一种可用于闭式液压系统的高压手动泵

摘要

本发明公开了一种可用于闭式液压系统的高压手动泵，本发明为使得在高压负载条件下手摇泵传动可靠，采用新型斜盘结构设计，斜盘采用渐开线花键传动，斜盘工作表面加工有滚动钢珠轨道，通过钢柱与柱塞进行动力出传递，钢珠与斜盘表面为线接触状态，在负载压力较大的时候，仍能保证柱塞与斜盘可靠的力传递状态，改善柱塞受力状态，减小柱塞侧向倾覆力，避免柱塞发生侧向倾覆，减少磨损。通过流道块的特殊设计，可实现在闭式液压系统中对泄漏油液的回收利用以及在正反转任意工作过程中对闭式系统进行不停机补油充油功能。本发明的手动泵可以应用在较高的闭式工作压力环境中，在车辆、农林以及军工等方面具有极大的应用价值。

权利要求

1.一种可用于闭式液压系统的高压手动泵，其特征在于：包括摇柄、前端盖、角接触球轴承、斜盘、滚动钢珠、柱塞、花键轴、深沟球轴承、缸体、壳体和流道块；

手动泵采用摇柄进行驱动，摇柄通过螺栓与花键轴连接，用于动力输入，所述斜盘通过渐开线花键与花键轴进行连接，实现动力传递，斜盘工作表面设计有滚动钢珠运动轨道；轨道半径圆心分布与斜盘表面重合；花键轴一端通过深沟球轴承与缸体连接，另一端通过角接触球轴承与前端盖连接；所述前端盖固定在壳体上；所述缸体上开有均布的柱塞孔，所述柱塞安装在缸体柱塞孔内，柱塞轴线与缸体轴线平行，柱塞顶部设计有球型槽，用于安装滚动钢珠；工作时，所述滚动钢珠一半处于柱塞顶部球型槽内，另一半处于斜盘滚动钢珠轨道内，与斜盘工作面为线接触状态，与柱塞球型槽为面接触状态，工作过程中，钢珠始终被约束在轨道内部运动；

所述流道块与壳体进行连接，流道块内集成有第一液控两位三通阀和第二液控两位三通阀，其中第二液控两位三通阀的进油口与高压手动泵的泄漏油出口连接，第一液控两位三通阀进油口通过一个单向阀与高压手动泵的补油口连接，第一液控两位三通阀和第二液控两位三通阀的两个出油口分别与闭式液压系统的高低压油路连接。

2.根据权利要求1所述的一种可用于闭式液压系统的高压手动泵，其特征在于，所述斜盘底面与斜盘轴线垂直，工作表面与斜盘底面成一定的夹角，所述夹角根据手动泵的排量进行确定。

3.根据权利要求1所述的一种可用于闭式液压系统的高压手动泵，其特征在于，两个液控两位三通阀在流道块内部并联安装，用于手动泵在闭式液压系统中对泄漏油液的回收利用以及在正反转任意工作过程中对闭式系统进行不停机补油充油。

4.根据权利要求1所述的一种可用于闭式液压系统的高压手动泵，其特征在于，所述柱塞为圆柱回转体结构，内部为空腔，用于安装压紧弹簧，所述压紧弹簧另一端安装在弹簧底座上，所述弹簧底座用于柱塞孔底部密封；柱塞外侧设计有腰型槽用于高、低压腔油液的配流。

5.根据权利要求1所述的一种可用于闭式液压系统的高压手动泵，其特征在于，所述缸体安装在壳体内部，通过后端盖压紧在壳体内腔，缸体内部设置有沿圆周均布的8个柱塞孔，柱塞孔轴线与缸体轴线平行。

6.根据权利要求5所述的一种可用于闭式液压系统的高压手动泵，其特征在于，每个柱塞孔里设置有上流道与下流道，与腰型槽配合实现配流，按照顺时针或者逆时针顺序，每个柱塞孔的上流道与间隔为1的另一柱塞孔的下流道连通。

