專利名稱：自補(bǔ)水型閥配流柱塞式超高壓水泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及容積泵領(lǐng)域，具體涉及一種自補(bǔ)水式閥配流柱塞超高壓水泵。
背景技術(shù)：
水壓泵一直作為水液壓技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)被研究。由于水與礦物油相比，在理化 特性方面有著較大的差別，如水的粘度較小，水膜厚度較薄，腐蝕性大，增加了密封、潤(rùn)滑的 難度。由于水介質(zhì)自身的理化特性，目前國(guó)際上水壓泵以采用柱塞式結(jié)構(gòu)為主，如丹麥 Danfoss (丹弗斯)生產(chǎn)的Nessie (尼思)系列水泵，德國(guó)Hauhinco (豪森科)水泵，以及日 本小松工作室生產(chǎn)海水泵均為柱塞泵。因?yàn)橹门c葉片式及齒輪式液壓泵相比，關(guān)鍵摩 擦副以面接觸為主，接觸PV值相對(duì)較小，相對(duì)容易解決水潤(rùn)滑性差的摩擦副磨損大等技術(shù) 難點(diǎn)。1996年華中科技大學(xué)研制出了中國(guó)第一臺(tái)海水液壓泵，用于潛艦救生器對(duì)口裙的疏 水，該泵為解決水介質(zhì)的腐蝕性強(qiáng)、潤(rùn)滑性差等特點(diǎn)，采用了油壓水分離式技術(shù)方案。在柱 塞套與柱塞間通過(guò)兩道格來(lái)圈將油腔與水壓腔分離，使球頭\滑靴副，滑靴\斜盤副的潤(rùn)滑 介質(zhì)為油，成功解決了這兩對(duì)摩擦磨損問(wèn)題，提高泵整體的可靠性及使用壽命。但將這種油 水分離式柱塞泵在陸上使用時(shí)，會(huì)存在油腔的溫度過(guò)高，加速了潤(rùn)滑油的失效，增加了運(yùn)行 成本和維護(hù)的復(fù)雜性；同時(shí)，容易出現(xiàn)自吸不足，影響泵的效率與噪聲，并容易導(dǎo)致氣蝕，從 而影響泵的使用壽命，特別作為水壓作業(yè)工具的水液壓動(dòng)力源在岸邊或船上工作時(shí)，不能 直接從河中、湖水或海水吸水，需要潛水泵為其補(bǔ)水。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自補(bǔ)水型閥配流柱塞式超高壓水泵，解決油水分離式水 液壓泵在陸上使用時(shí)存在潤(rùn)滑油溫度過(guò)高及自吸不足的問(wèn)題，從而降低運(yùn)行成本及提高水 泵的運(yùn)行壽命。自補(bǔ)水型閥配流柱塞式超高壓水泵，包括泵主體，所述泵主體包括腔體、水泵入口以及水泵出口 ；旋轉(zhuǎn)單元，所述旋轉(zhuǎn)單元包括旋轉(zhuǎn)主軸，并設(shè)于所述泵主體內(nèi)；冷卻單元，所述冷 卻單元包括冷卻器和補(bǔ)水泵，所述冷卻器為一空心圓環(huán)，并設(shè)于腔體內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)主軸穿過(guò)該圓環(huán)，所述補(bǔ)水泵安裝在所述旋 轉(zhuǎn)主軸上，補(bǔ)水泵的入口流體連通水泵入口，補(bǔ)水泵的出口流體連通冷卻器的入口 ；柱塞配流單元，所述柱塞配流單元設(shè)于所述腔體內(nèi)，所述柱塞配流單元包括配流 閥組件和柱塞滑靴組件；其中，所述柱塞滑靴組件設(shè)于所述腔體內(nèi)，并將所述腔體分成相互 獨(dú)立的壓力腔和油潤(rùn)滑腔，所述配流閥組件分別與所述壓力腔和冷卻器的出口流體相通；所述補(bǔ)水泵在所述旋轉(zhuǎn)主軸的帶動(dòng)下，將水泵入口的水壓入冷卻器，再?gòu)睦鋮s器 流出到配流閥組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述油潤(rùn)滑腔的冷卻以及給配流閥組件的低壓力水供應(yīng)，同時(shí) 柱塞滑靴組件在所述旋轉(zhuǎn)主軸的帶動(dòng)下進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得所述配流閥組件通過(guò)水泵入口和水泵出口進(jìn)行吸水和排水動(dòng)作。作為優(yōu)化，所述配流閥組件包括一體設(shè)置的吸入閥與壓出閥，其中，所述吸入閥的 入口與所述水泵入口流體連通，所述壓出閥的出口與所述水泵出口流體連通，所述吸入閥 的出口與所述壓出閥的入口流體連通。