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：
本實(shí)用新型涉及容積泵領(lǐng)域，具體涉及一種自補(bǔ)水式閥配流柱塞超高壓水泵。 技術(shù)背景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(pán)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。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型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
3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(pán)和 斜盤(pán)，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(pán)的一側(cè)與所述復(fù)位彈簧相接觸，所述回程盤(pán)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(pán)使得所述滑靴的底部緊貼于所述斜盤(pán)的表 面，進(jìn)而使得所述斜盤(pán)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 通。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(pán)，主軸 盤(pán)通過(guò)滑動(dòng)軸承作用于所述斜盤(pán)，保證所述斜盤(pán)與所述滑靴沿圓周方向相對(duì)靜止。本實(shí)用新型的技術(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(pán)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(pán)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為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為缸體B-B剖視圖。[0028]圖3為柱塞滑靴組件結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(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(pán)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(pán)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1 5，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(pán)，旋轉(zhuǎn)主軸盤(pán)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(pán)25連接，旋轉(zhuǎn)主軸盤(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)16使滑靴43和斜盤(pán)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。
5[0034] 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(pán)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(pán) 25擺動(dòng)。復(fù)位彈簧27通球鉸26和回程盤(pán)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(pán)25上滑動(dòng)。柱塞41受到斜盤(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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1.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(pán)和斜盤(pán)，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(pán)的一側(cè)與所述復(fù)位彈簧相接觸，所述回程盤(pán)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(pán)使得所述滑靴的底部緊貼于所述斜盤(pán)的表面， 進(jìn)而使得所述斜盤(pán)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(pán)，主軸盤(pán)通過(guò)滑動(dòng)軸承作用于所述斜 盤(pán)，保證所述斜盤(pán)與所述滑靴沿圓周方向相對(duì)靜止。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種自補(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。本實(shí)用新型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)F04B23/10GK201786601SQ20102053896
公開(kāi)日2011年4月6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)