7.根据权利要求5所述的一种可用于闭式液压系统的高压手动泵，其特征在于，所述缸体侧面设置有用于油液进出的流道槽，流道槽与8个柱塞孔侧壁均连通，缸体侧面还设置有

3条用于安装密封圈的凹槽。

8.根据权利要求1所述的一种可用于闭式液压系统的高压手动泵，其特征在于，所述花键轴上安装有阶梯挡圈用于斜盘轴向限位，所述花键轴轴线与缸体轴线重合。

9.根据权利要求1所述的一种可用于闭式液压系统的高压手动泵，其特征在于，所述高压手动泵还包括大轴承座和小轴承座；所述大轴承座和小轴承座分别安装在角接触球轴承与深沟球轴承底部，且在其内环与外圈上均设置有用于安装密封圈的凹槽，用来进行油液的密封。

说明书

一种可用于闭式液压系统的高压手动泵

技术领域

[0001] 本发明涉及手动液压泵设计领域，具体涉及一种可用于闭式液压系统的高压手动泵。

背景技术

[0002] 液压泵作为目前工业行业重要的动力元件，被广泛的应用，包括航天航空、行走车辆、矿山装备等，主要由电机或者发动机带动，对液压缸或者液压马达进行高压油动力输出，但在一些重要领域，为保证系统的可靠性，常常还需要设置一套可靠的手动备用系统进行保障，为覆盖多种工况，目前对手动泵的流量、压力以及体积也有着越来越高的要求。

发明内容

[0003] 针对闭式液压系统，提出一种新型的手动液压泵设计，能够满足在各种复杂应用环境下，对流量、压力的苛刻要求，同时能够正反向工作的快速切换，能够通过斜盘结构实现对柱塞侧向力的补偿作用，避免柱塞在大负载条件下出现倾覆磨损等故障，且可实现在闭式液压系统中对泄漏油液的回收利用以及在正反转任意工作过程中对闭式系统进行不停机补油充油功能，可作为可靠的主系统供油泵或者备用系统动力源，应用于液压缸的伸出与缩回或者液压马达的正反向旋转。

[0004] 为实现上述功能以及性能要求，本发明所采用的技术方案是：一种可用于闭式液压系统的高压手动泵，包括摇柄、前端盖、角接触球轴承、斜盘、滚动钢珠、柱塞、花键轴、深沟球轴承、缸体、壳体、流道块；

[0005] 手动泵采用摇柄进行驱动，摇柄通过螺栓与花键轴连接，用于动力输入，所述斜盘通过渐开线花键与花键轴进行连接，实现动力传递，斜盘工作表面设计有滚动钢珠运动轨道；轨道半径圆心分布与斜盘表面重合；花键轴一端通过深沟球轴承与缸体连接，另一端通过角接触球轴承与前端盖连接；所述前端盖固定在壳体上；所述缸体上开有均布的柱塞孔，所述柱塞安装在缸体柱塞孔内，柱塞轴线与缸体轴线平行，柱塞顶部设计有球型槽，用于安装滚动钢珠；工作时，所述滚动钢珠一半处于柱塞顶部球型槽内，另一半处于斜盘滚动钢珠轨道内，与斜盘工作面为线接触状态，与柱塞球型槽为面接触状态，工作过程中，钢珠始终被约束在轨道内部运动；

[0006] 所述流道块与壳体进行连接，流道块内集成有第一液控两位三通阀和第二液控两位三通阀，其中第二液控两位三通阀的进油口与高压手动泵的泄漏油出口连接，第一液控两位三通阀进油口通过一个单向阀与高压手动泵的补油口连接，第一液控两位三通阀和第二液控两位三通阀的两个出油口分别与闭式液压系统的高低压油路连接。

[0007] 进一步地，所述斜盘底面与斜盘轴线垂直，工作表面与斜盘底面成一定的夹角，所述夹角根据手动泵的排量进行确定，工作过程中，斜盘与滚动钢珠为线接触状态，能够克服柱塞运动中的径向力，保证可靠的动力传递。

[0008] 进一步地，两个液控两位三通阀在流道块内部并联安装，用于手动泵在闭式液压系统中对泄漏油液的回收利用以及在正反转任意工作过程中对闭式系统进行不停机补油充油。

