专利名称：一种全水润滑阀配流柱塞水泵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及容积式水压泵技术领域，具体涉及一种阀配流柱塞式水压泵。
背景技术：
随着世界能源危机的出现及人们环保意识的提高，以及水介质本身所具有的特殊理化特性，使得水液压技术在许多领域(如水下作业，救援灭火，食品加工等)具有油压系统无法比拟的优势，从而使得水液压技术获得了极大的重视，并且得到了快速的发展。 水液压泵是水液压系统中的关键动力元件，是水液压系统的心脏，其性能优劣直接决定着整个水液压系统的性能优劣。目前国际上阀配流的水液压柱塞泵主要有如下两种结构型式第一种是油水分离阀配流结构。如美国Delaware大学、日本三菱重工及我国华中科技大学相继研发的水液压泵等，这种结构采用配流阀配流，主要摩擦副(如柱塞球头/滑靴球窝、滑靴靴底/斜盘、各类轴承等)均采用油(脂)润滑，需要采取措施将工作介质水和润滑油(脂)隔开，密封结构较为复杂，泵的寿命主要取决于密封圈的寿命，而且油(脂)的泄漏极易造成产品和环境的污染。此类泵是水液压技术发展初期的一种技术过渡，暂时用于解决水润滑摩擦副材料短缺的难题。第二种是全水润滑阀配流结构。这种结构是在第一种结构的基础上发展起来的，主要摩擦副直接采用水润滑，但是由于受结构限制，受力状况比较恶劣，润滑条件比较差，摩擦副磨损严重，泵的寿命得不到保证。如专利文献CN1434209A公开的一种水压泵，其主轴为通轴式结构，主轴两端的滑动支撑轴承受结构限制，尺寸难以加大，径向承载能力难以提高，从而限制了斜盘倾角的增大(该泵斜盘倾角只有10°，而一般斜盘式轴向柱塞泵的斜盘倾角达到15°以上)，进一步限制了该泵功率密度的提高。专利文献CN101949374A公开的水压泵采用斜盘静止缸体旋转的结构方式，此方案解决了斜盘动不平衡的问题，但是由于缸体内的配流阀及柱塞运动的不平衡状态，导致缸体存在比较严重的动不平衡问题，并且其增加了三对摩擦副，尤其是缸体的推力滑动轴承摩擦副，降低了水压泵的可靠性，而且配流阀的径向布置，加大了水压泵的径向尺寸，使得水压泵的体积质量加大。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种全水润滑阀配流柱塞式水压泵，其可实现所有的摩擦副的水润滑，从结构上避免了油水分离式液压泵由于密封和压力水渗入润滑油腔而引起的失效，能够保证在额定压力工作条件下，该泵具有较高的容积效率和功率质量比，同时减小摩擦副在高速重载条件下的摩擦磨损，提高泵的使用寿命。该泵适宜以海水或淡水作为工作介质，也适宜以其他低粘度流体作为工作介质。本实用新型提供的阀配流柱塞式全水润滑水压泵包括泵主体，该泵主体包括腔体、水压泵入水口和水压泵出水口 ；旋转单元，该泵旋转单元包括旋转主轴，并布置于该泵主体内；支撑单元，该泵支撑单元布置于该泵主体内，该支撑单元包括轴向支撑单元和径向支撑单元，轴向支撑单元设计为滑动推力轴承或推力调心滚子轴承，径向支撑单元设计为径向滑动轴承；以及柱塞配流单元，该泵柱塞配流单元布置于该缸体内，该柱塞配流单元包括配流阀组件和柱塞滑靴组件，配流阀组件包括压出阀组件和吸入阀组件；其中，该柱塞滑靴组件布置于该腔体内，并将该腔体分成相互独立的压力腔和润滑腔，所述压出阀组件与所述压力腔相通，所述吸入阀组件与所述润滑腔相通，所述旋转单元及所述支撑单元均设置于所述润滑腔内，所述润滑腔与水压泵入水口相通，所述压力腔与水压泵出水口相通；该柱塞滑靴组件在所述旋转主轴的带动下进行往复运动，使得所述吸入阀组件和压出阀组件通过水压泵入水口和水压泵出水口进行吸水和排水动作，同时水压泵入水口通过流道与润滑腔相通，向润滑腔输送水以给所述旋转单元和所述支撑单元提供流体润滑。