专利名称：柱塞配流轴向柱塞液压泵的制作方法
技术领域：
本实用新型属于容积式泵类，具体涉及一种柱塞配流轴向柱塞液压 泵，特别适用于泵送中高压海水、淡水或其它低粘度液体，并应用于有 低噪声要求的工作场合。
背景技术：
目前广泛应用于各工业部门的液压系统主要采用矿物油为工作介 质，既浪费石油资源，又有易燃、污染环境等缺点。因此，国际上一直 在研制用海(淡)水代替矿物油作为工作介质的液压泵。国内、外最新 研制的海(淡)水泵多采用端面配流及滑靴/斜盘结构，或阀配流及滑靴/斜盘结构。例如丹麦Danfoss公司生产的水介质液压泵和专著《水液压 控希U技术》(Water Hydraulics Control Technology, Erik Trostmann， Marcel Dekkerlnc.， New York, 1996)等介绍的海(淡)水液压泵(马达)均 采用端面配流及滑靴/斜盘结构。滑靴/斜盘结构柱塞泵，柱塞对缸体(缸 套)的径向压力大，作用于柱塞/缸体(缸套)磨擦副的PV值大，加之 海(淡)水的腐蚀性强、润滑性差，因此，这种结构的磨擦副不能用一 般金属材料，主要采用工程陶瓷等特种工程材料及特种加工手段，选材 及加工困难，生产成本高，不利于这类泵的生产制造和推广应用。华中 科技大学所提出的200510018718.4号"海/淡水轴向柱塞液压泵"为阀配 流式柱塞泵，该泵缸体分度圆上均匀设置有柱塞孔，各柱塞孔通过孔道 连通缸体上的吸水口和出水口，柱塞与柱塞孔滑动配合，缸体与泵壳体 刚性连接，曲轴通过支撑轴承安装在泵壳体上；所述曲轴下端与曲轴轴 线成5° 30°锐角、形成端面曲轴；斜盘通过支撑轴承安装在端面曲轴下端的曲拐上；斜盘外侧安装有定位导向滑块，后者与固定于泵壳体上 的导向滑槽沿轴向滑动配合；斜盘通过球头连杆与柱塞活动连接，连杆 一端的万向球铰安装在斜盘的分度圆上，连杆另一端的万向球铰与柱塞 相连；该阀配流式柱塞泵由于配流阀的长期高速撞击，存在噪音较大的 缺点，在需要低噪音的场合难以适用。发明内容本实用新型提供一种柱塞配流轴向柱塞液压泵，针对现有技术存在 的缺点，改变现有结构，尽可能减少在海水或淡水介质中工作的磨擦副， 并大大减少磨擦副的PV值，从而降低对磨擦副材料性能的要求，提高海 淡水柱塞泵的机械效率、输出流量和压力，降低海水或淡水柱塞泵的噪 声和体积。本实用新型的一种柱塞配流轴向柱塞液压泵，缸体分度圆上均匀设 置有柱塞孔，各柱塞孔通过孔道连通缸体上的吸水口和出水口，柱塞与 柱塞孔滑动配合，缸体与泵壳体刚性连接，曲轴通过支撑轴承安装在端 盖上；所述曲轴下端与曲轴轴线成5。 30°锐角、形成端面曲轴；斜盘 通过支撑轴承安装在端面曲轴下端的曲拐上；斜盘外侧安装有定位导向 滑块，后者与固定于泵壳体上的导向滑槽沿轴向滑动配合；斜盘通过球 头连杆与柱塞活动连接，连杆一端的万向球铰安装在斜盘的分度圆上， 连杆另一端的万向球铰与柱塞相连；其特征在于所述柱塞为阶梯轴式的滑阀，其两端直径大于腰部直径；柱塞孔有4 XN个，N为自然数；各柱塞孔邻近开有与其平行的辅助孔，辅助孔与 对应的柱塞孔在腰部通过工艺孔连通；各柱塞孔的端部与相邻90°的柱塞 孔所对应的辅助孔端部通过螺旋槽连通。所述的柱塞配流轴向柱塞液压泵，其特征在于所述缸体的柱塞孔 或柱塞套上安装有两道密封圈，将缸体柱塞孔中的海/淡水介质与泵壳体 内的润滑油可靠地隔离开。本实用新型工作时，输入转速和转矩使曲轴以曲轴轴线为中心线作 回转运动，同时，曲轴所形成的端面曲轴的曲拐中心线作以曲拐中心线 和曲轴轴线的交点为顶点、以曲拐中心线为素线的圆锥面运动，曲拐与 支撑轴承和导向滑块联合作用，使斜盘只能作以顶点为中心的球面摆动， 斜盘与缸体和泵壳体之间无相对转动；因此，在斜盘的分度圆周上能够 安装一组球头连杆分别与缸体分度圆周上一组柱塞相连，球头连杆连接 斜盘和柱塞，斜盘的摆动拉动或推动柱塞作往复运动，完成吸水或压水动作；各柱塞吸水的时候，缸孔通过相邻90。