專利名稱：柱塞副密封間隙自動補償裝置的制作方法
技術領域：
本發明具體涉及一種柱塞副密封間隙自動補償裝置，用于海淡水，高水基等低粘
度介質的液壓泵結構中，也可用于油壓泵結構中
背景技術：
21世紀是人類全面認識、開發利用和保護海洋的新世紀。海洋面積約占地表面積 的71%，蘊藏著豐富的水資源、礦產能源資源等，對海洋，特別是對深海資源的探索與開發， 能夠為人類解決一些全球性的問題提供一種有效途徑。相對于傳統礦物油而言，自來水具 有來源廣泛，無污染，阻燃性好等優點，在我國積極開展以海水和自來水為工作介質的純水 液壓傳動技術研究與開發，對節約能源、保護環境、可持續發展及開發綠色液壓產品，具有 十分重要的意義。 純水液壓傳動技術是近幾十年來發展起來的一種新型液壓傳動技術。水液壓泵是 純水液壓傳動系統的核心，目前應用較多的水液壓泵有離心泵，二柱塞泵和三柱塞泵。離心 泵具有壓力低，噪聲大等缺點，不能完全滿足純水液壓傳動系統泵源要求；二柱塞泵和三柱 塞泵具有流量小，體積龐大，振動噪聲大等缺點，也不能廣泛用于各種純水液壓傳動系統。 斜盤式柱塞泵和斜軸式柱塞泵具有高壓大流量，體積小，維修方便，能滿足噪聲振動要求等 優點而備受世界各國學者關注。發達國家已經研制出較為成熟的產品，并占領了相當一部 分市場，如丹麥的danfoss系列泵，而我國目前在這一技術領域還相當落后。
水液壓泵存在柱塞_缸體、滑靴_斜盤和配流副三大摩擦副。柱塞_缸體副的工 作狀態的好壞直接影響整個液壓泵的容積效率、機械效率和使用壽命。 一般礦物油在50C 時的運動粘度為15 70mm7s，普通油壓泵的柱塞副采用間隙配合即可實現高壓密封；然 而海淡水5(TC時運動粘度為0. 55 0. 6mm7s，大約是傳統礦物油的1/40 1/50。如果海 淡水柱塞泵也采用間隙配合密封方式，柱塞副處的配合間隙大小只能是幾個微米才能夠滿 足要求。從工藝的角度來說，由于形狀公差很難達到這么高的要求，若設計這么小的間隙， 柱塞與缸孔之間亦不利于裝配。另外一方面，柱塞副的配合間隙太小，工作過程中容易被細 小的污染物堵死，導致水液壓泵對水介質的過濾精度提出了更高的要求，對污染更加敏感。
在國內研制的水壓泵里面，柱塞副部分比較常用的密封方式是使用格萊圈密封。 格萊圈是由一個O型橡膠密封圈以及一個抗磨的填充聚四氟乙烯(PTFE)方形圈組合而成。 O型圈提供彈力，可以在無壓力的情況下使方形圈對柱塞副進行密封，并且對PTFE方形圈 在工作中的磨損起補償的作用。但是格萊圈的許用工作頻率最大只有5HZ，而海淡水液壓泵 柱塞副的運動頻率至少為12. 5HZ(以750轉/分的轉速計算)，遠遠高于格萊圈的最大工作 頻率。因此，格萊圈不適用于高頻往復運動的柱塞副密封。此外，格萊圈裝配相當不方便， 特別對于缸孔較小的小流量柱塞泵而言，需要制作配套工裝以便裝配，維修也是相當不便。
