，使得斜盘轴8定心得以保证，降低柱塞泵的噪音以及提高柱塞泵的工作寿命。 

工作原理简述如下： 

开机后，电机带动斜盘轴8转动，进而柱塞73做往复运动的同时，斜盘轴8也带动补油泵11运转，补油泵1将油箱中的液压油通过高低压分配阀22不断泵入油路管道或柱塞泵的进油腔，即下端盖与泵体之间的腔体。低压运转时大流量低压油直接进入油路管道供油工作；高压运转时高低压分配阀2的低压通路关闭，补油泵1的油只进入柱塞泵的进油腔，进油腔形成一定额定压力(超过额定压力通过低压溢流阀15进行溢流)。 

补油泵1和高低压分配阀2的使用，使得本泵实现低压大流量，高压小流量的功能。此功能具有重大意义，如将本泵应用与液压机，就可做到空程和回程低压泵大流量供油，快速进给和回位；工作行程慢速大压力工作。这就极大地节约了能源动力，以较小能耗获得同样产品。 

当柱塞73向上(上下方向指图2所示的上下方向)运动时，在进油腔压力和柱塞73抽吸负压的作用下，液压油通过吸油阀6(进油单向阀)进入柱塞腔，此时，出油阀5(与进油单向阀方向相反的出油单向阀)关闭；当柱塞73向下运动时，进油阀关闭，出油阀5打开，柱塞腔(即泵油腔)内的高压油通过出油阀5进入管道，所有柱塞泵泵出的高压油在油管中汇总供出，再通过管接头16与液压缸等执行元器件的管路连接，提供动力液压油。 

由于特陶材料具有优异的工程特性，120℃以下膨胀基本为零,能够保证柱塞 副总成7的间隙密封效果不受阀芯膨胀的影响。而且特陶材料的耐磨度、寿命、硬度、密度、耐压度相对现有金属材料都有大幅提高，可满足高达450Mpa液压系统的技术要求。 

而且还有利于在线配合检测和超精尺寸控制，可以做到柱塞73与柱塞套72的通配。具体说来，现有技术金属柱塞和柱塞体是通过对研加工制成，因此一个柱塞只能配一个柱塞体，不能互换。而本技术所示柱塞副总成7，一个柱塞73可与任一个柱塞套72配合使用，一个柱塞套72也可与任一个柱塞73配合使用，便于更换零部件，适合批量生产。 

同时，特陶材料具有较好的自润滑性，其能应用于各种流体介质，还因为其很好的抗蚀性，可广泛应用到酸碱盐等腐蚀性环境中，如海洋、化工、石油等领域。 

除此之外，柱塞73也可与平面轴承10一体联接，通过两者间的联接力实现往复运动，因此可省去弹簧75这一部件。 

进一步地，还可将间隙密封大小设置在0.002-0.009mm，如0.004mm。 

液压系统压力等级与该泵的流量、柱塞副直径、柱塞副数量、斜盘直径、斜盘倾角、电机大小等有一套组合关系。具体地说，以上几种因素是一个平衡取舍的过程：如果不考虑驱动电机大小变化，流量大小是主要因素，流量减小有利于提高压力等级；减小柱塞副直径、减少柱塞副数量(也相当于减少流量)，有利于提高压力等级；增大斜盘直径、降低斜盘倾角有利于减少推动阻力和偏载力。 

以上几种因素平衡取舍，本柱塞泵适用压强可达到100-450Mpa。100-250Mpa比较容易实现，也比较有实际应用意义，250-450Mpa也可以用本泵实现，但实际用途恐怕是非常特殊的场合。 

本柱塞泵以满足工程用、工作母机用为主要目标，即流量最小不少于2L/min。但，显然也可用于实验、测试等。 

进一步地，为了提高柱塞73的径向压力均布性、减少液压阻力、增加柱塞副的对中性和减少泄漏，柱塞73外壁上设有至少一条环形槽。采用两条以上环形槽时，环形槽沿柱塞73径向并列设置。同时，该环形槽也可起到润滑作用。 

柱塞副总成7还可包括对柱塞73进行导向的导向套，导向套一端与柱塞73固定，其另一端套设在柱塞体71外壁上。导向套3在柱塞体71上半部小间隙配合滑动，用于限制斜盘轴8承端面施与柱塞帽731的侧向力，同时也是特陶 柱塞副保护套。弹簧75在柱塞体71下限位和弹簧托74之间，在斜盘轴8承端面作用下进行压缩复位。柱塞副总成7通过柱塞体71下半部的螺纹，安装在图1所示泵体12上。 