[0009] 进一步地，所述柱塞为圆柱回转体结构，内部为空腔，用于安装压紧弹簧，所述压紧弹簧另一端安装在弹簧底座上，所述弹簧底座用于柱塞孔底部密封；柱塞外侧设计有腰型槽用于高、低压腔油液的配流。

[0010] 进一步地，所述缸体安装在壳体内部，通过后端盖压紧在壳体内腔，缸体内部设置有沿圆周均布的8个柱塞孔，柱塞孔轴线与缸体轴线平行。每个柱塞孔里设置有上流道与下流道，与腰型槽配合实现配流，按照顺时针或者逆时针顺序，每个柱塞孔的上流道与间隔为1的另一柱塞孔的下流道连通。所述缸体侧面设置有用于油液进出的流道槽，流道槽与8个柱塞孔侧壁均连通，缸体侧面还设置有3条用于安装密封圈的凹槽。

[0011] 进一步地，所述花键轴上安装有阶梯挡圈用于斜盘轴向限位，所述花键轴轴线与缸体轴线重合。

[0012] 进一步地，所述高压手动泵还包括大轴承座和小轴承座；所述大轴承座和小轴承座分别安装在角接触球轴承与深沟球轴承底部，且在其内环与外圈上均设置有用于安装密封圈的凹槽，用来进行油液的密封。

[0013] 结构原理：通过摇动摇柄，使得手动泵花键轴旋转，花键轴进而带动斜盘旋转，柱塞由于柱塞底部的压紧弹簧力，通过滚动钢球牢牢压紧在斜盘工作表面，由于斜盘具有一定的倾角，随着斜盘的转动，柱塞在缸体内部的柱塞腔中进行往复直线运动，结合柱塞与缸体的配流设计，斜盘每转动一周，每个柱塞完成一次吸、排油过程，随着柱塞腔中的压力增高，液压力通过柱塞、滚动钢珠、斜盘以及阶梯挡圈作用在角接触球轴承上，钢珠与柱塞为球面接触，与斜盘上轨道为线接触，相对于点接触，轨道面能够抵消一部分柱塞侧向力，能够满足在较大液压力作用下仍能保持良好的润滑、以及受力状态，降低柱塞的摩擦程度，提高柱塞、斜盘寿命。

[0014] 本发明一种可用于闭式液压系统的高压手动泵的优点在于：结构紧凑、出口流量脉动小，采用特殊斜盘结构以及滚动钢珠设计，实现“线—面”动力传递、具有柱塞抗倾覆能力强、轴向承载能力大、摩擦损耗小，结构简单等优点，提高了核心零部件的使用寿命。且通过流道块采用两个液控两位三通阀并联设计，使该手动泵在正反向工作条件下同时具有泄漏油回收利用以及外系统补油功能，在航天航空、矿山机械等重要领域具有极大的使用价值。

附图说明

[0015] 下面结合附图和具体实施方式对该手动泵做进一步说明。

[0016] 图1是一种可用于闭式液压系统的高压手动泵的整体外观示意图。

[0017] 图2是一种可用于闭式液压系统的高压手动泵的装配结构示意图。

[0018] 图3是斜盘正向零件图。

[0019] 图4是斜盘A向剖视图。

[0020] 图5是柱塞侧面图以及柱塞A向剖视图。

[0021] 图6是流道块液压流道原理图。

[0022] 图7是缸体俯视图及柱塞孔号命名图。

[0023] 图8是缸体A向剖视图。

[0024] 图9是柱塞斜盘钢球简易受力图。

[0025] 附图标记：1.摇柄、2.前端盖、3.大轴承座、4.角接触球轴承、5.阶梯挡圈、6.斜盘、7.滚动钢珠、8.柱塞、9.压紧弹簧、10.花键轴、11.深沟球轴承、12.小轴承座、13.缸体、14.壳体、15.弹簧底座、16.后端盖、17.流道块、18.连接块、17.1. 第一液控两位三通阀、17.2.第二液控两位三通阀、17.3.单向阀。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本发明作进一步描述。

