可變量全水潤滑軸向柱塞式水泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柱塞泵，具體地說是一種可變量全水潤滑軸向柱塞式水泵，屬于柱塞泵技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，人類對資源的消耗日益嚴重，為應(yīng)對資源緊缺所帶來的問題，各國均將目光投向了資源富饒的海洋。開發(fā)海底資源，需要一系列的海洋工具，潛水器是海洋開發(fā)裝備中的關(guān)鍵設(shè)備之一。潛水器廣泛應(yīng)用于海洋勘探、科學考察及軍事偵察等海洋活動中。水液壓系統(tǒng)是潛水器的重要子系統(tǒng)之一，直接以天然海水代替液壓油作工作介質(zhì)的水液壓傳動技術(shù)具有與海洋環(huán)境相容、無環(huán)境污染、抗燃性好、效率高、操作簡單、性能穩(wěn)定等特點，在海洋環(huán)境條件下具有獨特的使用優(yōu)勢，在所有海洋開發(fā)及海軍裝備等領(lǐng)域均具有極其廣闊的應(yīng)用前景。作為水液壓系統(tǒng)的核心動力元件，水液壓泵性能的優(yōu)劣對整個海水液壓系統(tǒng)的性能有決定性的影響。
[0003]目前，在世界各國所進行的海洋活動中，潛水器中所使用的海水泵絕大多數(shù)為柱塞結(jié)構(gòu)形式。美國許多深海潛水器所使用水液壓泵為閥配流軸向斜盤柱塞泵，日本川崎重工所研制的海洋潛水器采用的也為閥配流軸向斜盤柱塞泵。自1996起，國內(nèi)也研制出了多款水液壓泵用于海洋開發(fā)活動中，且均表現(xiàn)出了比較優(yōu)異的性能，應(yīng)用比較成功。
[0004]但是上述大部分柱塞泵均采用油水分離式結(jié)構(gòu)，泵內(nèi)關(guān)鍵摩擦副采用液壓油潤滑，工作介質(zhì)為海水，這種結(jié)構(gòu)存在液壓油泄漏從而污染海洋環(huán)境的風險；另一方面，這些柱塞泵均為定量泵，該泵的驅(qū)動功率一般按最大工作壓力時所需的功率配置。受驅(qū)動功率的限制，在壓力較高情況下，只能小流量工作，而在壓力低時，有足夠的功率余量，但也只能輸出小流量，從而使得系統(tǒng)工作效率低，不利于潛器浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的小型化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種可變量全水潤滑軸向柱塞式水泵，能夠利用過濾后的自來水或海水作為工作介質(zhì)和潤滑介質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)高壓時自動變量，從而在驅(qū)動功率不變的情況下，實現(xiàn)低壓大流量，高壓小流量，提高系統(tǒng)的工作效率。
[0006]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種帶可變量全水潤滑軸向柱塞式水泵，包括主要由前端蓋、泵殼體、缸體和后端蓋組成的外殼，以及設(shè)置在所述外殼內(nèi)的配流閥、卸荷機構(gòu)、回程機構(gòu)、柱塞、滑靴、主軸和斜盤組件；
所述主軸的動力輸入端由所述前端蓋穿出，并與所述前端蓋之間采用機械密封，所述主軸的動力輸出端在所述泵殼體內(nèi)與所述斜盤相連，所述主軸采用半軸支撐方式設(shè)置在所述泵殼體內(nèi)；
所述缸體外側(cè)設(shè)有進水口和出水口，在缸體朝向斜盤的內(nèi)側(cè)同一圓周上，均勻分布有與缸體軸線平行的奇數(shù)個缸孔，所述柱塞與滑靴通過球鉸活動連接，構(gòu)成球面摩擦副，所述滑靴通過所述回程機構(gòu)固定在所述斜盤的斜面上；柱塞置于鑲嵌在缸孔中的缸套中，工作時柱塞在缸孔中做直線往復(fù)運動，與缸套形成滑動摩擦副，每個柱塞與缸孔構(gòu)成的柱塞腔，經(jīng)由設(shè)置在缸體上的配流閥與泵的進水口和出水口相通，所述配流閥包括安裝在配流腔內(nèi)的吸入閥和壓出閥，所述配流腔與所述缸孔數(shù)量相同，且所述配流腔垂直于所述缸孔并分布在所述缸體的尾部；
所述卸荷機構(gòu)主要由活塞和卸荷閥組成，所述卸荷閥包括安裝在閥座內(nèi)的閥芯和彈簧，所述閥座與所述配流腔相通，所述活設(shè)于塞閥芯后端，卸荷閥出口與泵吸水口相通，活塞一側(cè)通過排水腔與柱塞泵的出水口相通，另一側(cè)通過所述卸荷閥的閥座與配流腔相通；所述回程機構(gòu)包括中心彈簧、球鉸和回程盤，所述中心彈簧設(shè)置在所述缸體的中心上，在所述中心彈簧外側(cè)安裝的球鉸與設(shè)置在斜盤上的回程盤緊密壓合；采用中心彈簧回程的最大優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡單，中心彈簧只受靜載荷的作用不存在疲勞的問題，泵整體的可靠性大大增加。
