一种固定间隙回程式高压柱塞水泵

1.本实用新型属于容积泵领域，更具体地，涉及一种固定间隙回程式高压柱塞水泵。


背景技术：

2.轴向柱塞泵是常见的容积泵结构形式之一，它通过斜盘与缸体之间的相对旋转迫使柱塞在缸体柱塞腔内作往复运动，使工作容腔的容积发生周期性变化，并在配流装置的配合下完成对工作介质的吸入和排出。
3.在水液压泵应用领域中，由于水的理化特性提高了密封和润滑的难度，因此目前的水压泵主要采用摩擦副摩擦条件相对较好的柱塞泵形式。即便如此，柱塞水压泵中的摩擦副仍然面临严重的磨损问题。在油水分离结构中，尽管滑靴/斜盘摩擦副能够使用矿物油进行润滑，但无法将高压水引入滑靴底端实现静压支撑，这使排水阶段作用于该摩擦副的pv值较大。
4.为了克服这个问题，专利cn 200610019925.6中公开了一种缸体相对于泵体固定且主轴上加工有主轴盘结构的轴向柱塞泵，该结构中的斜盘通过轴承可旋转地安装于主轴盘上。该柱塞泵利用斜盘间接驱动柱塞运动，而斜盘不会相对于缸体旋转，因此有效改善了滑靴/斜盘摩擦副的磨损问题。
5.但在高速运转时，该柱塞泵所采用的中心弹簧回程装置可能会在惯性力的影响下，无法使滑靴底面始终紧贴斜盘，导致滑靴倾斜、外缘偏磨，甚至脱离斜盘；同时，回程装置的弹簧力作用于各滑靴上，增大了滑靴对斜盘的压力，不利于减小磨损。此外，该柱塞泵中采用的柱塞球头与滑靴之间采用的包球结构会因为柱塞与密封件以及柱塞与缸套之间较大的摩擦力而发生脱靴或松靴现象；柱塞与其球头的一体化结构也制约了柱塞和缸套、球头与滑靴等摩擦副材料的选配；油水分离式水泵中因油腔容积有限，润滑油在粘性摩擦和机械摩擦作用下温升较大，会使摩擦副及动密封产生热磨损。这些因素将会在一定程度上影响水泵的性能和工作可靠性。


技术实现要素：

6.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固定间隙回程式高压柱塞水泵，其目的在于，改善现有油水分离式阀配流柱塞泵内的摩擦磨损和热磨损，提高水泵的工作性能、工作稳定性和可靠性。
7.为实现上述目的，本实用新型提出了一种固定间隙回程式高压柱塞水泵，包括泵主体、主轴、预紧组件、斜盘、回程组件和柱塞滑靴组件，其中：
8.所述泵主体包括依次连接的后端盖、缸体、壳体底座、壳体与轴承座；
9.所述主轴两端分别与所述壳体底座和轴承座活动连接；所述主轴中段加工有斜弯段和斜轴盘，所述斜轴盘背面与所述轴承座之间安装有推力调心滚子轴承；
10.所述预紧组件安装在所述主轴的非输入端，用于为斜轴盘背面的推力调心滚子轴承提供预紧力；
11.所述斜盘通过角接触球轴承安装在所述斜弯段上，并通过推力调心滚子轴承安装在所述斜轴盘斜面上，且斜盘工作面与斜轴盘斜面保持平行；
12.所述回程组件包括回程盘和间隙调整环，所述回程盘固定连接在所述斜盘上，所述间隙调整环安装在所述回程盘和斜盘之间；
13.所述柱塞滑靴组件包括柱塞部件和滑靴部件，所述柱塞部件活动安装在缸体上开设的柱塞腔中，所述滑靴部件嵌套安装在所述回程盘和斜盘之间。
14.作为进一步优选的，所述滑靴部件包括外滑靴、内滑靴和柱塞球头，其中，所述外滑靴靠近柱塞部件方向的内侧壁面及所述内滑靴的顶部均为球面，所述柱塞球头和内滑靴均安装在所述外滑靴中，且所述内滑靴与所述柱塞球头配合，形成带有球铰的滑靴；该滑靴安装在所述回程盘上周向均布的圆孔内，并与所述斜盘保持接触；所述内滑靴中心开设有通孔以便于油液进入。
15.作为进一步优选的，所述外滑靴外侧设有凸缘，该凸缘嵌入在由所述间隙调整环形成的回程盘与斜盘之间的空隙中，该空隙高度比外滑靴的凸缘厚度大0.02mm～0.05mm。
