一种基于液磁复合支撑的端面配流轴向柱塞泵
阅读说明：本技术 一种基于液磁复合支撑的端面配流轴向柱塞泵 (End face flow distribution axial plunger pump based on liquid-magnetic composite support ) 是由 姜继海 杜博然 于 2021-09-22 设计创作，主要内容包括：一种基于液磁复合支撑的端面配流轴向柱塞泵,它涉及液压技术中的液压元件领域。本发明解决了现有端面配流轴向柱塞泵存在配流副偏磨的问题。本发明的定磁组件安装在泵壳上,转磁组件安装在缸体上,环形铁芯的轴向磁极面与轴向定子的轴向磁极面位置相对应,轴向定子在z向对缸体产生磁吸力,且轴向定子与环形铁芯之间有磁极间隙d,环形铁芯的径向磁极面与径向定子的径向磁极面位置相对应,径向定子在xy平面对缸体产生磁吸力,且环形铁芯与径向定子之间有磁极间隙b,永磁体、轴向定子、磁极间隙d、环形铁芯、磁极间隙b和径向定子共同构成一个完整磁回路。本发明用于最大程度降低配流盘表面的偏磨,减少轴向柱塞泵的功率损失并提高其使用寿命。(An end face flow distribution axial plunger pump based on a liquid magnetic composite support relates to the field of hydraulic elements in the hydraulic technology. The invention solves the problem of eccentric wear of the flow distribution pair of the existing end face flow distribution axial plunger pump. The permanent magnet assembly is arranged on a pump shell, the rotating magnet assembly is arranged on a cylinder body, an axial magnetic pole surface of an annular iron core corresponds to the axial magnetic pole surface of an axial stator, the axial stator generates magnetic attraction to the cylinder body in the z direction, a magnetic pole gap d is formed between the axial stator and the annular iron core, a radial magnetic pole surface of the annular iron core corresponds to the radial magnetic pole surface of a radial stator, the radial stator generates magnetic attraction to the cylinder body in the xy plane, a magnetic pole gap b is formed between the annular iron core and the radial stator, and the permanent magnet, the axial stator, the magnetic pole gap d, the annular iron core, the magnetic pole gap b and the radial stator form a complete magnetic loop together. The invention is used for reducing the eccentric wear of the surface of the valve plate to the maximum extent, reducing the power loss of the axial plunger pump and prolonging the service life of the axial plunger pump.)
技术领域
本发明涉及液压技术中的液压元件领域，具体涉及一种基于液磁复合支撑的端面配流轴向柱塞泵。