该旋转单元还包括依次设于所述旋转主轴上的斜盘、回程盘、中心球铰和回程弹簧。其中所述斜盘置于所述旋转主轴的大端空心腔内，通过销钉联接与旋转主轴固定，所述回程盘的一侧与所述中心球铰相接触，所述回程盘的另一侧与所述滑靴相接触，所述中心球铰置于缸体中心孔内，通过置于缸体中心孔内的回程弹簧的作用，所述回程盘将所述滑·靴的底部压紧于所述斜盘的表面，进而使得所述旋转主轴的旋转运动经所述斜盘滑靴传递到柱塞，促使柱塞做往复运动。该支撑单元置于所述润滑腔内，所述径向支撑单元采用滑动轴承结构，滑动轴承静环设置于壳体上，动环设置于所述旋转主轴大端外周面。所述径向滑动轴承用于支撑主轴所受到的径向力，所述推力轴承主要用于支撑主轴所受到的轴向力。本实用新型的技术效果体现在如下几个方面I.该水压泵的所有摩擦副均由工作介质水进行润滑，减小了泵的体积，同时整个水压泵内部所有摩擦副均直接由流动的工作介质水进行冷却，使得泵工作中产生的热量被工作介质直接带走，保证该泵较低的热平衡温度；全水润滑使该泵无需定期更换润滑油(脂)，简化了维护程序，降低了使用成本，同时解决了润滑油(脂)可能外泄造成的环境和产品污染，具有绿色环保的特点。2.旋转主轴大端设置径向滑动轴承，径向滑动轴承充分利用主轴大端的外周面，径向尺寸大，承受载荷的能力大幅度提高，有效解决了高速重载条件下水压泵柱塞副因侧向力过大而发生的严重摩擦磨损问题，大大提高了水压泵的使用寿命，同时为增大斜盘倾角，提高泵的功率密度创造了条件。径向滑动轴承置于润滑腔内，采用全水润滑。3.泵的入水口直接与润滑腔相通，通过吸入配流阀从润滑腔吸水，使得润滑腔的水处于强制循环状态，有利于将摩擦副产生的热量及时带走，提高了泵的冷却效果。4.旋转主轴大端外周面加工有螺旋槽，利用螺旋槽旋转时的泵送作用，使得润滑腔内的工作介质不断循环流动，大大加速了支撑单元的散热和冷却，有效解决了支撑单元因摩擦生热而导致的磨损问题。5.配流阀结构形式为平板阀，有利于实现泵的高压化。同时采用软硬结合，阀座材料为工程塑料，阀芯为耐蚀合金，有利于提高配流阀的密封比压及抗摩擦磨损能力和抗气蚀能力，减小了阀芯与阀座的冲击，从而提高泵的容积效率，减小了振动噪声。6.配流阀采用一体化的轴向布置方式，减小泵的径向尺寸，减轻泵的质量，同时一体化的布置方式使得配流阀的更换和维修十分方便，减少了泵的平均维护时间。[0019]7.所有摩擦副的材料均采用耐蚀合金/工程塑料配对，减小了摩擦副之间的摩擦系数，增强了摩擦副的抗磨损能力，提高了泵的机械效率和使用寿命。8.滑靴端面为静压支撑设计，有效抵消了滑靴端面与斜盘表面绝大部分的接触压力，极大地提高了滑靴斜盘摩擦副抗摩擦磨损能力，提高了泵的可靠性和使用寿命。
