斜盤式閥配流高壓純水柱塞泵的製作方法

2023-05-01 03:04:16

專利名稱：斜盤式閥配流高壓純水柱塞泵的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於泵類，具體涉及一種斜盤式閥配流高壓純水柱塞泵。
背景技術：
水壓泵作為水壓傳動系統的核心元件，對其進行設計與研製，是發展水壓傳動技 術的關鍵之所在。目前國際上常用的水壓泵的結構型式有柱塞式、葉片式、齒輪式等幾種。 相比而言，葉片泵的葉片與定子、齒輪泵的兩齒輪均為線接觸，接觸PV值高，而且密封效果 差；柱塞泵中的關鍵摩擦副(如柱塞/缸孔、滑靴/斜盤、配流盤/缸體端面等)多為面接 觸，同等工況條件下的PV值相對較小，可以實現靜壓支承，而且密封效果較好，易於通過增 加配合間隙長度的方法來減小洩漏，以保證泵的效率。因此，柱塞式結構比較適宜於海水等 低粘度介質使用，英國、美國、德國、日本、芬蘭、丹麥等國家已有的水壓泵絕大多數採用了 柱塞式結構。目前應用的各種軸向水壓柱塞泵，按其配流方式上大體可分為端面配流、閥配 流、軸配流三種。軸配流和端面配流都存在兩個互相緊密配合的運動摩擦副，用水作工作介 質時，由於水介質的腐蝕性、低粘度、惡劣的潤滑條件，運動對偶摩擦副面上很難形成液體 潤滑膜，容易產生邊界摩擦或幹摩擦，加之外界汙染物如水中的微細顆粒和內部磨屑的侵 入，通常不僅是兩體摩擦，而且會形成三體摩擦，使得磨損加劇、內部洩漏增大；隨著壓力的 升高，摩擦副接觸面上的PV值增大，由摩擦磨損導致的洩漏會逐步增大，難以保證液壓泵 的容積效率。以目前的技術條件，要實現泵的高壓並保持較高的容積效率，軸配流及端面配 流都缺乏必要的技術支持。目前國外研製出的中、高壓，特別是超高壓海(淡)水液壓泵， 多採用閥配流型式。國內現有的閥配流式水壓柱塞泵多採用軸向布置形式，但由於其配流閥(吸入閥 和壓出閥)的軸向布置，導致其結構較為複雜，體積比同流量的其它泵類要大，而且維修和 更換閥體的配件也極其不易。

實用新型內容本實用新型提供一種斜盤式閥配流高壓純水柱塞泵，解決了純水柱塞泵洩漏量大 和缸體運轉擺動較大的難題，並實現了斜盤式純水柱塞泵的高壓化。為了實現上述目的，本實用新型採取了如下技術方案。本實用新型中的斜盤式閥 配流高壓純水柱塞泵包括泵體26、設置在泵體26內的主軸28、以及從左到右依次安裝在主 軸28上的前端蓋1、斜盤-滑靴機構、球鉸29、柱塞-缸體機構、配流閥和後端蓋18 ；前端 蓋1和後端蓋18分別固定在泵體26的左右兩側。其中所述斜盤-滑靴機構包括斜盤3、回程盤5和滑靴4，斜盤3左側與前端蓋1固連， 右側表面為斜面，回程盤5安裝在球鉸29的外側面，滑靴4沿回程盤5的周向均勻分布，滑 靴4的左端面與斜盤3的斜面相接觸。