綜上所述，就目前國內技術而言，無論是間隙密封還是格萊圈密封都不能適用于 水壓柱塞泵。在水壓泵柱塞副中采用具有創新意義的間隙自動補償密封方式，實現柱塞副 的無圈密封，在國際國內尚屬首次。發明內容 為了克服水液壓泵柱塞副密封性差，柱塞摩擦阻尼大，容易磨損等缺點，本發明提 供一種柱塞副密封間隙自動補償結構，能夠實現柱塞副密封間隙的自動補償，減小柱塞和 缸體的摩擦力，提高柱塞副使用壽命。 本發明的一種柱塞副密封間隙自動補償裝置，其柱塞副的密封機理采用間隙自動 補償結構，包括柱塞，壓蓋，0型圈，環形溝槽，柱塞套，缸體，溝通水道，容腔，孔底槽和堵頭。 其特征在于該柱塞副密封間隙自動補償裝置包括柱塞1，壓蓋2， 0型圈3，環形溝槽4，柱 塞套5，缸體6，溝通水道7，容腔8，孔底槽9和堵頭10 ;柱塞套5為工程塑料類彈性元件， 裝配時過盈壓入缸孔中；柱塞與柱塞套為間隙配合，柱塞套5內嵌有柱塞1后的剩余空間稱 為容腔8 ;缸體6孔口設置防止高壓水泄漏的0型圈3 ;缸體6孔口一端設置壓蓋2與缸體 6緊固；缸孔外周位置平行于柱塞1運動方向設有溝通水道7、缸體6上設有與缸孔相通的 環形溝槽4和孔底槽9 ;溝通水道7 —端通向環形溝槽4，并通過孔底槽9與容腔8相通，另 一端由堵頭IO進行密封。 所述柱塞套為工程塑料類彈性元件，裝配時過盈壓入缸孔中，加載時能產生一定 的變形，不加載時能恢復到原來形狀。柱塞在缸孔中做往復直線運動，當柱塞處于壓水行程 時，容腔內為高壓水，高壓水通向柱塞套外周的環形溝槽，迫使柱塞套在環形溝槽處徑向向 內產生微量的變形，減小柱塞與柱塞套之間的配合間隙，實現零泄漏或微量泄漏，達到良好 的密封效果；當柱塞吸水行程時，容腔內為低壓水，柱塞套外周的環形溝槽內也是低壓水， 柱塞套內外受到的壓力平衡，恢復到原來的形狀，柱塞與柱塞套之間的間隙增加，摩擦力減 小，從而減小了柱塞與柱塞套的磨損，增加了柱塞副的壽命，同時提高了該泵的機械效率。
所述柱塞套需要過盈壓入缸孔中，可以避免高壓水從柱塞套與缸體內孔的孔壁之 間的縫隙泄漏，其過盈量的大小與柱塞套的材料和結構尺寸密切相關，需由試驗確定。此 外，缸孔孔口設置O型圈，進一步防止高壓水的泄漏，使引入的高壓水只起加壓作用，而不 造成泄漏。 所述缸體孔口一端設置壓蓋與缸體緊固，對柱塞套進行軸向定位，防止柱塞套因 為柱塞的高頻摩擦力而造成松動，并加強0型圈的密封作用。 所述缸體中的環形溝槽為l-4組，具體數量和每個環形槽的寬度由水液壓泵的額 定工作壓力，柱塞套的材料而確定。 所述環形溝槽與容腔溝通，加工時從A端面打盲孔至最前端的環形溝槽，加工完 成后A端設置堵頭進行密封。 本發明提供的一種柱塞副密封間隙自動補償裝置，能夠根據水液壓泵的出口壓力 而自動調整柱塞副的間隙，使柱塞副在高壓情況時能夠減小柱塞和柱塞套之間的間隙，實 現零泄漏或微量泄漏，極大地提高了泵的容積效率；柱塞副處于低壓情況時增大柱塞和柱 塞套之間的間隙，減小摩擦磨損，極大地提高了泵的機械效率。 通過本發明，可以有效提高水液壓柱塞泵的容積效率和機械效率，對我國水液壓 元件的開發和研制具有重要意義。 本發明還可用于高水基等其它低粘度介質的液壓泵和油壓泵結構中。
圖1為本發明裝置圖。圖中l-柱塞；2-壓蓋；3-0型圈；4_環形溝槽；5_柱塞套； 6_缸體；7_溝通水道；8_容腔；9_孔底槽；10_堵頭。
具體實施例方式