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。图I为根据本实用新型实施例的阀配流柱塞式全水润滑水压泵的结构示意图 ，其中图Ia是水压泵柱塞容腔体积最小的工况，图Ib是水压泵柱塞容腔体积最大的工况；图2为图I中所示阀配流柱塞式全水润滑水压泵的主轴结构示意图；图3为图I中所示阀配流柱塞式全水润滑水压泵的柱塞滑靴组件结构示意图；图4为图I中所示阀配流柱塞式全水润滑水压泵的配流阀组件结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。需要说明的是，实施例仅是用于实例性说明本实用新型，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据本实用新型的这些实施例的技术方案获得其他变型方案都属于本实用新型的保护范围。根据本实用新型实施例的阀配流柱塞式全水润滑水压泵的结构示意图如图I所示。该水压泵包括泵主体、旋转单元、支撑单元以及柱塞配流单元。其中，水压泵主体包括腔体以及水压泵入水口和水压泵出水口。旋转单元包括旋转主轴I、斜盘8、回程盘10以及球铰9和回程弹簧12。支撑单元包括轴向支撑单元6和径向支撑单元7。柱塞配流单元主要包括柱塞滑靴组件11、吸入阀组件21以及压出阀组件20。柱塞滑靴组件11设于腔体内，并将腔体分成相互独立的压力腔18和润滑腔26，吸入阀组件21与润滑腔26相通，压出阀组件20与压力腔18相通，旋转单元与支撑单元设于该润滑腔26内并经过流道23与该泵入水口流体相通。如图I所示，泵主体由后端盖15、缸体13、壳体5以及前端盖3组合而成。其中缸体13的一端连接壳体5，另一端连接后端盖15 ;壳体5的一端连接缸体13，另一端连接前端盖3。后端盖15、缸体13、壳体5和前端盖3内的空腔共同构成了上述的腔体。其中，缸体13、壳体5和前端盖3之间的空腔构成了润滑腔26，缸体13和后端盖15之间的空腔构成了压力腔18。旋转主轴I、轴向支撑单元6、径向支撑单元7、斜盘8、回程盘10、球铰9和回程弹簧12均设于润滑腔26内。以旋转主轴I为中心沿同一圆周均匀分布有多个柱塞配流单元(一般为5 9个，具体数量根据不同使用环境对水压泵流量脉动的不同要求确定)。下面将详细描述水压泵具体结构和工作过程。后端盖15下端面加工有两个螺纹孔以及沿轴向均匀分布的12个光孔，两个螺纹孔分别为水压泵的入水口和出水口，光孔则为后端盖15和缸体13的螺栓连接孔，上端面加工有环形通流槽14和通流孔16，分别与出水口和入水口连通。配流阀组件如图4所示，左侧为吸入阀组件，右侧为压出阀组件。吸入阀组件从左至右依次为吸入阀阀座27、吸入阀限位环28、吸入阀弹簧29、吸入阀阀芯30、吸入阀通流环31、吸入阀修配环32。吸入阀通流环31还同时起到吸入阀阀芯30的导向以及吸入阀弹簧29的导杆作用。压出阀组件从左至右依次为压出阀阀座33、压出阀弹簧34、压出阀阀芯35、压出阀限位环36、压出阀通流环37以及压出阀修配环38。压出阀通流环37还同时起到压出阀阀芯35的导向以及压出阀弹簧34的导杆作用。其中吸入阀组件的入口与水泵的润滑腔26相通，水泵的润滑腔26通过流道23与水压泵的入水口相通，吸入阀的出口与压出阀的入口相通，压出阀的出口通过环形通流槽14和水压泵出水口相通。配流阀组件采用轴向布置，减小了水压泵的径向尺寸，提高了水压泵的功率质量t匕。配流阀结构形式采用平板阀，同时采用软硬配对，阀座材料为PEEK，阀芯为钛合金，结构紧凑，不仅提高了密封的可靠性，同时降低了阀芯与阀座之间的撞击声，从而降低了水压泵的整体噪声。阀芯采用钛合金，相对不锈钢具有硬度高、密度小的特点，因此提高了抗气蚀能力，同时有利于减小阀芯的质量，提高配流阀的响应特性，减小配流阀的滞后时间，从而提高水压泵的容积效率。