一种自润滑连杆柱塞式阀配流液压泵的制作方法

1.本发明涉及一种自润滑连杆柱塞式阀配流液压泵，可作为动力元件应用于液压传动系统中，尤其适合于低粘度介质的液压传动系统(如高水基和纯水液压传动系统等)，属于流体传动与控制技术领域。


背景技术：

2.液压技术是以液体作为工作介质，产生、控制并传递液体能量的一种基础传动与控制技术，主要是利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来实现能量传递，经过各种控制阀和管路，借助于执行元件(缸或马达)把液体的压力能转换为机械能，驱动工作机构直线往复运动或回转运动。国民经济各领域，包括空天和深海设备，都离不开液压装备。高压柱塞泵是高端液压装备的核心动力元件，被称作液压系统的“心脏”。
3.目前国内生产的高压柱塞泵与外国品牌相比，在技术先进性、工作可靠性、使用寿命和动静态性能指标上都有较大差距，额定工作压力35mpa以上高压斜盘式柱塞泵，90％以上依赖进口。尤其是对于纯水液压斜盘式柱塞泵来说，由于水的粘度低、润滑性差且海水存在杂质，如何提高泵的工作压力、抗污染能力和可靠性是亟待突破的瓶颈问题。斜盘式轴向柱塞泵主要包括端面配流和阀配流两种结构型式，配流阀的密封性能好，易于获得高压，且具有良好的抗污染性能，因此广泛应用于高压、超高压水压柱塞泵中。然而，目前已有的阀配流轴向柱塞泵还存在如下不足：1)多数阀配流轴向柱塞泵依然保留了滑靴-斜盘副和球铰-回程盘副，此两种摩擦副在高压情况下的受力工况恶劣，极易磨损失效；2)多数泵仍采用传统的柱塞-滑靴结构，该结构需采用滚压或者注塑等方式实现包靴，其成型工艺十分复杂，不具有维护性和修复性，一旦滑靴或者柱塞发生磨损，只能整体更换柱塞-滑靴组件；3)多数泵采用斜盘旋转、配流阀静止的工作模式，存在斜盘旋转动不平衡问题，高速高压时因斜盘动不平衡产生的交变冲击载荷会增大泵的振动噪声，限制了泵性能的进一步提升；4)多数水液压阀配流轴向柱塞泵仍采用油水分离的结构型式，即斜盘、滑靴、回程球铰、轴承等受力复杂的零部件采用液压油润滑，通过密封圈将柱塞腔中的水和润滑油腔隔开，一旦密封圈发生退化损坏，油水互串会导致泵急剧磨损失效。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供了一种自润滑连杆柱塞式阀配流液压泵，其克服了现有斜盘式轴向柱塞泵摩擦副受力恶劣、工作寿命低、高压时泄漏大、振动噪声大、体积重量大和水液压阀配流轴向柱塞泵不能自润滑等缺点；本发明采用新型回程机构，取消了易发生磨损失效的回程球铰摩擦副；采用一体式连杆固定盘和耐磨盘对磨，耐磨盘方便更换且表面设置有仿生凹坑，提高了维修性和润滑特性；工作时低压流体充满壳体，所有摩擦副均可实现自润滑。通过上述核心技术点提高了斜盘式轴向柱塞泵的容积效率、工作寿命、润滑性能和功重比，实用性很强。