所述柱塞-缸體機構包括缸體19、柱塞6和柱塞套7等，缸體19的內孔與主軸28由花鍵25連接，缸體19的前部外側面通過軸承與泵體26相連，後部外側面通過軸承與後 端蓋相連，缸體19和泵體26之間形成吸水容腔20，缸體19上沿圓周方向均勻設置有缸孔， 缸孔沿軸向布置，缸孔內覆柱塞套7，形成柱塞腔10，柱塞6設置在柱塞腔10內，柱塞套7與 柱塞6間隙配合，柱塞6能夠在柱塞腔10內左右滑動；柱塞腔10與斜盤-滑靴機構中的滑 靴4個數相等並且位置相對應，柱塞6的球頭與斜盤-滑靴機構中的滑靴4的凹球面鉸接； 在缸體19上沿圓周方向還均勻設置有彈簧孔，彈簧孔設置在缸體的內孔和缸孔之間，彈簧 孔內設置有壓縮彈簧21，壓縮彈簧21通過彈簧座22壓在球鉸29的右端面，壓縮彈簧21作 用於球鉸29，球鉸29再作用於回程盤5，回程盤5壓在滑靴4上，使滑靴4始終與斜盤3相 抵。 應用已申報的專利「柱塞副間隙自動補償裝置」(專利申請號200910243654. 6)， 在所述柱塞套7的外表面設置有環形溝槽8，在缸孔外周的缸體19上沿軸向開有與環形溝 槽8相連通的引水通道9，引水通道9與柱塞腔10相通。隨著吸入閥11和壓出閥12的開 閉，柱塞腔10處水與引水通道9處水的壓差變化使引水通道9內形成水循環。該循環水由 於壓差變化，實現了柱塞6與柱塞套7的間隙自動補償，減少高壓水洩漏，還實現了配合面 的水潤滑，並帶走摩擦產生的熱量。所述配流閥布置在缸體19內部，個數與柱塞腔10相等，每個柱塞腔10的右端都 連接有一組配流閥，配流閥的入水口與缸體19和泵體26之間的吸水容腔20相連通，配流 閥的公共腔32與柱塞腔10相連通；在後端蓋上設置有吸水口 13和出水口 14，吸水口 13與 吸水容腔20相連通，出水口 14與配流閥的出水口相連通。用配流閥取代配流盤，減少了一 對關鍵摩擦副，有助於實現斜盤式純水柱塞泵的高壓化。所述配流閥包括吸入閥11和壓出閥12，吸入閥11和壓出閥12均可以沿徑向布置 於缸體19內，吸入閥11的閥口 31沿主軸28的徑向開口。所述配流閥包括吸入閥11和壓出閥12，吸入閥11和壓出閥12均沿徑向布置於缸 體19，但吸入閥11的閥口 31沿主軸28的軸向開口。所述配流閥包括吸入閥11和壓出閥12，壓出閥12徑向布置，吸入閥11軸向布置， 吸入閥11的閥口 31沿主軸28的軸向開口。在缸體19後部與後端蓋18連接的軸承17的右側設置有旋轉密封組件15。實現 高壓純水泵出水口處高壓水與吸水口處低壓水間的密封。本實用新型的有益效果1)前端蓋通過周向布置的銷與斜盤連接，缸體與配流閥機構銷加工成一體，缸體 內孔開有鍵槽，缸體與主軸由花鍵連接，柱塞-缸體、缸體隨著主軸轉動，斜盤不轉動，避免 了斜盤旋轉不平衡質量引起的缸體擺動。2)缸體通過大滑動軸承和其尾部的滑動軸承定位於泵體內。主軸上的滑動軸承和 缸體外周上的大滑動軸承和尾部的小滑動軸承，緩解了主軸撓性彎曲和缸體擺動共同作用 弓丨起的泵體擺動，使柱塞泵運轉平穩。3)應用了已申報專利「柱塞副間隙自動補償裝置」，柱塞套鑲嵌於缸孔內，與柱塞 直接接觸，柱塞套中部外周與引水通道相通，引水通道與柱塞腔底端連通，實現柱塞副間隙 自動補償，緩解柱塞套的磨損，減少洩漏量。4)配流閥取代配流盤，減少一對關鍵摩擦副，配流閥機構跟著缸體旋轉。配流閥可降低系統的過濾精度和材料的耐磨性要求，有良好的密封性能和吸入性能，有助於實現斜 盤式純水柱塞泵的高壓化5)泵體前腔開有水口，前腔儲水實現滑靴_斜盤摩擦副的水潤滑，並緩解了摩擦 熱作用；泵體後腔、大滑動軸承與缸體後半部分與形成吸水容腔，吸水容腔與後端蓋上的吸 水口相通，有利於柱塞泵吸水。6)柱塞泵吸水口與出水口由旋轉組合密封件實現高壓密封。缸體尾部的滑動軸承 既承受徑向力又承受軸向力，有效簡化了旋轉密封件的受力情形，有利於提高其壽命。

