大流量双运动自由度水液压活塞泵的制作方法

本发明属于流体机械，涉及一种大流量双运动自由度水液压活塞泵，尤其是一种大流量双运动自由度挡板式水液压活塞泵，适用于以水为工作介质的大流量工况场合。

背景技术：

1、泵是一种将机械能与流体压力能间进行相互转化的能量转换装置，通常用于输出高压流体。一般的活塞式、叶片式、齿轮式、螺杆式等传统泵，在工作过程中其机械结构的运动副主要为滑动摩擦方式，因而产生大量的摩擦能量损耗，并且零部件形状复杂，加工成本较高。

2、双运动自由度活塞泵将轴和活塞一体化设计，并利用活塞“周向旋转+轴向往复”双自由度运动原理实现连续的吸排水，省去了传统活塞泵的配流盘结构。同时，采用对称式凸轮滚子结构替代滑靴斜盘结构，由原来滑动摩擦副转变为滚动摩擦，并且对称式的受力结构使得活塞在径向没有受力，省去了活塞与缸体、缸体与配流盘两个摩擦副，因而泵效率更高，也突破了滑动摩擦副对泵性能等方面的制约。

3、在水液压大流量使用应用场合，一般采用单级或多级离心泵，离心泵通过机械能转化为工作介质的动力势能，动力势能又转化为液压能，能量转换率不高。而采用现有双运动自由度凹槽式活塞泵时，虽然可将机械能的绝大部分转化为液压能，但由于活塞处于缸体内侧，高速旋转下，活塞流阻较大，活塞腔内液体的离心势能阻碍了工作介质吸入过程，需要更大的入口压力才能实现工作介质吸入，泵内水力流动损失比较严重；现有结构配流窗口小，配流过程时间短，工作介质流速过大，容易发生气蚀等问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明提供了一种大流量双运动自由度水液压活塞泵。

3、本发明技术解决方案为：提供一种大流量双运动自由度水液压活塞泵，该活塞泵包括泵壳体、泵芯组件和传动通轴，泵壳体包括沿轴线依次同轴设置的前端盖、泵壳和后端盖，前端盖、泵壳和后端盖固连形成泵壳体结构，所述传动通轴设置在所述泵壳内，所述泵芯包括第一泵芯和第二泵芯，第一泵芯和第二泵芯按一定相位角、相对串联安装在所述传动通轴上，其中，所述第一泵芯和第二泵芯结构相同，均包括挡板式活塞，所述挡板式活塞包括：两端开口的空心柱体、挡板和柱塞轴，所述挡板设置在所述空心柱体内，并沿所述空心柱体的内壁周向与所述空心柱体的内壁连接，所述挡板将所述空心柱体的内腔沿其轴向分隔为第一腔体和第二腔体，所述挡板穿设在所述柱塞轴上，所述柱塞轴具有内腔，所述挡板、空心柱体以及柱塞轴的轴线相重合，所述第一腔体对应的空心柱体部分a的周向还均布开设多个配水口；所述第二腔体对应的空心柱体部分b的周向还均布开设多个配水口，所述传动通轴还可转动地设置在两挡板式活塞的柱塞轴内腔内。

4、进一步地，所述空心柱体部分a上的配水口由所述空心柱体部分a的一端延伸至其自由端；所述空心柱体部分b上的配水口由所述空心柱体部分b的一端延伸至其自由端。

5、进一步地，所述空心柱体部分a上开设2个配水口，所述空心柱体部分b上还开设2个配水口，两对配水口正交设置。

6、进一步地，任意所述配水口的端面设计为斜切面。

7、进一步地，所述挡板的半径大于所述柱塞轴的内径。

8、进一步地，所述挡板为圆形挡板，所述空心柱体为空心圆柱体。

9、进一步地，所述挡板、空心柱体以及柱塞轴为一体结构。

10、进一步地，所述第一泵芯和第二泵芯还均包括凸轮导轨、支撑衬套、缸体、密封衬套和滚轮架组件，其中，对于任意泵芯：

11、所述凸轮导轨设置在所述柱塞轴的一端，所述凸轮导轨与挡板式活塞构成导轨活塞组合体；

12、所述支撑衬套、缸体以及密封衬套依次固定连接，所述支撑衬套上开设有通孔，所述支撑衬套远离所述缸体的端面上还设有支撑臂组件，所述柱塞轴穿设在所述通孔内，两者间隙配合；所述缸体内部具有内腔，所述挡板式活塞的空心柱体和挡板部分还位于所述内腔中，将所述内腔分隔为左右两密封腔，所述柱塞轴的另一端还与所述密封衬套可转动连接；

13、所述滚轮架组件与所述支撑臂组件连接并与在凸轮导轨面贴合设置，其中，在传动通轴、滚轮架组件和凸轮导轨配合下，所述导轨活塞组合体相对支撑衬套、缸体和密封衬套转动地同时进行轴向往复运动；

14、其中，所述第一泵芯的支撑衬套还与前端盖和泵壳还构成封闭的润滑腔，第一泵芯的凸轮导轨和滚轮架组件均位于对应润滑腔内；第二泵芯的支撑衬套还与后端盖和泵壳还构成封闭润滑腔，第二泵芯的凸轮导轨和滚轮架组件均位于对应润滑腔内，所述润滑油内均充有润滑油。