背景技术
摩擦副是轴向柱塞泵中的关键部位，其中配流副是轴向柱塞泵中故障率最高的部位，配流副的液膜除了具有润滑效果之外还兼顾对缸体的支撑作用，因此缸体的力平衡的设计对于配流副的润滑特性具有至关重要的效果。目前针对配流副的设计主要采用剩余压紧力法，利用中心弹簧力和缸体孔内高压油液对缸体的压紧力共同平衡液膜支反力。根据其工作原理，配流盘表面必然出现必须依靠材料本身才能平衡的接触力矩，从而导致配流副表面偏磨，这种现象在应用低粘度介质的轴向柱塞泵中更为严重。
现有轴向柱塞泵在启停阶段液膜压力还未形成，作用在配流盘上的预紧力及压紧力很大程度上由材料表面应力承担，再加上高低压配流区的交变载荷难免导致配流盘出现偏磨现象，加剧了配流盘表面材料的磨损消耗，在经过长时间的运行后除了造成较大机械损失外还会导致泄漏增大，直接影响柱塞泵的整体性能。亟需解决配流副表面固有的载荷不均的情况，对传统轴向柱塞泵缸体力平衡关系进行改进，在泵启停阶段为缸体提供一部分支撑力，补偿液膜支撑力和力矩，同时平衡设计工况下配流盘表面因液膜支反力不足以及载荷不均产生的接触应力和力矩。提出一种新的应用于轴向柱塞泵配流副的力平衡方法，提升高压液膜的支撑能力，减小配流副处的功率损失，是当前重要研究方向之一。
现有研究针对配流副偏磨的情况主要采用的方法是设计辅助支撑带，然而辅助支撑带会引入新的一对摩擦副，造成一部分机械效率损失。磁力由于是无接触力目前已被广泛应用于磁轴承中，其中永磁力主要用于弥补液膜轴承在启停时液膜力不足的问题，起到了非常良好的效果。而电磁体的磁力全部由安匝数决定，若将电磁力应用在液磁复合支撑中，则能耗较大，整体结构占用较大的空间，况且复杂的供电设备对于结构小而紧凑的轴向柱塞泵而言显然缺乏实际应用价值。
综上所述，现有端面配流轴向柱塞泵存在配流副偏磨的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有端面配流轴向柱塞泵存在配流副偏磨的问题，进而提供一种基于液磁复合支撑的端面配流轴向柱塞泵。
本发明的技术方案是：
一种基于液磁复合支撑的端面配流轴向柱塞泵，它包括泵壳、缸体16和磁回路及隔磁定位组件，所述磁回路及隔磁定位组件包括定磁组件和转磁组件，定磁组件安装在泵壳上，转磁组件安装在缸体16上，定磁组件与转磁组件相对设置，缸体16的圆柱面上设有圆环状凸缘；
定磁组件包括隔磁垫片20、铁芯压板22、环形铁芯23和多个第一连接件21，隔磁垫片20、铁芯压板22和环形铁芯23均为圆环结构，铁芯压板22通过多个第一连接件21将环形铁芯23安装在缸体16的圆环状凸缘上，环形铁芯23与缸体16的圆环状凸缘之间设有隔磁垫片20；
泵壳为分段式泵壳，所述分段式泵壳包括前泵壳4、隔磁外壳9、隔磁垫块14、后泵壳15、多个第二连接件24和多个第三连接件29，前泵壳4、隔磁外壳9、隔磁垫块14和后泵壳15沿z向由左至右依次同轴设置，隔磁外壳9前端通过多个第二连接件24与前泵壳4连接，隔磁外壳9后端和隔磁垫块14通过多个第三连接件29与后泵壳15连接，隔磁外壳9和隔磁垫块14均为圆环结构，隔磁外壳9靠近缸体16的圆环状凸缘一侧端面沿圆周方向开设环形容纳槽；
转磁组件包括永磁体11、径向定子12、隔磁环25、轴向定子26和隔磁体28，隔磁环25、轴向定子26、永磁体11、径向定子12和隔磁体28均为半圆环结构，轴向定子26、永磁体11、径向定子12沿z向由左至右依次同轴设置在隔磁外壳9的环形容纳槽内，隔磁环25安装在永磁体11与轴向定子26之间，隔磁体28设置在隔磁外壳9的环形容纳槽内，隔磁体28在y向上的端面分别与轴向定子26、永磁体11、隔磁环25和径向定子12在y向上的端面配合；
环形铁芯23的轴向磁极面与轴向定子26的轴向磁极面位置相对应，轴向定子26在z向对缸体16产生磁吸力，且轴向定子26与环形铁芯23之间有磁极间隙d，环形铁芯23的径向磁极面与径向定子12的径向磁极面位置相对应，径向定子12在xy平面对缸体16产生磁吸力，且环形铁芯23与径向定子12之间有磁极间隙b，永磁体11、轴向定子26、磁极间隙d、环形铁芯23、磁极间隙b和径向定子12共同构成一个完整磁回路。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明所述基于液磁复合支撑的端面配流轴向柱塞泵的所述缸体16施加在配流盘17表面的初始预紧力由轴向定子26施加在环形铁芯23上的磁吸力与中心弹簧18对缸体16施加的压缩力抵消后实现。