缸体13上加工有流道23，使水压泵入水口与润滑腔26相通。缸体13 —端沿轴向加工有与柱塞相同的柱塞孔，柱塞孔内嵌PEEK，与滑靴柱塞组件的柱塞39形成柱塞副。缸体13另一端沿轴向加工有配流阀阀孔，压出阀孔的入口同柱塞孔以及吸入阀的出口相通。缸体两端均加工有中心孔，左端中心孔为回程弹簧12以及中心球铰9的安装底座以及导向孔，右端中心孔连通水压泵的入水口。柱塞滑靴组件如图3所示，柱塞滑靴组件包括滑靴39和柱塞40，柱塞滑靴组件的柱塞40上加工有球头，滑靴39上加工有球窝，柱塞球头与滑靴球窝相配合，通过滚压法使滑靴球窝外壁产生塑性变形而与柱塞球头连接，形成球铰副。柱塞中心加工有细长孔，滑靴中心加工有小孔，滑靴端面加工有环形密封带，柱塞细长孔和滑靴中心小孔以及环形密封带结构的设计使得柱塞在压出行程时，柱塞腔的压力水可以通过小孔与滑靴端面连通，形成静压支撑，大大减小了滑靴端面与斜盘表面的直接接触力，有效解决了滑靴端面以及斜盘的摩擦磨损问题。旋转主轴如图2所示，主轴结构为阶梯轴，并且一端为大端空心轴，大端空心腔内布置有斜盘8，斜盘8通过销钉24与主轴I固定，斜盘周向则与空心内壁为过渡配合。回程盘10通过中心球铰9和回程弹簧12的作用将柱塞滑靴组件中的滑靴39的端面压紧在斜盘表面上，形成斜盘滑靴副。主轴大端外周面与滑动轴承(如图3所示)构成滑动副，主轴大端外周面加工有螺旋槽，在主轴旋转时，螺旋槽的泵送作用使得润滑腔26内的润滑水循环流动，有利于加大润滑腔内支撑单元的散热和冷却，解决支撑单元摩擦副因温度过高而导致的高温磨损现象。主轴上沿径向加工有两道十字交叉的流通孔，流通孔加大了润滑腔内水的流通能力，使润滑腔内的水能不断循环。轴向支撑单元6优选为推力调心滚子轴承，推力调心滚子轴承的外圈固定于壳体5上，内圈固定于旋转主轴I上，内外圈之间为轴承滚子。该阀配流柱塞式全水润滑水压泵的工作过程是这样实现的旋转主轴I带动斜盘8旋转，回程弹簧12通过中心球铰9和回程盘10将弹簧作用力平均施加到每个滑靴上，以保证滑靴39的端面始终紧贴在斜盘8的表面上滑动，柱塞40通过滑靴受到斜盘的作用力，使得柱塞40在缸体13的柱塞孔内不断的作往复运动。当斜盘8沿极限位置即柱塞腔容积最小(如图Ia所示)位置开始运动时，吸入阀组件21的吸入阀阀芯30和压出阀组件20的压出阀阀芯35均处于关闭状态，此时柱塞40处于向下运动到极限位置的状态。滑靴39在回程盘10的压紧力作用下，带动柱塞40向上运动，封闭的柱塞腔的容积逐渐增大，压力下降，当柱塞腔压力下降到一定值时，吸入阀因入口的压力大于柱塞腔内的压力和吸入阀弹簧作用力的合力时，吸入阀阀芯30开启，水由水压泵入水口进入吸入阀入口再流入柱塞腔内，实现吸水动作。当斜盘从如图Ia所示 极限位置转过180°后到达如图Ib所示位置即柱塞腔容积最大时，此时柱塞40处于向上运动到极限位置的状态。旋转主轴I继续旋转，滑靴39受到斜盘8的作用力，推动柱塞40向下运动，柱塞腔的容积逐渐减小，柱塞腔的压力逐渐升高，当柱塞腔压力升高到一定值时，吸入阀因柱塞腔内的压力和弹簧作用力的合力大于吸入阀入口的压力，吸入阀阀芯30关闭，此时水压泵入水口的水不再进入柱塞腔内。当柱塞腔的压力继续升高到一定值时，柱塞腔的压力将克服压出阀弹簧的作用力和水压泵出水口的压力，将压出阀阀芯35打开，使柱塞腔内的高压水经压出阀出水口流出水压泵出水口，实现排水动作。