圖1為本發明裝置圖，本發明包括柱塞1，壓蓋2， 0型圈3，環形溝槽4，柱塞套5， 缸體6，溝通水道7，容腔8，孔底槽9和堵頭10。其中柱塞套5為工程塑料類彈性元件，加 載時能產生一定的變形，不加載時能恢復到原來形狀。柱塞套5裝配時過盈壓入缸孔中，用 壓蓋2進行軸向定位，防止其在柱塞1的高頻摩擦力作用下而造成松動。在柱塞套5，缸體 6和壓蓋2之間設置0型圈3，防止高壓水從缸孔與柱塞套5之間的泄漏。容腔8和環形溝 槽4通過溝通水道7、孔底槽9溝通，溝通水道7的另一端采用堵頭10進行密封。
柱塞1在缸孔中做往復直線運動，當柱塞1處于壓水行程時，容腔8內為高壓水， 高壓水通向環形溝槽4，迫使柱塞套5在環形溝槽4處徑向向內產生微量的變形，減小柱塞 1與柱塞套1之間的配合間隙，實現零泄漏或微量泄漏，從而達到良好的密封效果；當柱塞1 吸水行程時，容腔8內為低壓水，密封帶處的環形溝槽4也是低壓水，柱塞套5內外受到的 壓力平衡，恢復到原來的形狀，柱塞1與柱塞套5之間的間隙增加，摩擦力減小，從而減小了 柱塞1與柱 套5的磨損，增加了柱塞副的壽命，同時提高了水液壓泵的機械效率。
權利要求
一種柱塞副密封間隙自動補償裝置，其特征在于該柱塞副密封間隙自動補償裝置包括柱塞(1)，壓蓋(2)，O型圈(3)，環形溝槽(4)，柱塞套(5)，缸體(6)，溝通水道(7)，容腔(8)，孔底槽(9)和堵頭(10)；柱塞套(5)為工程塑料類彈性元件，裝配時過盈壓入缸體(6)內缸孔中；柱塞套與柱塞間隙配合，柱塞套內嵌有柱塞后的剩余空間稱為容腔(8)；；缸體(6)孔口設置防止高壓水泄漏的O型圈(3)；缸體(6)孔口一端設置壓蓋(2)與缸體(6)緊固；缸孔外周位置平行于柱塞運動方向設有溝通水道(7)，缸體上設有與缸孔相通的環形溝槽(4)和孔底槽(9)；溝通水道(7)一端通向環形溝槽(4)，并通過孔底槽(9)與容腔(8)相通，溝通水道(7)另一端由堵頭(10)進行密封。
2. 根據權利要求1所述的柱塞密封間隙自動補償裝置，其特征在于缸體(6)中的環 形溝槽(4)為1-4組。
全文摘要
本發明涉及一種柱塞副密封間隙自動補償裝置，既用于海淡水，高水基等低粘度介質的液壓泵結構中，也可用于油壓泵結構中。該補償裝置包括柱塞，壓蓋，O型圈，環形溝槽，柱塞套，缸體，溝通水道，容腔，孔底槽和堵頭；柱塞套為工程塑料類彈性元件，裝配時過盈壓入缸體內缸孔中；柱塞套與柱塞間隙配合，柱塞套內嵌有柱塞后的剩余空間稱為容腔；缸體孔口設置防止高壓水泄漏的O型圈；缸體孔口一端設置壓蓋與缸體緊固；缸孔外周位置平行于柱塞運動方向設有溝通水道，缸體上設有與缸孔相通的環形溝槽和孔底槽；溝通水道一端通向環形溝槽，并通過孔底槽與容腔相通，另一端由堵頭進行密封。本發明增加了柱塞副的壽命，同時提高了該泵的機械效率。
文檔編號F04B53/14GK101705936SQ20091024365
公開日2010年5月12日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者聶松林, 胡志威, 董武濤, 阮俊 申請人:北京工業大學