[0027] 请参阅图1至图9，本发明提供了一种可用于闭式液压系统的高压手动泵，该手动泵由摇柄1、前端盖2、大轴承座3、角接触球轴承4、阶梯挡圈5、斜盘6、滚动钢珠7、柱塞8、压紧弹簧9、花键轴10、深沟球轴承11、小轴承座12、缸体13、壳体14、弹簧底座15、后端盖16、流道块17和连接块18组成，其中流道块17内部又设置有两个液控两位三通阀，其中第一液控两位三通阀17.1 进口通过一个单向阀17.3用于连接补油油路，第二液控两位三通阀17.2进口与手动泵壳体14上的泄露油口相互连通，两个液控两位三通阀的两个出口分别与手动泵进出油口连通。手动泵的缸体13采用螺栓通过后端盖16压紧在壳体14 内腔，缸体13上的A、B口油槽分别通过壳体14上的进出油口与流道块17连接，缸体8个柱塞孔内分别对应安装着8个柱塞8，柱塞8底部安装有压紧弹簧 9，所述压紧弹簧9分为上下两个弹簧部分，中间通过连接块18连接在一起，所述弹簧底座15用于柱塞孔底部密封；柱塞外侧设计有腰型槽用于高、低压腔油液的配流，柱塞8顶部用于安装滚动钢珠7，在压紧弹簧9的作用下，滚动钢珠7通过柱塞8被压紧在斜盘6表面上的钢珠轨道内，钢珠与柱塞球型槽为面接触状态，与斜盘
6钢珠轨道为线接触状态；斜盘6通过花键安装在花键轴10 上，背侧通过阶梯挡圈5进行轴向限位，正面与滚动钢珠7接触，花键轴10一端通过深沟球轴承11与缸体13连接，另一端通过角接触球轴承4与前端盖2 连接，在轴承底部分别安装有大轴承座3和小轴承座12用于轴向密封，前端盖2通过螺栓安装在壳体14上，摇柄1通过螺栓安装在花键轴10伸出端，该手动泵通常用于闭式液压系统但不局限于闭式液压系统，其常规驱动方式为手动旋转摇柄1驱动但不局限于手动驱动。

[0028] 工作原理：该手摇泵通过缸体以及柱塞的特殊结构设计进行配流，如图7 所示，缸体13上的8个柱塞孔(第一柱塞孔13.1、第二柱塞孔13.2、第三柱塞孔13.3、第四柱塞孔13.4、第五柱塞孔13.5、第六柱塞孔13.6、第七柱塞孔13.7、第八柱塞孔13.8)轴线与缸体13轴线平行，柱塞均布在柱塞孔内，斜盘6具有一定的倾角β，当摇柄1驱使花键轴10转动，花键轴10带动斜盘6转动的时候，柱塞由于斜盘6对滚动钢珠7的压紧力便会在缸体13的柱塞腔内做往复直线运动，并且在任意时刻，始终存在1个柱塞位于上极限点、1个柱塞位于下极限点、 3个柱塞处于向下压油运动状态、3个柱塞处于向上吸油运动状态，摇柄1每转动一周，每个柱塞8均实现一次吸排油过程。

[0029] 当柱塞8底部产生高压油液的时候，柱塞8底部将会受到一定的液压力，该液压力通过滚动钢珠7作用在斜盘6上，钢珠与柱塞8为球面接触，与斜盘6 为线接触，斜盘6对钢珠的作用力可以分解为轴向和径向，其中径向作用力通过斜盘6上的钢珠轨道承受，避免了柱塞受到倾覆力矩，改善了柱塞受力状况，提高润滑特性以及承载能力，最终轴向方向的液压力将会通过阶梯挡圈5传递到角接触球轴承4上。

[0030] 旋转摇柄1，当A口流道出油，在高压腔压力作用下，流道块17中液控两位三通阀阀芯被推动，壳体14内腔的泄漏油以及补油回路通过液控两位三通阀与B口低压流道连通，当改变摇柄1转动方向，进出油口切换，B口流道出油，此时液控两位三通阀阀芯位置在压力油作用下也发生改变，壳体14内腔的泄漏油以及补油回路通过液控两位三通阀与A口流道连通。由于补油口始终与泵系统中低压口连通，所以允许在手动泵正反转且任意负载压力下对系统进行补油。