5.本发明采用如下技术手段，一种自润滑连杆柱塞式阀配流液压泵，前端盖(3)通过螺钉和壳体(9)相连，壳体(9)通过螺钉和后端盖(19)相连。密封压盖(40)通过螺钉和定位止口安装在前端盖(3)上，密封压盖(40)内安装有机械密封(2)，斜盘(4)通过定位止口和定位销固定在前端盖(3)上，斜盘(4)内过盈安装有耐磨盘(39)；耐磨盘(39)的表面设置有仿生圆柱凹坑，耐磨盘(39)的右侧表面与连杆固定盘(6)相连，连杆固定盘(6)外圆与斜盘滑动轴承(5)相连，连杆固定盘(6)内部圆周均匀分布有左球窝(38)，左球窝(38)与连杆(35)相连，左球窝(38)的外侧安装有左球窝固定环(37)，压环(36)左侧和左球窝固定环(37)贴紧，压环(36)的右侧贴紧斜块(7)，斜块(7)的右侧安装有回程波簧(8)，回程波簧的另一端和壳体(9)的台阶相连；连杆(35)的右侧安装有右球窝(34)，右球窝(34)与柱塞(31)的球头相连，柱塞(31)的球头右侧安装有右球窝固定环(33)，连杆压盖(32)过盈安装在连杆(35)上，连杆压盖(32)与右球窝固定环(33)紧贴；主轴(1)穿过密封压盖(40)、机械密封(2)、斜盘(4)，主轴(1)通过键连接和缸体(13)成为一体，缸体(13)内部圆周均匀分布有缸孔，缸孔内过盈安装有缸套(30)，柱塞(31)同轴安装在缸套(30)中。缸体(13)的左侧安装有缸体压盖(10)，缸体(13)的外圆安装有滑动轴承内环(12)，缸体压盖(10)将缸套(30)和滑动轴承内环(12)限位。滑动轴承内环(12)的外圆安装有滑动轴承外环(11)，滑动轴承外环(11)过盈安装在壳体(9)的内孔中；旋转阀盘(15)通过螺钉和缸体(13)固定相连，旋转阀盘(15)的径向均匀开设和柱塞(31)数量相同的圆柱孔，每个圆柱孔内安装有吸入阀座(29)、吸入阀芯(28)、吸入阀弹簧(26)和吸入阀导向杆(27)，吸入阀导向杆(27)外侧安装有吸入阀固定环(14)，吸入阀固定环(14)通过螺钉安装在旋转阀盘(15)上；旋转阀盘(15)的轴向圆周均匀开设和柱塞(31)数量相同的圆柱孔，每个圆柱孔内安装有压出阀座(25)、压出阀芯(24)、压出阀弹簧(23)和压出阀导向杆(22)；旋转阀盘(15)通过螺钉和右侧的旋转阀盘端盖(16)相连，旋转阀盘(15)和旋转阀盘端盖(16)内安装有o型密封圈(17)，旋转阀盘端盖(16)的右侧和止推盘(18)相连，止推盘(18)通过螺钉安装在后端盖(19)上。旋转阀盘(15)与后端盖(19)之间安装有两道阀盘旋转动密封(20)，旋转阀盘端盖(16)与后端盖(19)之间安装有两道阀盘端盖旋转动密封(21)。
6.连杆固定盘(6)的底部设置有和连杆(35)数目相同的腰形通流槽(6.1)，腰形通流槽(6.1)中间含有阻尼孔(6.2)，耐磨盘(39)和止推盘(18)的表面设置有仿生圆柱凹坑，凹坑直径为0.3mm，凹坑深度为0.5mm，凹坑覆盖率为10.48％。壳体(9)上圆周均匀分布多个通水孔(9.1)，主轴(1)上布置有多个径向通水孔，实现液压泵内流体的沟通、冷却循环和摩擦副的润滑。
7.连杆固定盘(6)底部和外圆喷涂有镍基硬质合金，斜盘滑动轴承(5)和耐磨盘(39)的材质均为复合硅基工程陶瓷；滑动轴承内环(12)材质为整体镍基硬质合金，滑动轴承外环(11)材质为复合硅基工程陶瓷；旋转阀盘端盖(16)的底部、柱塞(31)的外圆、连杆(35)的球头和柱塞(31)的球头均喷涂有镍基硬质合金，止推盘(18)、缸套(30)、右球窝(34)和左球窝(38)的材质均为复合硅基工程陶瓷。