[0007]本發(fā)明的柱塞泵變量機構(gòu)是由活塞及卸荷閥組成的液控卸荷閥，通過高壓時相應(yīng)卸荷閥的開啟來減少實際工作的柱塞數(shù)目，減少泵流量，從而實現(xiàn)變量功能。具體工作原理，卸荷閥入口與柱塞腔相通，出口與泵吸水口相通，活塞一端與柱塞泵出水口相通，另一端與柱塞腔相通。低壓時，活塞受到液壓力作用在卸荷閥閥芯上，液壓力小于彈簧預(yù)壓縮力，卸荷閥不開啟，柱塞泵個柱塞正常吸水排水；高壓時，作用在活塞上的液壓力大于彈簧預(yù)壓縮力，卸荷閥開啟，柱塞腔與泵吸水口連通，柱塞腔中水無法建壓，排入吸水口，與卸荷閥相連的柱塞從原理上不工作。通過設(shè)置幾組不同壓力的卸荷閥，可以實現(xiàn)柱塞泵不同壓力的自動分級變量。
[0008]本發(fā)明進一步限定的技術(shù)方案是:前述的可變量全水潤滑軸向柱塞式水泵，所述斜盤與主軸采用一體化結(jié)構(gòu)，所述主軸的徑向方向由一對角接觸陶瓷球軸承支撐，軸向布置大推力球軸承承受斜盤的軸向分力。角接觸陶瓷球軸承承受主軸所有的徑向力和部分的軸向力，大推力軸承用于支撐斜盤，承受斜盤所受力的大部分軸向分力。大推力軸承的一端固定在殼體內(nèi)壁上，另一端固定在斜盤的軸承安裝槽中；對心安裝的角接觸陶瓷球軸承的內(nèi)圈安裝在主軸上，外圈安裝在殼體的軸承孔中，軸向方向上通過主軸軸肩與前端蓋進行限位。
[0009]前述的可變量全水潤滑軸向柱塞式水泵，所述回程盤與球鉸相接觸處以及滑靴的靴底和球窩內(nèi)表面均注塑有碳纖維增強工程塑料；滑靴球窩與柱塞球頭構(gòu)成球面摩擦副，由于摩擦副配對材料為工程塑料與耐蝕合金，摩擦系數(shù)減小，使摩擦副摩擦狀況得到良好的改善。
[0010]前述的可變量全水潤滑軸向柱塞式水泵，所述機械密封由靜環(huán)和動環(huán)兩部分組成，所述靜環(huán)固定在前端蓋上，所述動環(huán)固定在主軸上隨主軸轉(zhuǎn)動，靜動環(huán)配合面表面光滑,機械密封主要起主軸轉(zhuǎn)動時的密封作用。
[0011]前述的可變量全水潤滑軸向柱塞式水泵，所述卸荷閥的數(shù)量小于或等于所述柱塞數(shù)量。
[0012]進一步的，前述的可變量全水潤滑軸向柱塞式水泵，所述泵殼體上設(shè)有與內(nèi)腔相通的注液孔，在所述注液孔上設(shè)有螺塞。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:①采用液控卸荷閥使海水泵實現(xiàn)多工況有級變量，變量機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，無需外在手動變量操作，自動化高、適應(yīng)性強。通過變量機構(gòu)，能實現(xiàn)低壓大流量、高壓小流量的功能，提高驅(qū)動電機在恒功率情況下的工作效率。在海洋潛器中，內(nèi)部空間及所攜帶的動力均有限，該海水泵更有利于提高潛器的工作效率，也更利于潛器的小型化。因此，該可變量全水潤滑軸向柱塞式水泵適合作為海洋潛器中水液壓系統(tǒng)的動力元件，具有很好的使用性能。
[0014]②配流方式采用配流閥配流，閥配流方式即通過控制與入口及出口相連的配流閥的開啟與關(guān)閉，來實現(xiàn)泵的吸水與排水。海水中雜質(zhì)較多，即使經(jīng)過過濾也存在部分雜質(zhì)顆粒；潛器在海洋水下特殊環(huán)境作業(yè)，能量補充難度較大，對作業(yè)系統(tǒng)的效率及可靠性要求較高；潛器在深海工作時，海水壓力較高。這些因素對海水泵的抗污染能力、工作效率、可靠性等由較高要求。海水柱塞泵采用閥配流，不僅抗污染能力強、效率高、工作穩(wěn)定，也更有利于高壓化。因此，配流閥配流方式應(yīng)用于潛器海水泵中，顯示出極大地優(yōu)勢。
[0015]③全部摩擦副均采用增強工程塑料與耐蝕合金配對，摩擦系數(shù)與磨損率??；所有軸承均采用新型的全陶瓷軸承，自潤滑性能強。新型工程材料的應(yīng)用，使得泵內(nèi)部關(guān)鍵摩擦副的摩擦性能得到改善，使摩擦副能夠在低潤滑性能的海水中正常工作；全部摩擦副均由泵送循環(huán)海水進行冷卻，這有效地提高了泵的工作可靠性與使用壽命。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明柱塞式水泵的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明變量機構(gòu)液控卸荷閥的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖3為液控卸荷閥的連接分布示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明可變量全水潤滑軸向柱塞式水泵的理論壓力流量特性圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
本實施例提供一種可變量全水潤滑軸向柱塞式水泵，結(jié)構(gòu)如圖1至圖4所示，主要由主軸1、機械密封2、泵殼體3、缸體10、后端蓋12、前端蓋23、斜盤6、回程球鉸8、回程彈簧9、回程盤21、柱塞20、滑靴22、壓出閥17、吸入閥18、活塞14和卸荷閥15組成。主軸將電機產(chǎn)生的機械能引入柱塞泵內(nèi)，主軸的旋轉(zhuǎn)帶動斜盤的旋轉(zhuǎn)，推動柱塞在缸體10內(nèi)作直線往復(fù)運動，控制配流閥的開啟與閉合實現(xiàn)吸水排水過程，將機械能轉(zhuǎn)化為液壓