CN208734500U - 一种径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于柱塞液压泵领域，并具体公开了一种径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵，包括电机组件和液压泵组件，电机组件包括电机外壳、设于电机外壳两端的左端盖和右端盖及设于电机外壳内部的电机定子和电机转子；液压泵组件包括缸体、左斜盘、右斜盘，缸体与电机外壳同轴设置，其两端通过滚动轴承与左右端盖可转动配合，缸体与电机转子相连，左斜盘和右斜盘分别固定安装在左端盖和右端盖上，并且分别通过左、右柱塞往复组件与均匀分布在缸体内部左、右端面上的柱塞孔相配合；左斜盘和右斜盘与缸体内壁接触部位设置有径向力平衡件。本实用新型可有效平衡滚动轴承所受的径向力，减少轴承磨损，提高寿命，具有转速高、流量大等优点。

Description

一种径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵

技术领域

本实用新型属于柱塞液压泵领域，更具体地，涉及一种径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵。

背景技术

液压泵主要有三种形式，即齿轮泵、叶片泵、柱塞泵，其中柱塞泵因其可实现高压传动，变量型式丰富，能实现变量的智能化与网络化，在结构上可与任何其他形式泵组合，易获大流量高转速，便于布置、总效率高等优势而越来越受到关注。

现有技术中已经公开了诸多结构的柱塞泵，例如专利CN102135082B公开的一种双斜盘液压电机柱塞泵，CN104791210B公开的一种双斜盘柱塞式变量泵，CN102619720B公开的一种柱塞式电机泵等，上述现有的柱塞泵一般均包括外壳、电机、端盖、柱塞、斜盘、支撑轴承等，这些是柱塞泵的常规机构组件。然而，为了实现高压传动，柱塞泵在使用过程中其回转部件的支撑轴承往往承受较大轴向和径向载荷，导致轴承磨损严重，最终使液压泵无法工作。与此同时，随着机械设备的发展、对海洋资源的开发及环境的保护，人们希望直接使用海水作为液压传动介质以防止液压油对海洋环境的污染。然而水液压柱塞泵目前面临着噪声大、容积效率低、寿命短等问题，其关键影响因素之一就是由于海水粘度低且腐蚀性强，泵中回转部件的支撑轴承无法形成良好润滑且海水会对轴承金属材料产生腐蚀磨损，加上在高压传动过程中，支撑轴承承受载荷很高，轴承使用寿命大大降低，最终导致水液压泵无法正常工作。

可见，如何降低高压传动过程中柱塞泵回转部件的支撑轴承所受的轴向力和径向力，提高轴承使用寿命，是柱塞泵领域亟待解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵，其通过在两斜盘与缸体内壁接触部位设置径向力平衡件，可有效平衡缸体两端滚动轴承所受的径向力，减少轴承磨损，提高轴承使用寿命，具有转速高、流量大、功率密度高等优点。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵，其包括电机组件和液压泵组件，其中：

所述电机组件包括电机外壳、设于电机外壳两端的左端盖和右端盖以及设于电机外壳内部的且相互配合的电机定子和电机转子；

所述液压泵组件包括缸体、左斜盘和右斜盘，所述缸体设于电机外壳内部，且与电机外壳同轴设置，其两端通过滚动轴承分别与左端盖和右端盖实现可转动配合，该缸体与电机转子相连以实现同步转动，所述左斜盘和右斜盘对称设置，且分别固定安装在左端盖和右端盖上，所述左斜盘通过左柱塞往复组件与均布在缸体内部左端的柱塞孔相配合，所述右斜盘通过右柱塞往复组件与均布在缸体内部右端的柱塞孔相配合，缸体内部左右两端的柱塞孔一一对应以形成多个柱塞对；

所述左斜盘和右斜盘的外表面与缸体的内壁面接触，所述左斜盘和/或右斜盘与缸体内壁面接触部位设置有用于平衡滚动轴承所受径向力的径向力平衡件。

作为进一步优选的，所述径向力平衡件嵌装在左斜盘和/或右斜盘的最厚处。

作为进一步优选的，所述径向力平衡件的上表面位于左斜盘和/或右斜盘内部，所述径向力平衡件的下表面与缸体内壁面接触。

作为进一步优选的，所述径向力平衡件内部开设有引油通道及与引油通道连通的引油孔，该径向力平衡件的上表面上开设有与引油通道导通的上凹槽，下表面上开设有与引油通道导通的下凹槽，所述上凹槽内装设有弹簧。