柱塞的腰部阀口与进水口相 通、与出水口隔开密封；各柱塞压水的时候，缸孔通过相邻90。柱塞的腰 部阀口与出水口相通、与进水口隔开密封。每个柱塞和其相邻90度的柱 塞配合，完成配流任务，例如，当柱塞孔为8个时，有4个柱塞配合排 水时，另外4个柱塞配合吸水。序号为奇数的4个柱塞组成一个工作环 节，序号为偶数的4个柱塞为另外一个工作环节，其配流原理相同。斜 盘旋转一周，每一个柱塞完成吸水和排水各一次。 本实用新型具有以下优点(1) 、本实用新型采用油水分离式结构，在缸体的柱塞孔和柱塞之 间采用两道密封圈形成组合密封圈结构，第一道密封圈将润滑油和泄漏 水隔离开，在第一道密封圈和第二道密封圈之间形成泄漏水存放区，泄 漏水经泄水孔流到泵体外；由于泄漏水无压力，流量很小，因此可大大提高密封圈效果。(2) 、本实用新型取消了斜盘/滑靴平面磨擦副，且使绝大多数运动 磨擦副及所有轴承处于油润滑状态，避免了滚动轴承在水中很快失效的严重问题，工作可靠性及寿命大为提高。在海(淡)水介质中工作的柱塞与缸体柱塞孔(或柱塞套)这一对关键磨擦副的PV值很小，仅仅是斜 盘/滑靴式结构的6%左右，因此可以降低对磨擦副材料的要求，即降低了 制造的难度和生产成本。大斜盘倾斜角度，可使柱塞行程增大，提高泵 的额定输出流量。(3) 、本实用新型采用柱塞阀口配流的方式，由于柱塞始终处于运 动中，因而污染物不易卡在磨擦副中，具有良好的抗污染性能。采用柱 塞配流结构代替阀配流结构，避免了配流阀高速开启和关闭带来的撞击 噪音，非常适用于需要低噪音水泵的场合。(4) 、本实用新型能泵送中高压海(淡)水及其它低粘度液体，同 时也能泵送矿物油。与离心式、轴流式水泵相比，具有输出压力高、流 量大、体积小、重量轻等优点，特别是离心泵、轴流泵具有输出流量随 输出压力增加而急剧下降的特性，而本实用新型具有输出流量基本上不 随输出压力增加而改变的突出优点；与卧式径向柱塞式水泵相比，本实 用新型具有体积小、重量轻、噪声低的突出优点；与阀配流柱塞泵相比 也具有噪声更低的优点。(5) 、本实用新型适用于泵送海(淡)水及其它低粘度液体的场合， 如用作水下航行器中高压喷射推进装置的动力部件，船舶水液压传动系 统或抽排水系统的动力部件，水下液压作业工具系统的动力部件，冶金、 煤炭行业低粘度及难燃介质液体液压传动及控制系统的动力部件，中高 压细水雾灭火系统的动力部件等。
图1、本实用新型的一个实施例结构示意图； 图2、柱塞孔与端面腰形槽沟通示意图；图3、第一阶段第二柱塞和第六柱塞工作位置及方向示意图；图4、第一阶段第四柱塞和第八柱塞工作位置及方向示意图； 图5、第二阶段第二柱塞和第六柱塞工作位置及方向示意图； 图6、第二阶段第四柱塞和第八柱塞工作位置及方向示意图； 图7、第三阶段第二柱塞和第六柱塞工作位置及方向示意图； 图8、第三阶段第四柱塞和第八柱塞工作位置及方向示意图； 图9、第四阶段第二柱塞和第六柱塞工作位置及方向示意图； 图10、第四阶段第四柱塞和第八柱塞工作位置及方向示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施状态进一步说明 图1所示为本实用新型的一个实施例，采用端面螺旋斜盘连杆曲轴 轴向柱塞式结构。