8.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
9.1、采用旋转缸体的阀配流柱塞泵工作模式，避免了目前已有的斜盘旋转阀配流柱塞泵带来的斜盘动不平衡问题，消除了因斜盘旋转动不平衡引起的交变冲击载荷和振动噪声。阀配流的方式易于实现高压化，配流阀的泄漏较小，且极大地提高了配流副的抗污染能
力。
10.2、采用新型回程机构，取消了易发生磨损失效的回程球铰摩擦副，采用波形弹簧使得斜块和压环贴紧连杆固定盘，从而实现柱塞的可靠回程。并通连杆固定盘-耐磨盘和旋转阀盘端盖-止推盘结构尺寸的合理设计，平衡泵的轴向推力，降低新型回程机构的工作载荷，延长泵的工作寿命。
11.3、采用一体式连杆固定盘和耐磨盘对磨，耐磨盘方便更换且表面设置有仿生凹坑，提高了维修性和润滑特性，改进了传统柱塞泵的斜盘-滑靴副，连杆固定盘的外圆布置有滑动轴承，实现连杆固定盘和斜盘的支撑，有效地平衡了连杆固定盘在工作时承受的斜盘侧向力，避免了传统柱塞泵中滑靴副在高压下易发生倾覆和磨损失效的问题。
12.4、采用新型连杆柱塞结构，连杆的两端分别为球头和内球窝，分别通过球窝固定环和连杆压盖实现球头结构的开式安装，简化了加工工艺，提高了连杆柱塞的可维修性；柱塞的球头布置在缸体外面，不仅有效地减小了柱塞工作时候的侧向力，避免柱塞侧向力过大引起的缸体倾覆和柱塞副磨损问题，且使得整体结构更加紧凑。
13.5、采用新型配流阀布置方式，吸入阀沿旋转阀盘的径向均匀布置，工作时旋转离心力可促进吸入阀的开启，有效地避免了因配流阀旋转导致的工作介质吸入不足的问题。
14.6、工作时低压流体充满壳体，所有摩擦副均可实现自润滑，关键摩擦副采用镍基硬质合金和复合硅基工程陶瓷的“硬-硬”材料配对组合，耐磨盘和止推盘摩擦面设置仿生织构，提高了摩擦副在高压工况下的润滑特性、耐磨、耐腐蚀和抗污染性能，有利于提高柱塞式液压泵的工作压力和工作可靠性，特别适用于深海开式海水液压系统。
附图说明
15.图1为本发明总体结构示意图；
16.图2为一体式连杆固定盘和连杆柱塞正面示意图；
17.图3为一体式连杆固定盘和连杆柱塞反面示意图；
18.图4为耐磨盘和止推盘表面仿生圆柱凹坑的结构示意图。
19.图中：1、主轴，2、机械密封，3、前端盖，4、斜盘，5、斜盘滑动轴承，6、连杆固定盘，7、斜块，8、回程波簧，9、壳体，10、缸体压盖，11、滑动轴承外环，12、滑动轴承内环，13、缸体，14、吸入阀固定环，15、旋转阀盘，16、旋转阀盘端盖，17、o型密封圈，18、止推盘，19、后端盖，20、阀盘旋转动密封，21、阀盘端盖旋转动密封，22、压出阀导向杆，23、压出阀弹簧，24、压出阀芯，25、压出阀座，26、吸入阀弹簧，27、吸入阀导向杆，28、吸入阀芯，29、吸入阀座，30、缸套，31、柱塞，32、连杆压盖，33、右球窝固定环，34、右球窝，35、连杆，36、压环，37、左球窝固定环，38、左球窝，39、耐磨盘，40、密封压盖。
具体实施方式