作為優(yōu)化，所述旋轉(zhuǎn)單元還包括依次設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)主軸上的復(fù)位彈簧、回程盤和 斜盤，所述柱塞滑靴組件包括階梯柱塞和滑靴，其中所述階梯柱塞通過(guò)球鉸副與所述滑 靴可動(dòng)連接，所述腔體內(nèi)還設(shè)有柱塞通道，所述階梯柱塞可滑動(dòng)設(shè)置于所述柱塞通道內(nèi)，其中，所述回程盤的一側(cè)與所述復(fù)位彈簧相接觸，所述回程盤的另一側(cè)與所述滑 靴相接觸，在所述復(fù)位彈簧的作用下所述回程盤使得所述滑靴的底部緊貼于所述斜盤的表 面，進(jìn)而使得所述斜盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)所述滑靴傳遞到所述階梯柱塞，促使所述階梯柱塞在 所述柱塞通道內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述階梯柱塞的小直徑端與所述柱塞通道間形成所述壓力腔， 所述階梯柱塞的大直徑端與所述柱塞通道間的空腔與通過(guò)流道與外界相通。作為優(yōu)化，所述柱塞滑靴組件還包括設(shè)于所述柱塞通道內(nèi)的階梯柱塞套，所述階 梯柱塞設(shè)于所述階梯柱塞套內(nèi)，并與所述階梯柱塞套直接可滑動(dòng)接觸。作為優(yōu)化，所述階梯柱塞包括設(shè)于其表面的凹坑以及徑向設(shè)置的與所述壓力腔流 體連通的阻尼孔，所述凹坑與所述阻尼孔相連通。作為優(yōu)化，所述滑靴底部設(shè)有階梯形支承腔，所述支承腔與所述油潤(rùn)滑腔流體連
ο作為優(yōu)化，所述旋轉(zhuǎn)單元還包括與所述旋轉(zhuǎn)主軸配合的滾動(dòng)軸承和主軸盤，主軸 盤通過(guò)滑動(dòng)軸承作用于所述斜盤，保證所述斜盤與所述滑靴沿圓周方向相對(duì)靜止。本發(fā)明的技術(shù)效果有1.自帶離心泵，自吸能力好，特別作為水壓作業(yè)工具動(dòng)力源時(shí)，在海邊或船上使用 時(shí)可以減小補(bǔ)水泵。2.在油缸內(nèi)設(shè)有冷卻器，解決了油水分離泵潤(rùn)滑油工作溫度過(guò)高的問(wèn)題，有效降 低了潤(rùn)滑油的使用壽命。3.油水分離結(jié)構(gòu)，解決了水介質(zhì)潤(rùn)滑性差帶來(lái)的摩擦副間磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，較好 地解決球頭/滑靴副與滑靴\斜盤副的磨損，選用成熟的碳鋼滾動(dòng)軸承，不僅低廉，工作可罪。4、將柱塞設(shè)計(jì)成階梯形狀，降低高速、重載條件下滑靴與斜盤之間接觸應(yīng)力；并在 柱塞及滑靴表面增加球形或隨球形凹坑，減小配合面接觸應(yīng)力、限制磨粒運(yùn)動(dòng)及形成局部 動(dòng)壓支承，從而解決高速重載條件下摩擦副的磨損問(wèn)題，提高了超高壓泵的使用壽命。5、位于柱塞的高壓端四個(gè)球形凹坑還通過(guò)細(xì)小阻尼孔與壓力腔連通，使柱塞與柱 塞套間形成雙阻尼效應(yīng)，預(yù)防柱塞卡死，及減小兩者之間直接磨損。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為缸體B-B剖視圖。
圖3為柱塞滑靴組件結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。參見(jiàn)圖1和2，缸體8 —端連接殼體17，另一端設(shè)有端蓋3，端蓋3上開(kāi)有水泵入口 和出口，端蓋3上安裝有與旋轉(zhuǎn)主軸1連接的補(bǔ)水泵35。缸體8內(nèi)開(kāi)有階梯通孔37和階梯 孔38，階梯通孔37的左側(cè)安裝吸入閥7，階梯孔38內(nèi)安裝壓出閥32。階梯通孔的右側(cè)安裝 有階梯形柱塞套13，柱塞套13兩端相嵌有高分子支承環(huán)，柱塞套13中間部分開(kāi)有兩個(gè)環(huán) 形槽，用于安裝格來(lái)圈14，在支承環(huán)內(nèi)安裝有柱塞滑靴組件11，如圖3所示，柱塞41的圓柱 表面與格來(lái)圈14相接觸，實(shí)現(xiàn)階梯柱41塞左側(cè)的介質(zhì)水與柱塞右側(cè)41的介質(zhì)油相分離。 柱塞套13兩環(huán)形槽之沿徑向分布有小孔，小孔與缸體上的環(huán)形槽12相通，環(huán)形槽開(kāi)有通孔 29與外界相通，使柱塞41左右兩側(cè)的流體介質(zhì)經(jīng)格來(lái)圈泄漏的流體可以排出。