15、进一步地，所述缸体呈圆台形状，所述缸体上具有正交设置的一对吸水口和一对排水口，一对吸水口和一对排水口均沿缸体周向对称布置，其中，所述圆台与支撑衬套连接的一端端面上设有吸水口a，所述缸体内壁上设有吸水口b，吸水口a与吸水口b相通，两者呈l形并构成一对吸水口中的其中一个，所述吸水口a还与所述泵壳腔沟通；所述圆台周向侧壁上设有环形凹槽，所述排水口位于环形凹槽上并与缸体内腔相通，所述环形凹槽与泵壳之间构成高压腔，其中，导轨活塞组合体在进行转动和轴向往复运动时，挡板式柱塞上的配水口与所述吸水口和排水口相配合，实现吸水和排水。

16、进一步地，所述支撑衬套的通孔内壁上周向开设有第一环形外泄槽和第二环形外泄槽，第一环形外泄槽靠近对应润滑腔设置，第二环形外泄槽靠近缸体内腔设置，泄漏的润滑油在第一环形外泄槽处富集用于润滑所述挡板式活塞，所述支撑衬套内部还具有第一外泄口，所述第二环形外泄槽与所述第一外泄口相连通，缸体内腔中漏泄的工作介质经第二环形外泄槽，通过所述第一外泄口排出泵外。

17、进一步地，所述密封衬套中心设有通孔，所述通孔内壁周向开设有第三环形外泄槽和第四环形外泄槽，所述密封衬套内还具有有第二外泄口，所述第四环形外泄槽与第二外泄口相连通，所述壳体内具有与所述第二外泄口和外界分别相连通的泄漏管，缸体内腔与润滑腔泄漏的液体通过所述第二外泄口和泄漏管排出泵外。

18、进一步地，所述凸轮导轨为双面凸轮，凸轮导轨曲面上具有波峰和波谷。

19、进一步地，所述支撑臂包括第一支撑臂和第二支撑臂，间隔设置在支撑衬套端面上，所述滚轮架组件包括第一滚轮架组件和第二滚轮架组件，第一滚轮架组件和第二滚轮架组件均包括环形滚轮架和多个滚轮，所述环形滚轮架与分别与第一支撑臂和第二支撑臂可转动地连接，两个环形滚轮架沿支撑臂的长度方向间隔设置，多个滚轮沿相应环形滚轮架的周向间隔设置在环形滚轮架的内壁上，凸轮导轨被第一滚轮架组件的多个滚轮以及第二滚轮架组件的多个滚轮夹持。

20、进一步地，所述的传动通轴沿轴向开有两组与轴线平行的直线滚珠槽道，所述直线滚珠槽道用于布置滚珠，第一泵芯的挡板式活塞的柱塞轴的内腔上开设有与其中一组直线滚珠槽道相配合的直线滚珠槽，第二泵芯的挡板式活塞的柱塞轴的内腔上开设有与另一组直线滚珠槽道相配合的直线滚珠槽，其中，滚珠在直线滚珠槽道内间隙δl＝h/π，其中h为凸轮导轨行程，直线滚珠槽道长度为l＝nd+h/π，其中d为滚珠直径，n为滚珠个数。

21、进一步地，所述活塞泵还包括第一支撑轴承、第二支撑轴承、第三支撑轴承以及泵芯连接件，所述第一支撑轴承和第二支撑轴承分别设置在前端盖和后端盖上，所述传动通轴分别与所述第一支撑轴承和第二支撑轴承可转动地连接，所述泵芯连接件分别与第一泵芯的密封衬套和第二泵芯的密封衬套固定连接，所述第三支撑轴承设置在所述泵芯连接件内，所述传动通轴还与所述第三支撑轴承可转动地连接，其中，在所述第一支撑轴承、第二支撑轴承、第三支撑轴承以及传动通轴配合下，所述挡板式活塞与对应缸体之间无接触。

22、进一步地，所述挡板式活塞和缸体采用相同的耐腐蚀材料制成。

23、本发明与现有技术相比的有益效果：

24、(1)本发明活塞泵采用挡板式活塞结构，能够适应大流量场合，几乎消除了配流过程中工作介质发生的旋转运动，降低了工作介质的动能损耗，提高了活塞泵的能量转化率和工作效率；并且本发明活塞泵采用挡板式活塞结构，使得工作介质只产生沿径向和轴向的低速流动，工作介质可迅速及时充满活塞腔，避免发生空化气蚀，提高水液压活塞泵的抗气蚀能力；

25、(2)本发明采用滚动摩擦副独立润滑结构，润滑腔与活塞腔分离，将凸轮导轨和滚轮滚针轴承封闭于润滑腔内，采用润滑油进行润滑，避免与水接触发生腐蚀等问题，保证工作环境及工况的变化对泵产生较小的影响，有效提高了泵的效率和可靠性；

26、(3)本发明在衬套上设计油水分离式结构，对泄漏的润滑介质及工作介质进行外泄，避免油水相溶，污染工作介质，该油水分离结构不仅结构简单，可靠性高，且易于实现；

27、(4)本发明双运动自由度水液压活塞泵方案，活塞无侧向力，在通轴的支撑下，活塞与缸体间无接触。因此，活塞和缸体可采用同种抗腐蚀材料制造，突破了摩擦副材料在大尺寸下pv值的制约。