圖1為本實用新型的斜盤式閥配流高壓純水柱塞泵的優選實施例的結構示意圖；圖2為實施例二的配流閥結構示意圖；圖3為實施例三的配流閥結構示意圖；圖中1、前端蓋，2、銷，3、斜盤，4、滑靴，5、回程盤，6、柱塞，7、柱塞套，8、環形溝槽， 9、引水通道，10、柱塞腔，11、吸入閥，12、壓出閥，13、吸水口，14、出水口，15、旋轉密封件， 16、引水槽，17、滑動軸承，18、後端蓋，19、缸體，20、吸水容腔，21、壓縮彈簧，22、彈簧座，23、 大滑動軸承，24、注水口，25、花鍵，26、泵體，27、滑動軸承，28、主軸，29、球鉸，30、泵體前腔， 31、吸入閥閥口，32、配流閥公共腔。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的做詳細的描述實施例一如圖1所示，本實用新型包括泵體26、設置在泵體26內的主軸28、以及從左到右 依次安裝在主軸28上的前端蓋1、斜盤-滑靴機構、球鉸29、柱塞-缸體機構、配流閥和後 端蓋18。前端蓋1和後端蓋18分別固定在泵體26的左右兩側。斜盤-滑靴機構包括斜盤 3、回程盤5、奇數個滑靴4。其中，斜盤3左側與前端蓋1通過銷2連接，右側表面為斜面。 回程盤5中沿周向均勻設置奇數個滑靴4，滑靴4與柱塞6鉸接。柱塞-缸體機構包括缸體19和柱塞6，缸體19內孔開有鍵槽，缸體19與主軸28 由花鍵25連接。缸體19的前部外側面通過軸承23與泵體26相連，後部外側面通過軸承 17與後端蓋18相連，缸體19和泵體26之間形成吸水容腔20，缸體19上沿圓周方向均勻 設置有缸孔，缸孔沿軸向布置，缸孔內覆由工程塑料製成的柱塞套7，形成柱塞腔10，柱塞6 設置在柱塞腔10內，柱塞套7與柱塞6間隙配合，柱塞6能夠在柱塞腔10內左右滑動。柱 塞腔10與斜盤-滑靴機構中的滑靴4個數相等並且位置相對應，柱塞6的球頭與斜盤-滑 靴機構中的滑靴4凹球面鉸接。缸孔與其內孔之間的周向位置上均布有數個彈簧孔，放置壓縮彈簧21和彈簧座 22，彈簧孔內均布的壓縮彈簧21通過彈簧座22作用於球鉸29，球鉸29再作用於回程盤5， 回程盤5壓在滑靴上4，使滑靴4始終與斜盤3相抵。缸體19內孔開有鍵槽，缸體19與主 軸28由花鍵25連接；缸孔內覆柱塞套7，形成柱塞腔10。缸體19通過其外周上的大滑動 軸承23和尾部的滑動軸承17實現徑向與軸向定位，缸體19與配流閥機構加工成一體。應用了已申報的「柱塞副間隙自動補償裝置」專利(專利申請號200910243654. 6)， 在柱塞套的外表面設置有環形溝槽8，缸孔外周沿軸向開有數條狹長的 與環形溝槽8相連通的引水通道9，引水通道9還與柱塞腔10相連通。壓力水可由配流閥 組件公共容腔流經柱塞腔10、引水通道9引到環形溝槽8處。