作为进一步优选的，所述下凹槽的底面面积小于径向力平衡件的上表面面积。

作为进一步优选的，所述左斜盘和右斜盘的倾斜角度相同。

作为进一步优选的，所述缸体两端的滚动轴承为大尺寸滚动轴承，其内径为170mm，外径为260mm，宽度为42mm。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本实用新型的左、右斜盘与缸体接触面之间设置有径向力平衡件，该径向力平衡件可平衡绝大部分缸体两侧支撑滚动轴承所受径向力，减少轴承磨损，提高轴承使用寿命。

2.本实用新型采用双斜盘对称结构，左右斜盘倾角相同，可以很好地抵消掉斜盘对缸体的轴向载荷，使滚动轴承不受轴向载荷，进一步减少轴承磨损，提高轴承使用寿命。

3.本实用新型的缸体两端使用大尺寸滚动轴承，摩擦阻力小且有优越的启动性能和承载能力，保证运行稳定、便于维护，提高工作效率。

4.本实用新型中液压泵部分可以拆卸下来改装后单独与普通电机相连，作为普通液压泵使用。

5.本实用新型设计的径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵具有转速高、流量大、功率密度高等优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵的剖视图；

图2是本实用新型的径向力平衡件的三维图；

图3是本实用新型的径向力平衡件的剖视图；

图4是本实用新型的左斜盘和径向力平衡件的受力分析图；

图5是本实用新型实施例提供的径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵的三维截面视图；

图中：1-左端盖，2-电机外壳，3-滚动轴承，4-径向力平衡件，5-缸体，6-电机定子，7-电机转子，8-右端盖，9-右斜盘，10-右球铰，11-右柱塞，12-压出阀，13-吸入阀，14-左柱塞，15-左球铰，16-左斜盘。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵，其包括电机组件和液压泵组件，其中，电机组件包括电机外壳2、设于电机外壳2两端的左端盖1和右端盖8、设于电机外壳2内部的且相互配合的电机定子6和电机转子7。

如图1所示，液压泵组件包括缸体5、左斜盘16、左柱塞往复组件、右斜盘9和右柱塞往复组件，缸体5设于电机外壳2内部，且位于电机外壳2的中心轴线上，即缸体5的中心轴线与电机外壳2的中心轴承重合，也即两者同轴设置，缸体5的两端通过滚动轴承3支撑，以通过滚动轴承分别与左端盖1和右端盖8实现可转动配合，该缸体5穿过电机转子7，并与电机转子7通过键相连以实现同步转动，左斜盘16和右斜盘9分别固定安装在左端盖1和右端盖8上，并且左斜盘16和右斜盘9的外壁面与缸体 5的内壁面接触，该左斜盘16和右斜盘9分别通过对应的左柱塞往复组件和右柱塞往复组件与均匀分布在缸体5内部左右两端面上的柱塞孔相配合，左右两端面上的各柱塞孔一一对应以形成多个柱塞对；左斜盘16和右斜盘9与缸体5内壁接触部位设置径向力平衡件4，通过该径向力平衡件4可有效平衡缸体两端的滚动轴承3所受的径向力。

如图2-4所示，径向力平衡件4嵌装在斜盘(左斜盘16和右斜盘9) 最厚处与缸体接触的部位内，该径向力平衡件4的上表面46面向斜盘内部表面，其作为上支撑面，该上支撑面(即径向力平衡件4的上表面46)的面积为S₁，该径向力平衡件4的下表面与缸体内壁面接触。

具体的，如图2和3所示，径向力平衡件4内部开设有引油通道41以及与引油通道41连通的引油孔42，通过引油孔42可将外界的高压油(高压液)引流至引油通道中，该径向力平衡件4的上表面上开设有上凹槽43，下表面上开设有下凹槽44，上凹槽43及下凹槽44均与引油通道导通，其中上凹槽面向斜盘，其内装设有弹簧45，该弹簧处于压缩状态，其用于提供预紧力，将径向力平衡件顶在缸体的内壁上，防止径向力平衡件晃动，下凹槽面向缸体内壁面，该下凹槽的底面47的面积为S₂。具体的，由于弹簧预紧力以及旋转离心力的作用，径向力平衡件顶在缸体的内壁上，使得径向力平衡件上表面有一定间隙，因此由引油通道引流至径向力平衡件上表面的高压油作用在径向力平衡件整个上表面，在上表面间隙形成一定厚度的油膜，而由于径向力平衡件下表面被顶在缸体内壁上，其与缸体内壁之间没有间隙，难以形成油膜，因此本实用新型在其下表面加工下凹槽，使高压油在下凹槽形成油膜。更为具体的，使得S₁＞S₂，由此使得高压油对径向力平衡件上表面的作用力大于对下表面的作用力，进而产生方向由上表面指向下表面的合力F，该合力F的方向正好与斜盘所受径向力F_r方向相反，以此抵消径向力。