曲轴10通过圆锥滚子轴承9安装在端盖11上，曲轴的曲拐8的轴线与曲轴10轴线成25°锐角；斜盘6通过角接触轴承7安 装在曲轴的曲拐8上；斜盘6上安装有导向定位滑块12，导向定位滑块 12在固定于泵壳体2上的导向滑槽13中沿轴向来回滑动；其中一组球头 连杆5的一头安装在斜盘6的分度圆上，球头连杆的另一球头与柱塞4 相连；两边球头所形成的球铰均采用组合式球窝限位；柱塞在缸体分度 圆上的柱塞孔中沿轴向往复运动完成吸水、压水功能；各柱塞吸水的时 候，缸孔通过相邻90。柱塞的腰部18与进水口 16相通、与出水口 3隔开 密封；各柱塞压水的时候，缸孔通过相邻90。柱塞的腰部与出水口 3相通、 与进水口 16隔开密封。缸体1与泵壳体2刚性联接，两者之间无相对运 动；在缸体1的柱塞孔上可以安装第一道密封圈14和第二道密封圈15， 第一道密封圈将润滑油和泄漏水隔离开，在第一道密封圈和第二道密封 圈之间形成泄漏水存放区17，泄漏水经泄水孔19流到泵体外；通过这两 道密封圈将缸体柱塞孔中的海/淡水介质与泵壳体内的润滑油可靠地隔离 开。图2为柱塞孔与端面腰形槽沟通示意图，本实施例中，柱塞孔为8 个，泵壳端面为螺旋槽结构。该柱塞泵的缸体端面螺旋槽结构配合柱塞 孔和柱塞起配流作用，螺旋槽作为高低压流道。各柱塞位于相应柱塞孔 中，各柱塞孔邻近开有与其平行的辅助孔，辅助孔与对应的柱塞孔在腰部(缸体中部)通过工艺孔连通；各柱塞孔的端部与相邻90。的柱塞孔所 对应的辅助孔端部通过螺旋槽连通。本实例中，第一柱塞孔20的腰部通 过第一工艺孔21和第一辅助孔22相通，第一辅助孔22通过端部的第一 螺旋槽23与逆时针相邻90。的第三柱塞孔27的端部相通。第二柱塞孔 24在腰部通过第二工艺孔25与第二辅助孔26相通，第二辅助孔26通过 第四螺旋槽28与逆时针相邻90。的第四柱塞孔29的端部相通。其它柱塞 孔、辅助孔、螺旋槽和工艺孔的连通方式与上相同；图中第二螺旋槽 34、第八工艺孔35、第四工艺孔36、第四辅助孔37、第六螺旋槽38、 第六柱塞孔39、第六工艺孔40、第六辅助孔41、第八辅助孔42、第八 柱塞孔43、第八螺旋槽44。图3 图IO为柱塞相互配流原理示意图，曲轴旋转一周，柱塞泵的 工作经过4个阶段1.第1阶段，如图3、图4所示，第二柱塞30处于右极位，第六柱 塞31处于左极位，第四柱塞32、第八柱塞33处于中间位置。当曲轴运 转时，第二和第八柱塞向左运动，第四、第六柱塞向右运动，此时，第 二柱塞孔左端容腔液体受压，其受压液体通过第二螺旋槽34进入图2所 示的第八辅助孔42，然后通过第八工艺孔35进入第八柱塞33的腰部与 出水口相通，第二柱塞开始压水；第八柱塞左端容腔液体受压，受压液 体通过第八螺旋槽44进入第六辅助孔41 ，然后经过第六工艺孔40流入 第六柱塞31的腰部与出水口相通，第八柱塞压水；第六柱塞向右运动中， 第六柱塞左端容腔体积增大，此时液体从吸水口通过第四柱塞的腰部流 入第四工艺孔36中，然后通过第四辅助孔37进入第六螺旋槽38，从而液体进入六柱塞左端容腔，第六柱塞开始吸水；第四柱塞向右运动的过 程中，其左端容腔体积逐渐增大，此时液体从吸水口通过第二柱塞的腰 部流入第二工艺孔25中，然后通过第二辅助孔26进入第四螺旋槽28中， 从而进入第四柱塞的左端容腔，第四柱塞开始吸水。在第n个周期和1/4 十n个周期之间，第二和第八柱塞压水，第四和第六柱塞吸水。2. 第2阶段，如图5、图6所示，第二柱塞30和第六柱塞31处于 中位，第四柱塞32处于右极位、第八柱塞33处于左极位。