20.下面将结合本发明的部分实施例中的附图1-图4，对本发明的实施方式作更加详细地说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明所有实施例的一部分。本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下，从本发明公开的内容中直接获得或者联想到的其他实施例，均属于本发明的保护范围。
21.本发明实施例提供一种自润滑连杆柱塞式阀配流液压泵。如图1所示，前端盖3通
过螺钉和壳体9相连，壳体9通过螺钉和后端盖19相连。密封压盖40通过螺钉和定位止口安装在前端盖3上，密封压盖40内安装有机械密封2，斜盘4通过定位止口和定位销固定在前端盖3上，斜盘4内过盈安装有耐磨盘39；耐磨盘39的表面设置有仿生圆柱凹坑，耐磨盘39的右侧表面与连杆固定盘6相连，连杆固定盘6外圆与斜盘滑动轴承5相连，连杆固定盘6内部圆周均匀分布有左球窝38，左球窝38与连杆35相连，左球窝38的外侧安装有左球窝固定环37，压环36左侧和左球窝固定环37贴紧，压环36的右侧贴紧斜块7，斜块7的右侧安装有回程波簧8，回程波簧的另一端和壳体9的台阶相连；连杆35的右侧安装有右球窝34，右球窝34与柱塞31的球头相连，柱塞31的球头右侧安装有右球窝固定环33，连杆压盖32过盈安装在连杆35上，连杆压盖32与右球窝固定环33紧贴；主轴1穿过密封压盖40、机械密封2、斜盘4，主轴1通过键连接和缸体13成为一体，缸体13内部圆周均匀分布有缸孔，缸孔内过盈安装有缸套30，柱塞31同轴安装在缸套30中。缸体13的左侧安装有缸体压盖10，缸体13的外圆安装有滑动轴承内环12，缸体压盖10将缸套30和滑动轴承内环12限位。滑动轴承内环12的外圆安装有滑动轴承外环11，滑动轴承外环11过盈安装在壳体9的内孔中；旋转阀盘15通过螺钉和缸体13固定相连，旋转阀盘15的径向均匀开设和柱塞31数量相同的圆柱孔，每个圆柱孔内安装有吸入阀座29、吸入阀芯28、吸入阀弹簧26和吸入阀导向杆27，吸入阀导向杆27外侧安装有吸入阀固定环14，吸入阀固定环14通过螺钉安装在旋转阀盘15上；旋转阀盘15的轴向均匀圆周开设和柱塞31数量相同的圆柱孔，每个圆柱孔内安装有压出阀座25、压出阀芯24、压出阀弹簧23和压出阀导向杆22；旋转阀盘15通过螺钉和右侧的旋转阀盘端盖16相连，旋转阀盘15和旋转阀盘端盖16内安装有o型密封圈17，旋转阀盘端盖16的右侧和止推盘18相连，止推盘18通过螺钉安装在后端盖19上。旋转阀盘15与后端盖19之间安装有两道阀盘旋转动密封20，旋转阀盘端盖16与后端盖19之间安装有两道阀盘端盖旋转动密封21。连杆固定盘6的底部设置有和连杆35数目相同的腰形通流槽6.1，腰形通流槽6.1中间含有阻尼孔6.2，耐磨盘39和止推盘18的表面设置有仿生圆柱凹坑，凹坑直径为0.3mm，凹坑深度为0.5mm，凹坑覆盖率为10.48％。
22.本发明连杆-柱塞的实现方式：如图1-图3所示，连杆35的左侧为球头，连杆球头与左球窝38配合，左球窝固定环37在压环36的作用下压紧连杆球头和左球窝38，连杆35的右侧为圆柱孔，圆柱孔内安装有右球窝34，右球窝34内安装有柱塞球头，柱塞球头在右球窝固定环33和连杆压盖32的限位下和右球窝34贴紧。连杆柱塞装配时为开式安装，没有滚压、包球等工艺，涉及的所有零部件在泵检修时均可拆卸，部分零部件发生磨损后方便更换，维修性大大提高。