如图3所示，径向力平衡件4的具体工作原理为：在缸体转动过程中，外界高压油经引油孔送入引油通道中，高压油经引油通道进入径向力平衡件的上、下凹槽，并在上支撑面与斜盘内部之间形成上高压油面，在下凹槽与缸体内壁面之间形成下高压油面，该上高压油面对径向力平衡件产生向下的作用面积为的S₁力，在下凹槽与缸体内壁面之间的高压油对径向力平衡件产生向上的作用面积为的S₂力，由于S₁＞S₂，使得两者的综合作用力向下，以此对缸体5产生一个向下的作用力F，并且可根据电机泵排出传动介质压力大小调节通入高压油的压力，进而平衡绝大部分斜盘9、16对缸体5的径向作用力Fr，降低滚动轴承3所受径向力。即当径向力平衡件4 内通入高压油时，由于径向力平衡件上表面作用于径向力平衡件的面积大于下凹槽作用的面积，使得径向力平衡件会紧紧压在缸体的内壁上，封住下腔液体，因此径向力平衡件及下凹槽内的高压油会给缸体一个向下的合力，平衡绝大部分斜盘对缸体产生的径向作用力，进而降低缸体两端支撑滚动轴承所受径向力。

如图4所示，图中，A为斜盘固定端，B为柱塞滑靴组件工作面，径向力平衡件的液压支撑合力F＝p(S₁-S₂)-f，式中：S₁为上支撑面面积，S₂为下凹槽底部面积，p为高压油压力，f为弹簧预压缩力。斜盘所受径向力 F_r＝2tanβA₀∑p_i，式中：β为斜盘倾角，A₀为单个柱塞面积，p_i为单个柱塞腔内的压力，i为缸体一端的柱塞腔序号，例如缸体左端设有13个柱塞腔，那么i的最大值为13，i＝13时即为第13个柱塞腔，液压支撑合力F与斜盘所受径向力F_r方向相反，通过通入高压油，使液压支撑合力F平衡径向力F_r。

具体的，左斜盘16和右斜盘9对称布置，且倾斜角度相同，使得左斜盘16和右斜盘9对缸体5的轴向作用力Fa相互抵消，从而使支撑缸体5 的滚动轴承3不承受轴向力Fa。

进一步的，缸体5两端的滚动轴承3为大尺寸滚动轴承，其内径为170mm，外径为260mm，宽度为42mm，缸体5两端使用大尺寸滚动轴承3，大尺寸滚动轴承3相比现有使用的普通轴承能承受较大径向载荷，摩擦阻力小且有优越的启动性能和承载能力，保证运行稳定、便于维护。

更为具体的，左柱塞往复组件包括左回程机构和多个与均布在缸体内部左端的多个柱塞孔配合的左柱塞14，左回程机构包括回程盘和左球铰15，回程盘与左斜盘相连，并与多个左柱塞14滑动配合，左球铰15为中空结构，头部为圆弧形，左球铰设于缸体左端，其头部与回程盘铰合，每个左柱塞与每个柱塞孔进行装配。右柱塞往复组件结构与左柱塞往复组件结构相同，包括右回程机构和多个与均布在缸体内部右端的多个柱塞孔配合的右柱塞11，右回程机构包括回程盘和右球铰10，回程盘与右斜盘相连，并与多个右柱塞11滑动配合，右球铰10为中空结构，头部为圆弧形，右球铰设于缸体右端，其头部与回程盘铰合，每个右柱塞与每个柱塞孔进行装配，缸体左右两端的各柱塞一一同轴对应，形成多个柱塞对，缸体上对应每对柱塞对还设置有与柱塞孔导通的吸入阀13和压出阀12，用于工作介质进入缸体和排出缸体，其中吸入阀与缸体左端柱塞孔导通，压出阀与缸体右端柱塞孔导通。当电机通电启动，电机转子7带动缸体5同步旋转运动，在两斜盘9、16和回程盘机构10、15的强制作用下各柱塞对做周期性往复运动，使柱塞孔容积发生周期性变化，使得对应的吸入阀和吸出阀交替启闭，通过吸入阀将缸体左侧工作介质吸至柱塞腔，并通过压出阀将工作介质从柱塞腔压至缸体右侧，以此完成柱塞泵的吸入与压出过程。上述柱塞泵的工作原理是本领域的常规技术，因此，柱塞往复组件不限于上述限定的结构，任何可以实现上述工作过程的结构均适用于本实用新型。