当旋转主轴I旋转一周，各柱塞吸水和排水各进行一次，随着旋转主轴的不断旋转，各柱塞也连续地独立完成吸水与排水动作，从而使水压泵连续的输出流量。在旋转主轴旋转360°的过程中，利用螺旋槽旋转时的泵送作用，使得润滑腔内的工作介质不断循环流动，加大润滑腔内的摩擦副的冷却和散热作用。同时，径向滑动轴承7通过主轴的旋转产生动压支撑作用。在柱塞40进行排水作用的同时，柱塞腔内的压力水通过柱塞中心细长孔流入柱塞球头和滑靴球窝，对球铰副起支撑和润滑作用，同时压力水通过滑靴中心小孔流入滑靴端面，给滑靴提供流体支撑以及冷却作用。以上针对本实用新型的一优选实例进行了相应介绍。需要说明的是，以上实施例可以有多种变型。比如，可以去掉对缸体柱塞孔的PEEK注塑加工，而是将PEEK镶嵌在柱塞圆柱表面，以利于维护和更换，减小工艺复杂性。此外，还可以对柱塞滑靴组件的连接结构进行改进，比如可以将滑靴包柱塞的结构改成柱塞包滑靴的结构，将柱塞端部加工内球窝，滑靴加工球头；也可以不使用滚压的工艺，将柱塞或者滑靴做成分体的结构等。
权利要求1.一种全水润滑阀配流柱塞水泵，包括 泵主体，其包括腔体、及与该腔体相通的入水口和出水口 ； 旋转单元，其包括一端设置于该泵主体的腔体内的旋转主轴(I); 支撑单元，其布置于该泵主体的腔体内壁上，包括轴向支撑单元(6)和径向支撑单元(7)，分别用于提供旋转主轴(I)在腔体内转动时的轴向和径向上的支撑； 以及柱塞配流单元，布置于泵主体内，其包括配流阀组件和柱塞滑靴组件，所述旋转单元上的旋转主轴(I)的旋转带动所述柱塞滑靴组件周期性运动，从而驱动所述配流阀组件中阀的周期性启闭，使流体周期性从入水口流入腔体或在腔体内从出水口排出，实现配流； 其特征在于，所述旋转主轴(I)在与所述径向支撑单元(7)配合的外周面上开设有螺旋沟槽，在所述旋转主轴旋转时，流体可通过该螺旋沟槽沿旋转主轴(I)循环流动。
2.根据权利要求I所述的全水润滑阀配流柱塞水泵，其特征在于，所述旋转主轴(I)为阶梯轴，其中设置在腔体内的大端的中心开有槽，该大端外周面与所述径向支撑单元(7)配合，所述螺旋沟槽开设在所述大端外周面上。
3.根据权利要求2所述的全水润滑阀配流柱塞水泵，其特征在于，所述旋转单元还包括斜盘(8)、回程盘(10)、中心球铰(9)和回程弹簧(12)，其中，所述斜盘(8)同轴置于所述旋转主轴(I)的中心槽内，并与该旋转主轴(I)固定连接，所述回程盘(10)中心与所述中心球铰(9)铰接，该回程盘(10)盘面周向上连接有多个所述柱塞滑靴组件，所述回程弹簧(12)抵接在所述中心球铰(9)上，所述旋转主轴(I)带动所述斜盘(8)旋转时依次下压各柱塞滑靴组件，该回程弹簧(12)推动所述回程盘(10)依次带动被下压的所述柱塞滑靴组件复位。
4.根据权利要求1-3之一所述的全水润滑阀配流柱塞水泵，其特征在于，所述泵主体包括缸体(13)、壳体(5)、后端盖(15)以及前端盖(3)，其中，所述缸体(13)位于泵主体下端，其上设置所述壳体(5)，所述后端盖(15)和前端盖(3)分别设置在缸体(13)和壳体(5)端部，该后端盖(15)、缸体(13)、壳体(5)和前端盖(3)之间形成的空腔构成所述腔体。
5.根据权利要求1-3之一所述的全水润滑阀配流柱塞水泵，其特征在于，所述柱塞滑靴组件包括滑靴(39 )和柱塞(40 )，其中，所述滑靴(39 )设置在所述回程盘(10 )上，所述柱塞(40)与所述滑靴(39)连接，所述缸体(13)在与所述回程盘(10)相对的端面上沿轴向加工有与柱塞配合的柱塞孔，所述柱塞(40 )在滑靴(39 )带动下在柱塞孔内往复运动。