2、本发明所述基于液磁复合支撑的端面配流轴向柱塞泵的所述轴向定子26施加在缸体16上的磁吸力、中心弹簧18对缸体16施加的压缩力和缸体16孔内高压液体对缸体16产生的压紧力共同抵消液膜a的支反力，实现缸体16在z轴方向的力平衡；缸体16在x、y轴上的受力由泵轴2来平衡；液膜a在xy平面对缸体16产生的支反力矩由轴向定子26对缸体16产生的磁吸力矩和缸体16孔内高压液体对缸体16产生的压紧力矩共同平衡；轴向定子26对缸体16产生的磁吸力矩可以平衡配流盘17表面接触应力产生的支反力矩。
3、本发明所述基于液磁复合支撑的端面配流轴向柱塞泵在泵内部设计磁回路，轴向定子26利用磁极间隙d产生磁吸力与磁力矩作用于缸体16，能够在泵启停阶段或液膜a压力较低时对缸体16提供一部分支撑作用，在设计工况下根据配流盘17发生偏磨的真实位置平衡缸体16作用在配流盘17表面的接触应力和力矩，最大程度降低配流盘17表面的偏磨，减少轴向柱塞泵的功率损失并提高其使用寿命。
附图说明
图1是本发明所述基于液磁复合支撑的端面配流轴向柱塞泵的结构示意图；
图2是图1在c处的局部放大图；
图3是带有凸缘的缸体16沿z向的结构示意图；
图4是图1在A-A处的剖视图；
图5是隔磁体28沿y向的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于液磁复合支撑的端面配流轴向柱塞泵，它包括泵壳、缸体16和磁回路及隔磁定位组件，所述磁回路及隔磁定位组件包括定磁组件和转磁组件，定磁组件安装在泵壳上，转磁组件安装在缸体16上，定磁组件与转磁组件相对设置，缸体16的圆柱面上设有圆环状凸缘；
定磁组件包括隔磁垫片20、铁芯压板22、环形铁芯23和多个第一连接件21，隔磁垫片20、铁芯压板22和环形铁芯23均为圆环结构，铁芯压板22通过多个第一连接件21将环形铁芯23安装在缸体16的圆环状凸缘上，环形铁芯23与缸体16的圆环状凸缘之间设有隔磁垫片20；
泵壳为分段式泵壳，所述分段式泵壳包括前泵壳4、隔磁外壳9、隔磁垫块14、后泵壳15、多个第二连接件24和多个第三连接件29，前泵壳4、隔磁外壳9、隔磁垫块14和后泵壳15沿z向由左至右依次同轴设置，隔磁外壳9前端通过多个第二连接件24与前泵壳4连接，隔磁外壳9后端和隔磁垫块14通过多个第三连接件29与后泵壳15连接，隔磁外壳9和隔磁垫块14均为圆环结构，隔磁外壳9靠近缸体16的圆环状凸缘一侧端面沿圆周方向开设环形容纳槽；
转磁组件包括永磁体11、径向定子12、隔磁环25、轴向定子26和隔磁体28，隔磁环25、轴向定子26、永磁体11、径向定子12和隔磁体28均为半圆环结构，轴向定子26、永磁体11、径向定子12沿z向由左至右依次同轴设置在隔磁外壳9的环形容纳槽内，隔磁环25安装在永磁体11与轴向定子26之间，隔磁体28设置在隔磁外壳9的环形容纳槽内，隔磁体28在y向上的端面分别与轴向定子26、永磁体11、隔磁环25和径向定子12在y向上的端面配合；
环形铁芯23的轴向磁极面与轴向定子26的轴向磁极面位置相对应，轴向定子26在z向对缸体16产生磁吸力，且轴向定子26与环形铁芯23之间有磁极间隙d，环形铁芯23的径向磁极面与径向定子12的径向磁极面位置相对应，径向定子12在xy平面对缸体16产生磁吸力，且环形铁芯23与径向定子12之间有磁极间隙b，永磁体11、轴向定子26、磁极间隙d、环形铁芯23、磁极间隙b和径向定子12共同构成一个完整磁回路。
本实施方式的所述轴向定子26、永磁体11和径向定子12与外界环境之间安装有隔磁材料，轴向定子26与前泵壳4之间安装有隔磁材料，径向定子12与后泵壳15之间安装有隔磁材料，轴向定子26和环形铁芯23与缸体16之间安装有隔磁材料。所述永磁体11和轴向定子26之间设有隔磁环25，用于避免磁感线的进入。
具体实施方式二：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式还包括轴端密封1、泵轴2、前轴承3、斜盘5、回程盘7、配流盘17、中心弹簧18、后轴承19、多个滑靴6和多个柱塞8，轴端密封1安装在外壳的前泵壳4与泵轴2之间，泵轴2前端通过前轴承3进行定位，泵轴2后端通过后轴承19进行定位，泵轴2经驱动已具有沿z轴的旋转运动，缸体16与泵轴2通过花键连接，配流盘17固定安装在外壳的后泵壳15上，缸体16端面在中心弹簧18的作用下紧贴配流盘17，配流盘17与缸体16之间存在液膜a，缸体16孔内设有绕z轴沿圆周方向均匀排列的柱塞8，柱塞8球头被压入滑靴6形成柱塞-滑靴组件，泵轴2在中心弹簧18的作用下通过回程盘7将柱塞-滑靴组件紧压在斜盘5上。