超高压柱塞泵泵出的超高压液压油需输入执行元器件如液压缸方能实际应用，以往超高压液压系统应用很少，只有少量以增压形式实现的超高压系统，但超高压输出管连接一直是个现实问题：软管连接方便，但压力等级有限，不耐用，占地不美观，成本很高；硬管连接成本低，但管接头密封困难，装卸不便，尤其是100Mpa以上超高压液压系统问题非常突出。 

本实施例所提供的管接头16包括接头体161、螺帽162和油管163，接头体161具有中空通道，通道一端为锥形孔，油管163也具有中空通道，油管163的通道一端具有球面形的头部，头部与锥形孔配合，锥形孔的内壁上具有一圈球面形的连接部，头部与连接部形成球面密封，螺帽162旋在接头体161上，且抵住头部，使头部与接头体161紧密配合。 

管接头16是将厚壁低碳钢无缝钢管退火后，进行球头直接模压成型，油管163的球面与连接体1上的圆锥孔在螺帽162的紧固下，形成有效密封。此密封完全适用于450Mp以内液压系统的使用，如适用于100-250Mp以及250-450Mp液压系统。由于基材为退火的无缝管，可任意造型，收放自如，而且装卸很方便，不用任何辅助密封材料，反复多次使用，密封效果不减。 

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。 

Claims (10)

1.一种柱塞副总成,包括柱塞体和柱塞，所述柱塞体具有安装腔和柱塞孔，其特征在于，还包括柱塞套，所述柱塞和柱塞套采用特陶材料制成，所述柱塞套具有柱塞腔，所述柱塞套固定于柱塞体的安装腔内，所述柱塞腔与柱塞体上的柱塞孔连通，所述柱塞一端从柱塞孔伸入柱塞腔内，所述柱塞与柱塞腔内壁形成滑动副，并采用间隙密封，所述间隙密封大小为0.001-0.012mm。 

2.如权利要求1所述的柱塞副总成，其特征在于，所述间隙密封大小为0.002-0.009mm。 

3.如权利要求2所述的柱塞副总成，其特征在于，所述间隙密封大小为0.002-0.004mm。 

4.如权利要求1-3任一项所述的柱塞副总成，其特征在于，所述柱塞外壁上设有至少一条环形槽。 

5.如权利要求4所述的柱塞副总成，其特征在于，所述环形槽为两条以上，所述环形槽沿柱塞径向并列设置。 

6.如权利要求4所述的柱塞副总成，其特征在于，还包括弹簧托和弹簧，所述弹簧托具有通孔，所述柱塞包括柱塞杆和柱塞帽，所述柱塞杆与柱塞帽固定联接，所述柱塞杆从通孔中穿过，所述柱塞帽卡在弹簧托一侧，所述弹簧抵接在弹簧托和柱塞体之间。 

7.如权利要求6所述的柱塞副总成，其特征在于，还包括对柱塞进行导向的导向套，所述导向套一端与弹簧托固定，其另一端套设在柱塞体外壁上。 

8.一种柱塞泵，其包括泵体和驱动机构，其特征在于，还包括至少一个如权利要求1-7任一项所述的柱塞副总成，所述柱塞体密封固定于泵体上，所述柱塞、柱塞体、柱塞套和泵体围合成泵油室，所述泵油室的室壁上具有用于进出油液的油口，所述驱动机构与柱塞配合，驱动柱塞往复移动，改变泵油室的容积大小。 

9.如权利要求8所述的柱塞泵，其特征在于，所述驱动机构包括斜盘轴和平面轴承，所述斜盘轴具有倾斜的支撑面，其中所述平面轴承置于支撑面上，所述平面轴承上不随斜盘轴转动的端面抵住柱塞。 

10.如权利要求9所述的柱塞泵，其特征在于，还包括接头，所述接头包括接头体、螺帽和油管，所述接头体具有中空通道，所述通道一端为锥形孔，所述油管也具有中空通道，所述油管的通道一端具有球面形的头部，所述头部与锥形孔配合，所述锥形孔的内壁上具有一圈球面形的连接部，所述头部与连接部形成球面密封，所述螺帽旋在接头体上，且抵住头部，使头部与接头体紧密配合。