16.作为进一步优选的，所述柱塞部件包括柱塞本体、陶瓷柱塞，所述柱塞本体一端通过内螺纹与所述柱塞球头连接，所述陶瓷柱塞套装在所述柱塞本体外侧，并进行轴向固定。
17.作为进一步优选的，所述缸体上周向均匀分布有多个柱塞腔，该柱塞腔壁面上依次安装有前导向轴承、柱塞密封组件和后导向轴承；所述柱塞部件通过所述前导向轴承和后导向轴承安装在柱塞腔内，并可沿轴向滑动；所述陶瓷柱塞的外表面与柱塞密封组件中的密封圈接触，将泵主体内部空间分隔为工作介质腔和润滑油腔。
18.作为进一步优选的，还包括吸入阀组件和压出阀组件，所述后端盖上开设有泵入口和泵出口；所述吸入阀组件安装在所述泵入口与所述柱塞腔间的流道内，所述压出阀组件安装于所述柱塞腔与所述泵出口间的流道内，从而将工作介质腔依次分隔为低压腔、工作容腔和高压腔。
19.作为进一步优选的，所述吸入阀组件包括吸入阀阀座、吸入阀阀套和吸入阀阀芯，其中，所述吸入阀阀套内壁加工有阶梯孔，所述吸入阀阀芯安装在该阶梯孔中的大直径孔腔内，且吸入阀阀芯一端被吸入阀弹簧压在所述吸入阀阀座上；所述吸入阀阀套中部开设有窗口，该窗口与所述柱塞腔连通，同时吸入阀阀套的阶梯孔与所述泵入口连通。
20.作为进一步优选的，所述阶梯孔中的大直径孔腔的直径大于所述吸入阀阀芯的外径，且安装有吸入阀弹簧一侧的吸入阀阀芯端面与所述阶梯孔之间的距离大于额定工况下吸入阀阀芯的最大开度。
21.作为进一步优选的，所述预紧组件包括中心预紧弹簧、中心弹簧座和钢球，其中，所述中心预紧弹簧、中心弹簧座由内向外安装在缸体中心盲孔内；所述钢球安装在所述主轴的非输入端，并与所述中心弹簧座接触。
22.作为进一步优选的，还包括冷却组件，该冷却组件包括依次连接的阻尼螺塞、输水管路、散热铜盘管和排水管路，其中，所述阻尼螺塞安装在泵出口处，其上开设有阻尼孔，使泵出口流道与所述输水管路联通；所述散热铜盘管浸于润滑油腔的油液中。
23.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：
24.1.本实用新型采用了固定间隙回程机构，解决了滑靴在柱塞回程过程中过度倾斜
甚至脱离斜盘的问题，也避免了弹簧回程结构对滑靴/斜盘摩擦副产生额外的压力，减轻了滑靴/斜盘摩擦副的磨损，延长了水泵使用寿命，减少了运行时的振动和噪声。
25.2.本实用新型采用的主轴预紧组件和连接斜盘与主轴的角接触球轴承分别为斜轴盘背面及斜面上的推力调心滚子轴承提供了预紧力，替代了中心弹簧回程机构的对应功能，使结构更加简单紧凑。此外，避免了中心弹簧回程装置的球铰摩擦副所产生的生产加工成本、摩擦发热及磨损，改善了水泵工作条件，提高了水泵效率。
26.3.当水泵工作压力较高使主轴发生轻微弯曲时，推力调心滚子轴承和角接触球轴承具有的调心作用能够保持斜盘工作面与斜轴盘斜面平行，提高了水泵的可靠性和稳定性。
27.4.组合式滑靴结构使滑靴无需采用包球工艺，因而可采用高强度、耐磨性好的材料制作，避免了回程作用力过大导致柱塞球头与滑靴脱落的问题，提高了水泵的工作可靠性。
28.5.组合式柱塞结构不仅兼顾了柱塞整体的强度、刚度，改善了其加工和装配的工艺性，而且增加了柱塞/缸体(套)、柱塞球头与滑靴摩擦副材料选配的灵活性，提高了水泵的工作性能且有利于生产维护。同时，采用耐磨、耐腐蚀的陶瓷柱塞延长了摩擦副寿命，其高硬度特性也有利于抵抗小颗粒污染物对摩擦副的影响，提高了水泵的工作稳定性和抗污染性能。