柱塞6在缸孔中做往復直線 運動，當柱塞6處於壓水行程時，柱塞腔10內為高壓水，高壓水通向柱塞套7外周的環形溝 槽8，迫使柱塞套7在環形溝槽8處徑向向內產生微量的變形，減小柱塞6與柱塞套7之間 的配合間隙，實現零洩漏或微量洩漏，達到良好的密封效果；當柱塞6吸水行程時，容腔內 為低壓水，柱塞套7外周的環形溝槽8內也是低壓水，柱塞套7內外受到的壓力平衡，恢復 到原來的形狀，柱塞6與柱塞套7之間的間隙增加，摩擦力減小，從而減小了柱塞6與柱塞 套7的磨損，增加了柱塞副的壽命，同時提高了該泵的機械效率。本實施例中的缸體通過外周大滑動軸承和缸體尾部的滑動軸承實現軸向與徑向 定位，缸體與配流閥機構加工成一體。配流閥組件均勻布置於缸體尾部(配流閥機構)，每 個柱塞腔都與一套配流閥組件相對應。配流閥結構包括數組配流閥組件、柱塞腔10、吸水容腔20、吸水口 13、出水口 14、 後端蓋18。配流閥組件均勻布置於缸體19尾部，每個柱塞腔10都與一套配流閥組件的公 共容腔32對應連通，每套配流閥組件包含一個吸入閥11和一個壓出閥12。吸水容腔20和 吸水口 13及吸入閥11閥口相通，出水口 14和壓出閥12閥口相通。該斜盤式閥配流高壓純水柱塞泵的工作過程如下所述外部動力使主軸28旋轉， 主軸28通過花鍵25帶動缸體19 一同旋轉，柱塞6和滑靴4鉸接並跟著缸體19旋轉。壓 縮彈簧21通過彈簧座22、球鉸29和回程盤5將作用力均勻施加到每個滑靴4上，使滑靴4 始終緊貼斜盤3上滑動，同時柱塞6受到靜止不動的斜盤3給滑靴4的作用力而在鑲嵌於缸 孔內的柱塞套7中作往復運動。當滑靴4從斜盤3下極限位置向上極限位置滑動時，柱塞6 處於吸水行程，配流閥組件中的壓出閥12的閥芯均處於關閉狀態，同時柱塞腔10中的封閉 容積增大，水壓力降低，當柱塞腔10中的水壓下降到某一數值時，配流閥組件中吸入閥11 的閥芯會因泵吸水口 13處的水壓大於柱塞腔10中的水壓與吸入閥11內彈簧作用力的合 力被開啟，水由泵吸水口 13經吸水容腔20進入吸入閥11的吸水口再流入壓力低的柱塞腔 10中，實現吸水過程；當滑靴4從斜盤3的上極限位置向下極限位置滑動時，柱塞6處於壓 水行程，同時柱塞腔10的容積會漸漸減小，逐漸升高的水壓力一方面集合配流閥組件中吸 入閥11彈簧的彈簧力將吸入閥11閥芯關閉，另一方面克服配流閥組件中壓出閥12內彈簧 的作用力和泵出水口 14壓力的合力，將壓出閥12閥芯打開，使柱塞腔10中的高壓水經壓 出閥12的出水口流入泵出水口 14排出，實現壓水過程。當主軸28帶動缸體19旋轉一周， 每個柱塞6各吸水、壓水一次，隨著主軸28的不斷旋轉，各柱塞6也連續地獨立完成吸、壓 水的動作，從而使水壓柱塞泵正常工作。本實用新型採用配流閥取代配流盤，配流閥的吸入閥31和壓出閥32徑向布置，或 吸入閥31軸向布置、壓出閥32徑向布置。依靠吸入閥31和壓出閥32依次與柱塞腔10通 斷來實現泵的吸、排水機能，因此不存在嚴重的摩擦磨損問題，有助於實現泵的高壓化。泵體前腔30開有由水口，泵體前腔30儲水。泵體後腔、大滑動軸承23與缸體19 後半部分與形成吸水容腔，吸水容腔與後端蓋18上的吸水口 13相通。本實施例中的前端蓋1通過周向布置的銷2與斜盤3連接，缸體19與配流閥機構 成一體，缸體19內孔開有鍵槽，缸體19與主軸28由花鍵25連接。柱塞-缸體、配流閥機構隨著主軸28轉動，斜盤3不轉動，避免了斜盤3旋轉不平衡質量引起的缸體19擺動。