柱塞滑靴組件11如圖1，3所示，柱塞41為階梯形狀，與滑靴2三相連端直徑較 大，另一端直徑較小，小直徑端與柱塞套和吸入閥一起形成的空腔為壓力腔10。柱塞41與 滑靴25表面加工有球形或橢球形凹坑42，在柱塞左端加工有細(xì)小阻尼孔40，通過(guò)細(xì)小阻尼 孔40使柱塞表面其中一組凹坑與壓力腔10相連通。滑靴43底部加工有三級(jí)臺(tái)階支承腔 45，支承腔45通過(guò)流道44與油潤(rùn)滑腔相通。階梯形柱塞41，減小了超高壓條件下滑靴43 與斜盤25之間接觸應(yīng)力。三級(jí)臺(tái)階支承腔45使滑靴43在斜盤25上滑動(dòng)時(shí)，通過(guò)改變水 膜厚度從而產(chǎn)生動(dòng)壓支承。凹坑42可以減小了配合面接觸應(yīng)力、限制磨粒運(yùn)動(dòng)，而且形成 局部動(dòng)壓支承。細(xì)小阻尼孔40使一組凹坑42與壓力腔10相通，使柱塞41與柱塞套13間 形成雙阻尼效應(yīng)，解決了為提高超高壓泵的容積效率而減小柱塞套13與柱塞41間隙導(dǎo)致 的柱塞卡死問(wèn)題，并且減小兩者之間直接接觸的概率，從而減小柱塞41及柱塞套13之間的 磨損。各結(jié)構(gòu)的綜合作用解決高速重載條件下摩擦副的磨損問(wèn)題，提高了超高壓泵的使用 壽命ο缸體8與殼體17間的空腔形成油潤(rùn)滑腔22，在油潤(rùn)滑腔內(nèi)缸體8的右側(cè)安放冷卻 器15，冷卻器為一圓環(huán)結(jié)構(gòu)，圓環(huán)的內(nèi)外壁間形成流道，冷卻器15流道的入口與位于缸體 上的通道6相通，出口與通道28相通，通道28與吸入閥7的入口相通，缸體8與冷卻器15 為密封連接，可以將水介質(zhì)與油介質(zhì)分離開(kāi)。旋轉(zhuǎn)主軸19通過(guò)徑向滾動(dòng)軸承30、20分別與 缸體8和殼體17相連。旋轉(zhuǎn)主軸19上加工有與旋轉(zhuǎn)主軸成一定傾角的旋轉(zhuǎn)主軸盤，旋轉(zhuǎn)主軸盤的左側(cè) 通過(guò)徑向軸承24連接推力軸承23，推力軸承23再與一斜盤25連接，旋轉(zhuǎn)主軸盤的右側(cè)通 過(guò)推力軸承21與殼體17相連。通過(guò)組合使用徑向軸承24和推力軸承23，使滑靴43與斜 盤25沿旋轉(zhuǎn)主軸周方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度理論上為零，兩者之間運(yùn)動(dòng)為滑靴43相對(duì)斜盤25 擺動(dòng)而產(chǎn)生較小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，減小了滑靴43與斜盤25之間的磨損。位于缸體8內(nèi)的復(fù) 位彈簧27通過(guò)球鉸26和回程盤16使滑靴43和斜盤25始終保持接觸。旋轉(zhuǎn)主軸19的右 端通過(guò)機(jī)械密封18伸出殼體17，左端從缸體8中伸出與離心泵35相連。離心泵的入口與 后端蓋3上的泵入口相連通，出口與后端蓋上的流道4相通，流道4與通道6相通。旋轉(zhuǎn)主 軸左端圓柱面與安裝于缸體的旋轉(zhuǎn)格來(lái)圈36相接觸，兩格圈之間形成空腔A通過(guò)流道28、 冷卻器15、流道6與補(bǔ)水泵35相通，并通過(guò)吸入閥7與壓力腔10相通。
該超高壓海水泵的工作過(guò)程是這樣實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)主軸19順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)補(bǔ)水泵 35 (以離心泵為例說(shuō)明)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中的介質(zhì)水隨著補(bǔ)水泵的葉輪一起旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用 下，飛離葉輪向外射出，射出的液體在后端蓋擴(kuò)散室內(nèi)速度逐漸變慢，壓力逐漸增加，然后 使初步加壓介質(zhì)水經(jīng)通道6-冷卻器15-通道流28-容腔A，最后流至吸入閥7的入口。