下面对本实用新型的径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵的工作过程进行说明，参见图5，电机在接通电源后，电机转子7通过键联接带动缸体 5作顺时针旋转运动，在两斜盘9、16以及左右回程机构10、15的共同作用下，各柱塞对在柱塞孔中完成周期性往复运动，使得各个柱塞孔形成高低交替的压力场；随着缸体5的旋转，当柱塞腔容积不断扩大，处于低压力场时，配流阀组的吸入阀13阀芯向上打开，传动介质从左端吸入口流入对应的柱塞腔，完成柱塞泵的吸入过程；随着缸体5的继续旋转，当完成吸入动作的柱塞腔容积不断缩小，处于高压力场时，吸入阀13阀芯向下关闭并压紧，传动介质从柱塞腔经压出阀12从压出口压出，实现柱塞泵的压出动作。在转动过程中，径向力平衡件4通入高压油(高压液)，对缸体5 产生一个向下的作用力F，进而平衡绝大部分斜盘9、16对缸体5的径向作用力Fr，降低滚动轴承3所受径向力。

本实用新型结构紧凑，采用径向力平衡件解决了以往液压泵径向负载大、轴承磨损严重等问题，采用滚动轴承方式可以有效减少摩擦损耗，且工作介质可以对电机泵整体进行强制对流冷却。本实用新型采用双斜盘结构以及径向力平衡件可以有效改善支撑缸体的滚动轴承受力状况，关键部位耐海水腐蚀。因此，本实用新型的液压泵既可以用液压油，也可以用淡水或者海水等介质作为传动介质，适用于海洋水下作业。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵，其特征在于，包括电机组件和液压泵组件，其中：

所述电机组件包括电机外壳(2)、设于电机外壳(2)两端的左端盖(1)和右端盖(8)以及设于电机外壳(2)内部的且相互配合的电机定子(6)和电机转子(7)；

所述液压泵组件包括缸体(5)、左斜盘(16)和右斜盘(9)，所述缸体(5)设于电机外壳(2)内部，且与电机外壳(2)同轴设置，其两端通过滚动轴承(3)分别与左端盖(1)和右端盖(8)实现可转动配合，该缸体(5)与电机转子(7)相连以实现同步转动，所述左斜盘(16)和右斜盘(9)对称设置，且分别固定安装在左端盖(1)和右端盖(8)上，所述左斜盘(16)通过左柱塞往复组件与均布在缸体(5)内部左端的柱塞孔相配合，所述右斜盘(9)通过右柱塞往复组件与均布在缸体(5)内部右端的柱塞孔相配合，缸体内部左右两端的柱塞孔一一对应以形成多个柱塞对；

所述左斜盘(16)和右斜盘(9)的外表面与缸体(5)的内壁面接触，所述左斜盘(16)和/或右斜盘(9)与缸体(5)内壁面接触部位设置有用于平衡滚动轴承(3)所受径向力的径向力平衡件(4)。

2.如权利要求1所述的径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵，其特征在于，所述径向力平衡件(4)嵌装在左斜盘(16)和/或右斜盘(9)的最厚处。

3.如权利要求2所述的径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵，其特征在于，所述径向力平衡件(4)的上表面位于左斜盘(16)和/或右斜盘(9)内部，所述径向力平衡件(4)的下表面与缸体内壁面接触。

4.如权利要求1所述的径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵，其特征在于，所述径向力平衡件(4)内部开设有引油通道(41)及与引油通道(41)连通的引油孔(42)，该径向力平衡件(4)的上表面上开设有与引油通道导通的上凹槽(43)，下表面上开设有与引油通道导通的下凹槽(44)，所述上凹槽内装设有弹簧(45)。

5.如权利要求4所述的径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵，其特征在于，所述下凹槽的底面(47)面积小于径向力平衡件(4)的上表面面积。

6.如权利要求1所述的径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵，其特征在于，所述左斜盘(16)和右斜盘(9)的倾斜角度相同。

7.如权利要求1所述的径向力平衡双斜盘柱塞式液压电机泵，其特征在于，所述缸体(5)两端的滚动轴承(3)为大尺寸滚动轴承，其内径为170mm，外径为260mm，宽度为42mm。