本實施例中的缸體19通過大滑動軸承23和尾部的滑動軸承17定位於泵體26內。主軸28上的滑動軸承27和缸體19外周上的大滑動軸承23和尾部的滑動軸承17，緩解了 主軸28撓性彎曲和缸體19擺動共同作用引起的泵體26擺動，使柱塞泵運轉平穩。配流閥取代配流盤，減少一對關鍵摩擦副，配流閥機構與缸體19成一體。配流閥 可降低系統的過濾精度和材料的耐磨性要求，有良好的密封性能和吸入性能，有助於實現 斜盤式純水柱塞泵的高壓化。吸入閥11、壓出閥12均徑向布置於缸體尾部，吸入閥11和壓 出閥12的閥口均沿主軸的徑向開口。相對於實施例三的配流閥結構，縮小了缸體19的體 積；相對與實施例二的配流閥結構，吸水腔體積大，利於吸水。泵體前腔30由水口 24注水，實現滑靴-斜盤摩擦副的水潤滑，並緩解了摩擦熱作 用；泵體26的後腔、大滑動軸承23與缸體19後半部分與形成吸水容腔20，吸水容腔20與 後端蓋18上的吸水口 13相通，有利於柱塞泵吸水。柱塞泵吸水口 13與出水口 14由旋轉組合密封件15實現高壓密封。缸體19尾部 的滑動軸承17既承受徑向力又承受軸向力，有效簡化了旋轉密封件15的受力情形，有利於 提高其壽命。實施例二 本實施例中的結構與實施例一基本相同，不同之處僅在於吸入閥的進水口形式不 同本實施例中吸入閥11和壓出閥12均沿主軸的徑向布置於缸體19尾部，但吸入閥11的 閥口 31沿軸向開口。相對於實施例一的配流閥結構，低壓水從吸入閥11閥口 31進入配流 閥公共腔32時，不受缸體19旋轉的離心力影響，吸水效果較好；相對於實施例三的配流閥 結構，缸體19體積較小。實施例三本實施例中的結構與實施例一基本相同，不同之處僅在於吸入閥的布置形式不 同本實施例中壓出閥12徑向布置，吸入閥11軸向布置於缸體19尾部，吸入閥11的閥口 31沿軸向開口，閥口 31與吸水口 13直接相通。相對於實施例一，低壓水從吸入閥11閥口 31進入配流閥公共腔38時，不受缸體19旋轉的離心力影響，吸水效果較好。
權利要求斜盤式閥配流高壓純水柱塞泵，其特徵在於包括泵體(26)、設置在泵體(26)內的主軸(28)、以及從左到右依次安裝在主軸(28)上的前端蓋(1)、斜盤 滑靴機構、球鉸(29)、柱塞 缸體機構、配流閥和後端蓋(18)；前端蓋(1)和後端蓋(18)分別固定在泵體(26)的左右兩側；其中所述斜盤 滑靴機構包括斜盤(3)、回程盤(5)和滑靴(4)，斜盤(3)左側與前端蓋(1)固連，右側表面為斜面，回程盤(5)安裝在球鉸(29)的外側面，滑靴(4)沿回程盤(5)的周向均勻分布，滑靴(4)的左端面與斜盤(3)的斜面相接觸；所述柱塞 缸體機構包括缸體(19)、柱塞(6)和柱塞套(7)，缸體(19)的內孔與主軸(28)由花鍵(25)連接，缸體(19)的前部外側面通過軸承(23)與泵體(26)相連，後部外側面通過軸承(17)與後端蓋(18)相連，缸體(19)和泵體(26)之間形成吸水容腔(20)，缸體(19)上沿圓周方向均勻設置有缸孔，缸孔沿軸向布置，缸孔內覆柱塞套(7)，形成柱塞腔(10)，柱塞(6)設置在柱塞腔(10)內，柱塞套(7)與柱塞(6)間隙配合，柱塞(6)能夠在柱塞腔(10)內左右滑動；柱塞腔(10)與斜盤 