29.6.通过限制吸入阀组件和压出阀组件阀芯的抬升高度，避免了水泵高速工作时，阀芯因惯性力作用而过度开启，进而加剧配流阀关闭滞后的问题，提高了水泵在高转速下的容积效率；同时使阀套阶梯孔大直径孔腔的直径略大于阀芯的外径，以此为阀芯提供导向作用并防止其倾斜。
30.7.润滑油腔安装有冷却组件，避免了因油温过高而导致的摩擦副和密封件的热磨损、润滑油失效等问题，提高了水泵长时间连续工作的稳定性及可靠性。
附图说明
31.图1为本实用新型实施例固定间隙回程式高压柱塞水泵结构示意图；
32.图2为本实用新型实施例柱塞滑靴组件结构示意图；
33.图3为本实用新型实施例压出阀组件结构示意图；
34.图4为本实用新型实施例吸入阀组件结构示意图。
35.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-柱塞滑靴组件，2-压出阀组件，3-吸入阀组件，4-后端盖，5-缸体，6-中心预紧弹簧，7-中心弹簧座，8-钢球，9-主轴垫块，10-壳体底座，11-圆柱滚子轴承，12-壳体，13-推力调心滚子轴承，14-轴承座，15-圆柱滚子轴承，16-主轴，17-推力调心滚子轴承，18-角接触球轴承，19-止动垫圈，20-圆螺母，21-斜盘，22-间隙调整环，23-回程盘，24-后导向轴承，25-柱塞密封组件，26-前导向轴承，27-出口法兰，28-阻尼螺塞，29-铰接式管接头，30-输水管，31-卡套式管接头，32-散热铜盘管，33-盘管托架，34-铰接头组件，35-圆螺母，36-止动垫圈，37-柱塞挡圈，38-柱塞本体，39-陶瓷柱塞，40-柱塞球头，41-外滑靴，42-内滑靴，43-压出阀阀套，44-压出阀弹簧，45-压出阀阀芯，46-压出阀阀座，47-吸入阀阀座，48-吸入阀阀芯，49-吸入阀弹簧，50-吸入阀阀套，51-吸入阀弹簧座。
具体实施方式
36.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。
37.本实用新型实施例提供的一种固定间隙回程式高压柱塞水泵，如图1所示，包括泵主体、主轴16、预紧组件、斜盘21、回程组件、柱塞滑靴组件1、配流组件和冷却组件，其中：
38.所述泵主体包括依次连接的出口法兰27、后端盖4、缸体5、壳体底座10、壳体12和轴承座14；
39.所述主轴16可转动地安装在泵主体内，具体通过圆柱滚子轴承11和圆柱滚子轴承15分别与壳体底座10和轴承座14相连，且主轴16的输入端通过轴承座14中心的圆孔伸出泵主体，非输入端端面中心加工有一盲孔。所述主轴16中段加工有斜弯段和斜轴盘，其在工作过程中会受到较大的轴向力作用，因此在斜轴盘背面与轴承座14之间安装有推力调心滚子轴承13，以提供轴向支撑，该轴承也为圆柱滚子轴承11和圆柱滚子轴承15分担了部分径向力；即主轴16的径向力主要由分别安装于主轴两端水平直轴段的圆柱滚子轴承承受，轴向力则由安装于主轴斜轴盘背面与轴承座间的推力调心滚子轴承承受。
40.所述预紧组件包括中心预紧弹簧6、中心弹簧座7、钢球8和主轴垫块9，其中，主轴垫块9和钢球8由内至外依次安装在主轴16非输入端的盲孔内；所述缸体5中心加工有一阶梯型盲孔，中心预紧弹簧6、中心弹簧座7由内向外安装于该阶梯型盲孔内，安装后被压缩的中心预紧弹簧6依次通过中心弹簧座7、钢球8、主轴垫块9、主轴16向推力调心滚子轴承13施加轴向预紧力，该轴向预紧力仅在泵出口为空载的条件下需要，故中心预紧弹簧力较小。同时，由于钢球8与主轴垫块9、中心弹簧座7间皆为点接触，因此在工作过程中产生的摩擦阻力矩和发热量较小。