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的转磁组件还包括预紧垫片27和多个预紧弹簧10，隔磁外壳9的环形容纳槽内部底面沿圆周方向开设多个圆柱盲孔，多个预紧弹簧10分别插装在隔磁外壳9的多个圆柱盲孔内，预紧垫片27为圆环结构，预紧垫片27设置在预紧弹簧10与轴向定子26和隔磁体28之间，轴向定子26、永磁体11和径向定子12在预紧弹簧10的作用下通过预紧垫片27在z向上紧密排列，隔磁体28在预紧弹簧10的作用下通过预紧垫片27紧贴隔磁垫块14。如此设置，圆柱盲孔用于对预紧弹簧10进行导向，轴向定子26、永磁体11和径向定子12采用预紧弹簧10进行预紧。若不采用预紧弹簧，轴向定子26、永磁体11和径向定子12之间出现的空隙会对间隙b和间隙d之间出现磁通密度损失。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的转磁组件还包括多个销钉13，径向定子12和隔磁垫块14的配合面上均沿圆周方向开设与销钉13相匹配的销孔，多个销钉13分别安装在径向定子12与隔磁垫块14之间。如此设置，用于保证径向定子12、轴向定子26、永磁体11、隔磁环25和隔磁体28的周向定位。若不采用多个销钉13进行周向定位，磁极面的相位则无法固定，无法保证磁力输出在环形铁芯23的预定位置上。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的所述间隙b和间隙d应保持一致。如此设置，保证了磁路的均匀性。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的所述隔磁外壳9、预紧垫片27、隔磁垫块14、隔磁环25、隔磁垫片20、铁芯压板22和隔磁体28采用铝材制成。如此设置，铝材具有隔磁材质，用于避免磁感线进入永磁体11、轴向定子26、磁极间隙d、环形铁芯23、磁极间隙b和径向定子12所构成的完整磁回路，造成磁干扰。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的所述轴向定子26、径向定子12和环形铁芯23采用电工纯铁或硅钢片叠压制成。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的所述轴向定子26、隔磁环25、隔磁体28为截面为“L”形的半圆环；永磁体11、径向定子12为截面为矩形的半圆环；环形铁芯23和铁芯压板22为截面为“L”形的圆环。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
具体实施方式九：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的所述第一连接件21、第二连接件24和第三连接件29均为螺钉。如此设置，便于部件之间的拆卸和安装。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
工作原理
结合图1至图5说明本发明所述基于液磁复合支撑的端面配流轴向柱塞泵的工作原理：
在泵启停阶段，液膜a支撑力还未形成，轴向定子26对环形铁芯23产生磁吸力，中心弹簧18的支撑力和配流盘17表面接触力共同实现z向上的主要力平衡。径向定子12对环形铁芯23产生的磁吸力由泵轴2平衡。轴向定子26对环形铁芯23产生磁吸力方向为z-，能够减小配流盘17表面的接触力，降低配流盘17在液膜a润滑不足时的表面摩擦力，从而进一步降低配流盘17表面磨损。
在设计工况下，轴向定子26对环形铁芯23产生的z-方向磁吸力，缸体16孔内油液对缸体16产生的z向压紧力、z向的中心弹簧18力和液膜a对缸体16产生的z-方向支撑力共同实现z上的主要力平衡；轴向定子26对环形铁芯23产生磁吸力矩，缸体16孔内油液对缸体16产生的压紧力矩和液膜a产生的支撑力矩共同实现xy平面上的力矩平衡。径向定子12对环形铁芯23产生的磁吸力由泵轴2平衡。轴向定子26对环形铁芯23产生磁吸力矩可以平衡配流盘17表面因载荷不均产生的接触力矩，最大程度降低配流盘17表面的偏磨，减少轴向柱塞泵的功率损失并提高其使用寿命。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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