旋 轉(zhuǎn)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)安裝于旋轉(zhuǎn)主軸盤上的推力軸承23動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)與之連接的斜盤 25擺動(dòng)。復(fù)位彈簧27通球鉸26和回程盤16將作用力均勻地施加于滑靴43之上，使滑靴 43緊貼在斜盤25上滑動(dòng)。柱塞41受到斜盤25給滑靴43的作用力，使柱塞41在柱塞套13 中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)主軸盤沿極限位置(如圖1所示位置)運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓出閥閥芯33處于 關(guān)閉狀態(tài)?；?3在回程盤16的壓緊力作用下，帶動(dòng)柱塞41向右運(yùn)動(dòng)，壓力腔10的容積 增大，壓力下降，當(dāng)下降到一定值時(shí)，當(dāng)吸入閥閥芯9因補(bǔ)水泵出口的壓力大于壓力腔10中 的壓力和吸入閥彈簧2作用力的合力時(shí)，吸入閥開(kāi)啟，水由泵入口經(jīng)補(bǔ)水泵35-流道4-流 道6-冷卻器15-空腔A-吸入閥7-壓力腔10，實(shí)現(xiàn)吸水。由于該過(guò)程實(shí)介質(zhì)水經(jīng)過(guò)冷卻器 流動(dòng)，通過(guò)冷卻器的熱交換可帶走油腔中部分的熱量。當(dāng)主軸盤沿極限位置(如圖1的位 置)運(yùn)動(dòng)180°后，此時(shí)柱塞41處于全部外伸的狀態(tài)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)主軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑靴43受 斜盤25的作用力，推動(dòng)柱塞41向左動(dòng)運(yùn)，壓力腔10的容積為漸漸減小，壓力腔10的壓力 升高，將吸入閥7關(guān)閉，同時(shí)壓出前期閥芯33克服壓出閥彈簧34作用力及泵出口壓力的合 力開(kāi)啟，使壓力腔10內(nèi)的高壓水經(jīng)壓出閥32出水口流入該泵的出口，實(shí)現(xiàn)排水。當(dāng)旋轉(zhuǎn)主 軸旋轉(zhuǎn)一周，合柱塞吸水及壓水各一次，隨著旋轉(zhuǎn)主軸的不斷旋轉(zhuǎn)，補(bǔ)水泵35不斷給壓力 腔10補(bǔ)水，而各柱塞也連續(xù)地獨(dú)立完成吸水與排水的動(dòng)作，使該泵能其它水壓元件提供高 壓介質(zhì)水，提供動(dòng)力。
權(quán)利要求
自補(bǔ)水型閥配流柱塞式超高壓水泵，包括泵主體，所述泵主體包括腔體、水泵入口以及水泵出口；旋轉(zhuǎn)單元，所述旋轉(zhuǎn)單元包括旋轉(zhuǎn)主軸，并設(shè)于所述泵主體內(nèi)；冷卻單元，所述冷卻單元包括冷卻器和補(bǔ)水泵，所述冷卻器為一空心圓環(huán)，并設(shè)于腔體內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)主軸穿過(guò)該圓環(huán)，所述補(bǔ)水泵安裝在所述旋轉(zhuǎn)主軸上，補(bǔ)水泵的入口流體連通水泵入口，補(bǔ)水泵的出口流體連通冷卻器的入口；柱塞配流單元，所述柱塞配流單元設(shè)于所述腔體內(nèi)，所述柱塞配流單元包括配流閥組件和柱塞滑靴組件；其中，所述柱塞滑靴組件設(shè)于所述腔體內(nèi)，并將所述腔體分成相互獨(dú)立的壓力腔和油潤(rùn)滑腔，所述配流閥組件分別與所述壓力腔和冷卻器的出口流體相通；所述補(bǔ)水泵在所述旋轉(zhuǎn)主軸的帶動(dòng)下，將水泵入口的水壓入冷卻器，再?gòu)睦鋮s器流出到配流閥組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述油潤(rùn)滑腔的冷卻以及給配流閥組件的低壓力水供應(yīng)，同時(shí)柱塞滑靴組件在所述旋轉(zhuǎn)主軸的帶動(dòng)下進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得所述配流閥組件通過(guò)水泵入口和水泵出口進(jìn)行吸水和排水動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱塞式超高壓水泵，其特征在于，所述配流閥組件包括一體 設(shè)置的吸入閥與壓出閥，其中，所述吸入閥的入口與所述水泵入口流體連通，所述壓出閥的 