6.根据权利要求5所述的全水润滑阀配流柱塞水泵，其特征在于，所述柱塞(40)端部加工有球头或球窝，与该端部连接的滑靴(39)上相应设置有相配合的球窝或球头，形成球铰副。
7.根据权利要求6所述的全水润滑阀配流柱塞水泵，其特征在于，所述缸体(13)相对的另一端面上开有轴向孔，其与对应的柱塞孔连通，所述配流阀组件设置在该轴向孔内，该配流阀组件包括压出阀(20 )和吸入阀(21 )，该吸入阀(21)的出口与压出阀(20 )的入口相通，所述柱塞(40)在柱塞孔中运动时改变柱塞孔内压力，促使压出阀(20)或吸入阀(21)打开，实现将腔体内流体从出水口压出或者从入水口将流体压入到腔体内。
8.根据权利要求7所述的全水润滑阀配流柱塞水泵，其特征在于，所述腔体包括相互独立的压力腔和润滑腔，所述吸入阀的入口与水泵的润滑腔(26)相通，润滑腔(26)通过缸体(13)上的流道(23)与入水口相通，所述压出阀入口与所述压力腔相通，所述压出阀(20)的出口通过后端盖(15)上的环形通流槽(14)和出水口相通，所述旋转单元及支撑单元均设置于所述润滑腔(26)内。
9.根据权利要求7或8所述的全水润滑阀配流柱塞水泵，其特征在于，所述吸入阀(21)包括具有阀孔的吸入阀阀座(27)、一端置于该吸入阀阀座(27)上形成阀腔的吸入阀限位环(28)、与该吸入阀阀座(27)的阀孔配合形成阀口的吸入阀阀芯(30)、套装在吸入阀阀芯(30 )上的吸入阀弹簧(29 )、设置在吸入阀限位环(28 )另一端的吸入阀通流环(31)、以及与所述吸入阀通流环(31)连通的吸入阀修配环(32 ); 所述压出阀(20)包括具有阀孔的压出阀阀座(33)、一端置于该压出阀阀座(33)上的压出阀限位环(36)、与该压出阀阀座(33)的阀孔配合形成阀口的压出阀阀芯(35)、套装在该压出阀阀芯(35 )上的压出阀弹簧(34 )、设置在压出阀限位环(36 )另一端的压出阀通流环(37)、以及与所述压出阀通流环(37)连通的压出阀修配环38。
10.根据权利要求9所述的全水润滑阀配流柱塞水泵，其特征在于，所述径向支撑单元为滑动轴承，其静环与壳体(5)内壁配合，动环与所述旋转主轴(I)大端的外周面配合。
专利摘要本实用新型公开了一种全水润滑阀配流柱塞式水压泵，包括泵主体，包括腔体、与该腔体相通的入水口和出水口；旋转单元，包括一端设置于该泵主体的腔体内的旋转主轴；支撑单元，包括轴向支撑单元和径向支撑单元；以及柱塞配流单元，其包括配流阀组件和柱塞滑靴组件，在旋转主轴的旋转下带动柱塞滑靴组件周期性运动，从而驱动配流阀组件中阀启闭，使流体从入水口流入腔体或流体在腔体内从出水口排出，实现配流，旋转主轴在与径向支撑单元配合的外周面上开设有螺旋沟槽，螺旋沟槽的泵送作用使得流体在旋转主轴两端面的腔体内循环流动。本实用新型充分利用了壳体和主轴的空间，径向滑动轴承的设计大大提高了主轴的承载能力，提高了水压泵的使用寿命。
文档编号F04B1/14GK202690344SQ20122024661
公开日2013年1月23日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者刘银水, 唐辉, 吴德发, 李东林, 郭志恒, 罗培东 申请人:武汉华喜特种液压设备有限公司, 华中科技大学