滑靴機構中的滑靴(4)個數相等並且位置相對應，柱塞(6)的左端與斜盤 滑靴機構中的滑靴(4)的右端鉸接；在缸體(19)上沿圓周方向還均勻設置有彈簧孔，彈簧孔設置在缸體的內孔和缸孔之間，彈簧孔內設置有壓縮彈簧(21)，壓縮彈簧(21)通過彈簧座(22)壓在球鉸(29)的右端面，壓縮彈簧(21)作用於球鉸(29)，球鉸(29)再作用於回程盤(5)，回程盤(5)壓在滑靴(4)上，使滑靴(4)始終與斜盤(3)相抵；在所述柱塞套(7)的外表面設置有環形溝槽(8)，在缸孔外周的缸體(19)上沿軸向開有與環形溝槽(8)相連通的引水通道(9)，引水通道(9)與柱塞腔(10)相通；所述配流閥布置在缸體內部，個數與柱塞腔(10)相等，每個柱塞腔(10)的右端都連接有一組配流閥，配流閥的入水口與缸體(19)和泵體(26)之間的吸水容腔(20)相連通，配流閥的公共腔(32)與柱塞腔(10)相連通；在後端蓋上設置有吸水口(13)和出水口(14)，吸水口(13)與吸水容腔(20)相連通，出水口(14)與配流閥的出水口相連通。
2.根據權利要求1所述的斜盤式閥配流高壓純水柱塞泵，其特徵在於所述配流閥包 括吸入閥(11)和壓出閥(12)，吸入閥(11)和壓出閥(12)均徑向布置於缸體(19)內，吸入 閥(11)的閥口(31)沿主軸(28)的徑向開口。
3.根據權利要求1所述的斜盤式閥配流高壓純水柱塞泵，其特徵在於所述配流閥包 括吸入閥(11)和壓出閥(12)，吸入閥(11)和壓出閥(12)均徑向布置於缸體(19)，吸入閥(11)的閥口(31)沿主軸(28)的軸向開口。
4.根據權利要求1所述的斜盤式閥配流高壓純水柱塞泵，其特徵在於所述配流閥包 括吸入閥(11)和壓出閥(12)，壓出閥(12)徑向布置，吸入閥(11)軸向布置，吸入閥(11) 的閥口(31)沿主軸(28)的軸向開口。
5.根據權利要求1或權利要求2或權利要求3或權利要求4所述的斜盤式閥配流高壓 純水柱塞泵，其特徵在於在缸體(19)後部與後端蓋(18)連接的軸承(17)的右側設置有 旋轉密封組件(15)，實現高壓純水泵出水口處高壓水與吸水口處低壓水間的密封。
專利摘要本實用新型是涉及一種泵，具體為斜盤式閥配流高壓純水柱塞泵。該柱塞泵主要由主軸、斜盤-滑靴機構、柱塞-缸體機構、閥配流機構組成。主軸通過花鍵帶動缸體和閥配流機構一起旋轉，柱塞跟著缸體作旋轉運動，並且相對缸體作往復運動。柱塞帶動與其鉸接的滑靴在斜盤面上滑動。吸入閥、壓出閥依次與柱塞腔通斷，來實現泵的吸、排水機能。本實用新型斜盤不轉動，避免了斜盤旋轉不平衡質量引起的缸體擺動。主軸上的滑動軸承、缸體外周上的大滑動軸承及缸體尾部的滑動軸承，緩解了主軸撓性彎曲和缸體擺動引起的泵體擺動，使柱塞泵運轉平穩；本實用新型用配流閥取代配流盤，減少了一對關鍵摩擦副，實現斜盤式純水柱塞泵的高壓化。
文檔編號F04B1/22GK201771701SQ20102051724
公開日2011年3月23日 申請日期2010年9月3日 優先權日2010年9月3日
發明者喻國哲, 溫建東, 聶松林, 胡志威, 董武濤, 阮俊 申請人:北京工業大學