23.本发明摩擦副材料的配对方式：连杆固定盘6底部和外圆喷涂有镍基硬质合金，斜盘滑动轴承5和耐磨盘39的材质均为复合硅基工程陶瓷；滑动轴承内环12材质为整体镍基硬质合金，滑动轴承外环11材质为复合硅基工程陶瓷；旋转阀盘端盖16的底部、柱塞31的外圆、连杆35的球头和柱塞31的球头均喷涂有镍基硬质合金，止推盘18、缸套30、右球窝34和左球窝38的材质均为复合硅基工程陶瓷。如果将上述喷涂工艺改成表面堆焊、镶嵌等成型工艺或技术手段，均属于本发明的保护范围。
24.本发明摩擦副自润滑的实现方式：如图1和图2所示，壳体9的台阶上设置有多个轴向通流孔，主轴1上设置有多个径向通水孔。泵工作时，流体从吸入口流入泵中，使得整个壳体9的空腔内部均充满流体。当柱塞31由斜盘下死点到上死点运动时，柱塞腔容积由小变
大，柱塞腔内形成负压，吸入阀芯28打开，使得泵壳体9内的流体进入柱塞腔，开始流体的吸入过程；当柱塞31由斜盘上死点到下死点运动时，柱塞腔容积由大变小，柱塞腔内流体被压缩且压力升高，压出阀芯24被打开，开始流体的排出过程。泵工作时壳体9中的低压流体一边通过吸入阀进入柱塞腔，并经过压出阀排出，一边又从泵的吸入口处不断得到补充，形成了壳体9内部流体的流动循环效应，将各摩擦副工作时产生的热量带走，有利于摩擦副的自润滑、冷却。
25.本发明缸体旋转-阀配流工作模式的实现方式：如图1所示，吸入阀径向布置在旋转阀盘16上，缸体13和旋转阀盘16在主轴1的驱动下旋转，通过控制主轴1的转向使得吸入阀芯28旋转产生的离心力和阀芯的开启方向一致，提高了吸入阀的吸液性能。在吸入阀附近垂直设置相同数量的压出阀，压出阀沿着旋转阀盘16的中心圆周布置，柱塞腔内的高压流体打开压出阀芯24后，经过旋转阀盘16的内部流道汇聚到后端盖的压出口排出泵，完成排液过程。从而实现了阀配流液压泵在缸体旋转模式下的工作，且不会影响泵的吸液性能。避免了传统阀配流轴向柱塞泵因斜盘旋转带来的动不平衡问题。
26.一种自润滑连杆柱塞式阀配流液压泵，如图1-图4所示，其完整工作过程如下：泵起动前，低压流体从吸入口流入旋转阀盘15的空腔中，并通过壳体9的轴向通水孔9.1和主轴1上的径向通水孔均匀地充满壳体空腔；泵的主轴1在外接电机的驱动下高速旋转工作时，主轴1带动缸体13、旋转阀盘15和旋转阀盘端盖16旋转，吸入阀芯28旋转时产生的离心力和阀芯开启的方向一致。在回程波簧8的作用下，斜块7和压环36压紧连杆固定盘6，使得连杆固定盘6贴紧耐磨盘39，实现了柱塞31的回程；柱塞腔内的高压流体经过连杆固定盘上的阻尼孔6.2和腰形通流槽6.1流入耐磨盘表面的仿生圆柱凹坑中并形成静压支承，提高连杆固定盘-耐磨盘摩擦副的润滑特性。当柱塞31由斜盘下死点到上死点运动时，柱塞腔容积由小变大，柱塞腔内形成负压，吸入阀芯28在负压和离心力的共同作用下打开，泵壳体内的流体进入柱塞腔，开始流体的吸入过程，直至柱塞31运动到上死点，吸液过程结束；当柱塞31由斜盘上死点到下死点运动时，柱塞腔容积由大变小，柱塞腔内流体被压缩且压力升高，压出阀芯24被打开，开始流体的排出过程，直至柱塞31运动到下死点，排液过程结束。