41.所述斜盘21可转动地安装在主轴上，具体通过角接触球轴承18安装在所述斜弯段上，并通过推力调心滚子轴承17安装在所述斜轴盘斜面上，斜盘21工作面与斜轴盘斜面保持平行；所述角接触球轴承18安装于主轴上后，通过圆螺母20和止动垫圈19对其进行轴向固定，同时也对推力调心滚子轴承17施加了一定的预紧力。
42.所述回程组件包括回程盘23和间隙调整环22，所述回程盘23借助螺钉相对固定地连接于斜盘21上，所述间隙调整环22安装在所述回程盘23和斜盘21之间，使回程盘23和斜盘21间留有一定的空间。
43.进一步的，所述回程盘23和所述斜盘21采用经过调质处理和表面氮化处理的高级氮化钢制成。
44.所述柱塞滑靴组件1有奇数个，以减小流量脉动，柱塞滑靴组件1与缸体5和壳体底座10上周向均布的柱塞腔一一对应；该柱塞滑靴组件包括柱塞部件和滑靴部件，柱塞部件与柱塞腔内的密封组件将泵主体内部空间分隔为工作介质腔和润滑油腔，滑靴部件则借助回程组件保持与斜盘的接触。
45.具体的，如图2所示，所述滑靴部件包括外滑靴41、内滑靴42和柱塞球头40，其中，所述外滑靴41靠近柱塞部件方向的内侧壁面及所述内滑靴42的顶部均为球面，柱塞球头40由外滑靴41的底部装入后再将内滑靴42装入，以此构成带有球铰的滑靴。内滑靴42中心带
有通孔以便于油液进入摩擦副进行润滑。组合形成的滑靴安装在所述回程盘23上周向均布的圆孔内，圆孔直径能够满足滑靴在工作过程中相对于斜盘作小范围径向滑动的空间需求。
46.进一步的，所述外滑靴41外侧设有凸缘，该凸缘嵌入在由间隙调整环22形成的回程盘23与斜盘21之间的空隙中，该空隙高度比外滑靴41的凸缘厚度大0.02mm～0.05mm，使滑靴能够在回程盘23的圆孔内灵活滑动又不至于发生倾斜。
47.具体的，所述柱塞部件包括柱塞本体38和陶瓷柱塞39，其中，所述柱塞本体38一端通过内螺纹与所述柱塞球头40连接，另一端加工有外螺纹与轴肩，外周面还加工有环形槽用以安装密封圈；所述陶瓷柱塞39为长度小于柱塞本体38的圆筒状零件，其由高硬度、耐磨、耐腐蚀的工程陶瓷材料制成，该陶瓷柱塞39套装于所述柱塞本体38外侧，并借助圆螺母35、止动垫圈36及柱塞挡圈37轴向固定在柱塞本体38上。
48.更具体的，所述柱塞腔壁面上依次安装有前导向轴承26、柱塞密封组件25和后导向轴承24；所述柱塞部件通过所述前导向轴承26和后导向轴承24安装在柱塞腔内，并可沿轴向滑动；所述陶瓷柱塞39的外表面与柱塞密封组件25中的密封圈接触，分隔了水泵工作介质腔内的水和润滑油腔内的油液，即将泵主体内部空间分隔为工作介质腔和润滑油腔。柱塞密封组件25上泄漏的少量液体将从柱塞密封组件25的中部进入缸体5上设置的孔道流入低压腔内，也可通过与该实施例中不同的孔道结构排出水泵，以满足不同场合的使用需求。
49.所述配流组件包括吸入阀组件3和压出阀组件2，后端盖4上开设有泵入口、泵出口、用于安装压出阀组件2的孔腔以及联通泵入口与吸入阀入口的环槽形流道、联通泵出口与压出阀出口的斜孔流道。相应地，缸体5上开设有用于安装吸入阀组件3的孔腔、联通柱塞腔与对应压出阀组件2的入口的孔道、联通柱塞腔与对应吸入阀组件3的出口的孔道。即吸入阀组件3安装在泵入口与柱塞腔间的流道内，压出阀组件2安装于柱塞腔与泵出口间的流道内，从而将工作介质腔依次分隔为低压腔、工作容腔和高压腔。