出口與所述水泵出口流體連通，所述吸入閥的出口與所述壓出閥的入口流體連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱塞式超高壓水泵，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)單元還包括依次設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)主軸上的復(fù)位彈簧、回程盤和斜盤，所述柱塞滑靴組件包括階梯柱塞和滑靴，其中所述階梯柱塞通過(guò)球鉸副與所述滑靴可 動(dòng)連接，所述腔體內(nèi)還設(shè)有柱塞通道，所述階梯柱塞可滑動(dòng)設(shè)置于所述柱塞通道內(nèi)，其中，所述回程盤的一側(cè)與所述復(fù)位彈簧相接觸，所述回程盤的另一側(cè)與所述滑靴相 接觸，在所述復(fù)位彈簧的作用下所述回程盤使得所述滑靴的底部緊貼于所述斜盤的表面， 進(jìn)而使得所述斜盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)所述滑靴傳遞到所述階梯柱塞，促使所述階梯柱塞在所述 柱塞通道內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述階梯柱塞的小直徑端與所述柱塞通道間形成所述壓力腔，所述 階梯柱塞的大直徑端與所述柱塞通道間的空腔與通過(guò)流道與外界相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柱塞式超高壓水泵，其特征在于，所述柱塞滑靴組件還包括 設(shè)于所述柱塞通道內(nèi)的階梯柱塞套，所述階梯柱塞設(shè)于所述階梯柱塞套內(nèi)，并與所述階梯 柱塞套直接可滑動(dòng)接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柱塞式超高壓水泵泵，其特征在于，所述階梯柱塞包括設(shè)于 其表面的凹坑以及徑向設(shè)置的與所述壓力腔流體連通的阻尼孔，所述凹坑與所述阻尼孔相 連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柱塞式水泵，其特征在于，所述滑靴底部設(shè)有階梯形支承腔， 所述支承腔與所述油潤(rùn)滑腔流體連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的柱塞式超高壓水泵，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn) 單元還包括與所述旋轉(zhuǎn)主軸配合的滾動(dòng)軸承和主軸盤，主軸盤通過(guò)滑動(dòng)軸承作用于所述斜 盤，保證所述斜盤與所述滑靴沿圓周方向相對(duì)靜止。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自補(bǔ)水型閥配流柱塞式超高壓水泵，主要包括腔體、冷卻單元、旋轉(zhuǎn)主軸和柱塞配流單元。冷卻單元包括冷卻器和補(bǔ)水泵，柱塞配流單元包括配流閥組件和柱塞滑靴組件。柱塞滑靴組件將腔體分成相互獨(dú)立的壓力腔和油潤(rùn)滑腔。補(bǔ)水泵在旋轉(zhuǎn)主軸的帶動(dòng)下，將水泵入口的水壓入冷卻器，再?gòu)睦鋮s器流出到配流閥組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述油潤(rùn)滑腔的冷卻以及給配流閥組件提供低壓的壓力水，同時(shí)柱塞滑靴組件在所述旋轉(zhuǎn)主軸的帶動(dòng)下進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得所述配流閥組件通過(guò)水泵入口和水泵出口進(jìn)行吸水和排水動(dòng)作。本發(fā)明解決油水分離式水液壓泵在陸上使用時(shí)存在潤(rùn)滑油溫度過(guò)高及自吸不足的問(wèn)題，從而降低運(yùn)行成本及提高水泵的運(yùn)行壽命。
文檔編號(hào)F04B23/10GK101956688SQ20101028930
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者劉銀水, 吳德發(fā), 朱玉泉, 朱碧海, 李曉暉, 賀小峰 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)