第二和第四 柱塞向左运动，第六、第八柱塞向右运动，此时，第二柱塞孔左端容腔 液体受压，其受压液体通过第二螺旋槽34进入第八辅助孔42，然后进入 第八工艺孔35在第八柱塞33的腰部与出水口相通，第二柱塞压水；第 四柱塞左端容腔液体受压，受压液体通过第四螺旋槽28进入第二辅助孔 26，然后经过第二工艺孔25流入第二柱塞30的腰部与出水口相通，第 四柱塞压水；第六柱塞向右运动中，第六柱塞左端容腔体积增大，此时 液体从吸水口通过第四柱塞的腰部流入第四工艺孔36中，然后通过第四 辅助孔37进入第六螺旋槽38，从而液体进入六柱塞左端容腔，第六柱塞 开始吸水；第八柱塞向右运动的过程中，其左端容腔体积逐渐增大，此 时液体从吸水口通过第六柱塞的腰部流入第六工艺孔40中，然后通过第 六辅助孔41进入第八螺旋槽44中，从而进入第八柱塞的左端容腔，第 八柱塞开始吸水。在第1/4+n个周期和1/2+n个周期之间，第二和四柱 塞压水，第六和八柱塞吸水。3. 第3阶段，如图7和图8所示，原理同上，在第l/2+n个周期和 n+3/4个周期之间，第四和第六柱塞向左运动，第二和第八柱塞向右运 动，此时第四和第六柱塞压水，第二和第八柱塞吸水。4. 第4阶段，如图9和图10所示，在第3/4+n个周期和n+l个周 期之间，第二和第四柱塞向右运动，第六柱塞和第八柱塞向左运动，此 时，第六柱塞和第八柱塞压水，第二和第四柱塞吸水。经过这段时间后各柱塞返回到图3所示位置，柱塞泵完成一周期工作。第一、三、五、 七柱塞和第二、四、六、八柱塞的配流工作原理相同。在上述说明的基础上，显然还可以做出其他形式的变动，如曲轴左端与曲轴轴线夹角、柱塞数目的变化，这里是指数目为4的整数倍，其次采用滑鞋式结构，但仍是端面螺旋结构，或者端面非螺旋结构，但各个孔的连同方式不变，最后仍为4N柱塞相位配流，柱塞为滑阀式结构， 不管其运动结构如何变化，或者是采用全水润滑，只要具有相同的相位 配流都属于本权利的保护范围。
权利要求1.一种柱塞配流轴向柱塞液压泵，缸体分度圆上均匀设置有柱塞孔，各柱塞孔通过孔道连通缸体上的吸水口和出水口，柱塞与柱塞孔滑动配合，缸体与泵壳体刚性连接，曲轴通过支撑轴承安装在端盖上；所述曲轴下端与曲轴轴线成5°～30°锐角、形成端面曲轴；斜盘通过支撑轴承安装在端面曲轴下端的曲拐上；斜盘外侧安装有定位导向滑块，后者与固定于泵壳体上的导向滑槽沿轴向滑动配合；斜盘通过球头连杆与柱塞活动连接，连杆一端的万向球铰安装在斜盘的分度圆上，连杆另一端的万向球铰与柱塞相连；其特征在于所述柱塞为阶梯轴式的滑阀，其两端直径大于腰部直径；柱塞孔有4×N个，N为自然数；各柱塞孔邻近开有与其平行的辅助孔，辅助孔与对应的柱塞孔在腰部通过工艺孔连通；各柱塞孔的端部与相邻90°的柱塞孔所对应的辅助孔端部通过螺旋槽连通。
2. 如权利要求l所述的柱塞配流轴向柱塞液压泵，其特征在于所 述缸体的柱塞孔或柱塞套上安装有两道密封圈，将缸体柱塞孔中的海/淡 水介质与泵壳体内的润滑油可靠地隔离开。
专利摘要柱塞配流轴向柱塞液压泵，属于容积式泵类，针对现有技术缺点，减少在海淡水中工作的磨擦副及其PV值，降低对磨擦副材料要求，提高效率，降低噪声和体积。本实用新型缸体分度圆上设置柱塞孔，各柱塞孔连通缸体的吸水、出水口，柱塞与柱塞孔滑动配合，曲轴通过轴承安装在端盖上，安装在曲轴的曲拐上的斜盘通过球头连杆与柱塞活动连接，所述柱塞为阶梯轴式滑阀；柱塞孔有4×N个；各柱塞孔邻近开有辅助孔，辅助孔与对应的柱塞孔在腰部通过工艺孔连通；各柱塞孔的端部与相邻90°的柱塞孔所对应的辅助孔端部通过螺旋槽连通。本实用新型结构紧凑、性能稳定、噪音低、流量大，适用于以海/淡水和其它低粘度的液体传输、或者作为液压传动系统的动力部件。
文档编号F04B53/00GK201218170SQ20082006711
公开日2009年4月8日 申请日期2008年5月12日 优先权日2008年5月12日
发明者刘银水, 唐群国, 曹树平, 朱玉泉, 朱碧海, 李晓晖, 罗小辉, 胡军华, 贺小峰, 黄国勤 申请人:华中科技大学