50.具体的，如图3、图4所示，所述吸入阀组件3包括吸入阀阀座47、吸入阀阀芯48、吸入阀弹簧49、吸入阀阀套50、吸入阀弹簧座51，其中，吸入阀弹簧49将吸入阀阀芯48压在吸入阀阀座47上，以封闭吸水通道；吸入阀阀套50的内壁加工为阶梯孔，其中部对称开有偶数个矩形窗口，使得加工方便，同时使出流对称，避免阀芯受侧向不平衡力；矩形窗口与柱塞腔连通，同时吸入阀阀套50的阶梯孔与泵入口连通，由吸入阀吸入的流体经矩形窗口流出至柱塞腔，吸入阀阀芯48安装在阶梯孔的大直径孔腔内。所述压出阀组件2和吸入阀组件3的结构形式基本一致，该压出阀组件2包括压出阀阀座46、压出阀阀芯45、压出阀弹簧44、压出阀阀套43和压出阀弹簧座，压出阀弹簧座加工于后端盖4上，压出阀窗口与泵出口联通，压出阀阶梯孔与柱塞腔联通。
51.进一步的，阶梯孔中的大直径孔腔的直径略大于吸入阀阀芯48的外径，以此为其提供导向作用并防止其倾斜；安装有吸入阀弹簧49一侧的吸入阀阀芯48端面与所述阶梯孔之间的距离略大于额定工况下吸入阀阀芯48的最大开度，以避免吸入阀阀芯48快速开启时因惯性力作用而过度抬升，进而加剧吸入阀关闭滞后，并降低水泵的容积效率。
52.所述冷却组件包括依次连接的阻尼螺塞28、输水管路、散热铜盘管32和排水管路，其中，所述阻尼螺塞28安装于出口法兰27上，阻尼螺塞28上开设阻尼孔，使泵出口流道与输
水管路联通；所述输水管路包括依次连接的铰接式管接头29、输水管30、卡套式管接头31和铰接头组件34，其中铰接头组件34穿过轴承座14接入安装于润滑油腔内，并由盘管托架33支撑固定的散热铜盘管32；所述散热铜盘管32浸于润滑油腔的油液中；所述排水管路的结构组成与输水管路类似，故不再赘述，根据使用要求可将排水管路接入泵吸水端或直接排放冷却水。
53.上述固定间隙回程式高压柱塞水泵的工作过程如下：当主轴16转动时，其上斜弯段及斜轴盘迫使斜盘21摆动，而固定安装于斜盘21上的回程盘23和间隙调整环22使滑靴组件始终保持与斜盘21接触，因此斜盘21的摆动将带动柱塞组件在柱塞腔内作轴向往复运动。当主轴16旋转至图1所示位置时，柱塞滑靴组件1处于压入极限位置。随着主轴16继续转动，回程盘23借助外滑靴41的凸缘将该柱塞滑靴组件1向右拉动，柱塞组件顶部的工作容腔容积增大，压力下降。当压力下降至足以克服吸入阀弹簧49的作用力时，吸入阀开启，水从泵入口经由吸入阀组件3进入柱塞组件顶部的容腔，由此实现吸水过程。当主轴16由图1位置旋转180
°
时，该柱塞滑靴组件1的吸水过程结束，且伸出至极限位置。随着主轴继续旋转，斜盘推动柱塞滑靴组件1向左运动，工作容腔容积减小，压力上升。当压力上述至足以克服压出阀弹簧44的作用力时，压出阀开启，水从工作容腔经由压出阀组件2和后端盖4内的孔道汇入泵出口，由此实现排水过程。当主轴16再次旋转180
°
，该柱塞滑靴组件1的排水过程结束，并回到压入极限位置。随着主轴不断旋转，各柱塞独立地不断重复上述吸水和排水动作，以此输出高压水。
54.与上述工作过程同时，高压腔内的部分流体经阻尼螺塞28上的阻尼孔降压后，通过输水管路进入散热铜盘管32。所述流体在散热铜盘管32内流动的同时，将吸收润滑油的部分热量，随后流出散热铜盘管32，再经由排水管路汇入低压腔或排出泵外。
55.本实用新型设计的固定间隙回程式高压柱塞水泵可改善现有油水分离式阀配流柱塞泵因泵内摩擦副pv值较高、柱塞球头与滑靴连接强度差、回程装置不可靠及润滑油腔散热能力差等问题引起的摩擦磨损和热磨损，提高水泵的工作性能、工作稳定性和可靠性，特别适用于中高压水液压系统。
56.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。