[0031] 缸体与柱塞的具体配流过程如下：

[0032] 缸体13上各柱塞孔内流道连通方式为第一柱塞孔上流道13.1‑1与第三柱塞孔下流道13.3‑2连通、第二柱塞孔上流道13.2‑1与第四柱塞孔下流道13.4‑2连通、第三柱塞孔上流道13.3‑1与第五柱塞孔下流道13.5‑2连通、第四柱塞孔上流道13.4‑1与第六柱塞孔下流道13.6‑2连通、第五柱塞孔上流道13.5‑1与第七柱塞孔下流道13.7‑2连通、第六柱塞孔上流道13.6‑1与第八柱塞孔下流道13.8‑2 连通、第七柱塞孔上流道13.7‑1与第一柱塞孔下流道13.1‑2连通、第八柱塞孔上流道13.8‑1与第二柱塞孔下流道13.2‑2连通。由于缸体13上A、B口与柱塞腰型槽配合关系，当柱塞处于上极限位置与全行程中点之间，柱塞腔内上流道口通过腰型槽与缸体13上A口连通，柱塞腔内的B口被柱塞关闭；当柱塞处于全行程中点与下极限位置之间，柱塞腔内的A口被柱塞关闭，上流道口通过腰型槽与缸体13上B口连通。

[0033] 当第一柱塞孔13.1中柱塞从上极限位置向下压油运动的过程中，其底部第一柱塞孔下流道13.1‑2与第七柱塞孔上流道13.7‑1连通，由于第一柱塞孔13.1 中柱塞与第七柱塞孔13.7中柱塞相差90°，当第一柱塞孔13.1中柱塞向下压油的过程中，第七柱塞孔13.7中柱塞位置始终处于上极限位置与全行程中点之间，此时第七柱塞孔13.7中柱塞腔内上流道与缸体13上A口连通，第一柱塞孔13.1 中柱塞底部产生的压力油便通过第一柱塞孔下流道13.1‑2—第七柱塞孔上流道 13.7‑1流道从第七柱塞孔13.7中柱塞腔内的A口流出；当第一柱塞孔13.1中柱塞从下极限位置向上吸油运动时，第七柱塞孔13.7中柱塞位置始终处于全行程中点与下极限位置之间，此时第七柱塞孔13.7中柱塞腔内上流道与缸体13上的 B口连通，低压油从B口通过第一柱塞孔下流道13.1‑2—第七柱塞孔上流道13.7‑1 流道进入第一柱塞孔13.1中柱塞底部，完成充油过程，其他柱塞工作过程分析原理相同。此时泵A口为高压油出口，B口为低压油进口，流道块17中液控两位三通阀在A口高压油的作用下阀芯被推动，使得壳体14内部泄露油以及外接补油流道与B低压吸油口连通。

[0034] 当反向转动摇柄1，第一柱塞孔13.1中柱塞从上极限位置向下压油运动的过程中，第七柱塞孔13.7中柱塞位置始终处于全行程中点与下极限位置之间，此时第七柱塞孔13.7中柱塞腔内上流道与缸体13上的B口连通，第一柱塞孔 13.1中柱塞底部产生的压力油便通过第一柱塞孔下流道13.1‑2—第七柱塞孔上流道13.7‑1流道从第七柱塞孔13.7中柱塞腔内的B口流出；当第一柱塞孔13.1 中柱塞从下极限位置向上吸油运动时，第七柱塞孔13.7中柱塞位置始终处于上极限位置与全行程中点之间，此时第七柱塞孔13.7中柱塞腔内上流道与缸体13 上A口连通，低压油从A口通过第一柱塞孔下流道13.1‑2—第七柱塞孔上流道 13.7‑1流道进入第一柱塞孔13.1中柱塞底部，完成充油过程，其他柱塞工作过程分析原理相同。此时泵B口为高压油出口，A口为低压油进口，流道块17中液控两位三通阀在B口高压油的作用下阀芯位置发生改变，使得壳体14内部泄露油以及外接补油流道与A低压吸油口连通。

[0035] 最后需要注意的是，上述说明只是本发明的一种具体应用实例，并不用以限制本发明，与本发明基本原理相同的其他应用实例也应属于本发明的保护范围。