一种高压外啮合齿轮泵的动压卸荷装置及齿轮泵

本发明涉及外啮合齿轮泵，尤其涉及对传统外啮合齿轮泵卸荷结构的改进。

背景技术：

1、目前，国内外学者对于外啮合齿轮泵的研究，主要是集中在对困油现象的研究、振动、噪声、动密封，以及摩擦磨损的研究、容积效率的研究以及齿轮与泵体结构的优化设计等方面。

2、外啮合齿轮泵出现困油现象会导致出现以下问题：

3、（1）困油现象使得封闭容积内的油液在齿轮啮合过程中受到剧烈的挤压和释放，产生显著的压力波动。这种压力突变会引发强烈的振动和噪声，表现为泵运行时的异常声响，对设备的声学环境和使用者的舒适度产生负面影响，严重时可能超过允许的噪音标准。

4、（2）油液在高压（≥10mpa）下被迫从齿轮和泵壳的配合面缝隙中挤出时，会对轴承和齿轮产生额外的冲击载荷。长期的冲击载荷会导致轴承过早磨损、齿轮齿面损坏，缩短泵的使用寿命，并可能引发早期故障。

5、（3）高压油液在困油区内的挤压和泄压过程伴随着能量的转化，一部分转化为热能，导致油液温度升高。油液过热不仅影响其润滑性能，加速油液变质，还可能超出液压系统和密封材料的工作温度限制，导致系统性能下降和密封失效。

6、（4）困油现象导致的瞬间流量波动会影响液压系统的平稳运行，特别是对那些对流量稳定性要求较高的应用，如精密定位系统、伺服控制系统等，可能导致控制精度下降、动作不稳或系统响应变差。

7、（5）当困油区容积增大时，局部形成真空，可能导致油液中的溶解气体析出或形成气泡。气泡在高压区迅速压缩破裂，产生气穴现象，伴随强烈的局部冲击和高温，对泵内部金属表面造成气蚀损伤。

8、总之齿轮泵的困油现象对泵的性能、寿命、工作稳定性以及整个液压系统的效率和可靠性都有显著的负面影响。为解决困油问题，通常会在齿轮泵设计中引入卸荷槽、采用斜齿轮或人字齿轮等结构措施来缓解或消除困油现象带来的危害。

9、现阶段，消除困油现象的常用方法是在齿轮泵的前后盖板或浮动轴承上开卸荷槽，尽管卸荷槽的结构形式可以不同，但其卸荷槽原理是相同的，常用卸荷槽为双矩形卸荷槽，也可用双圆形卸荷槽。但是这种卸荷槽根据齿轮理想啮合设计的，但是随着压力的增大，齿轮泵内部齿轮啮合出现偏移等现象，固定式的卸荷槽作用就减小了或者出现泄露的现象。

10、鉴于以上现有技术所存在的种种弊端，如何进一步缓解、降低困油现象对齿轮泵运行的影响，成为本领域亟待解决的技术问题，以满足未来发动机对主燃油泵高压力、大流量、小体积、快响应、低噪声的要求。

技术实现思路

1、为了解决以上问题，本发明提供了一种高压外啮合齿轮泵的动压卸荷装置及齿轮泵，能根据压差实现单向流通，避免出现泄露，有效缓解在高压（≥10mpa）运行过程中齿轮泵的困油现象。

2、本发明的技术方案：包括本体和动压卸荷机构，所述本体呈8字形块状，在8字形的所述本体上对称设有一对用于支撑外啮合齿轮的轴孔，在所述本体的中心位置开设有容置槽，在所述容置槽的侧壁上开设有联通外啮合齿轮泵出口的压力平衡油道；

3、在所述容置槽内设有所述动压卸荷机构，所述动压卸荷机构的入口设于一对外啮合齿轮工作过程中所形成的困油区的动态轨迹上，所述动压卸荷机构的出口联通所述压力平衡油道。

4、进一步地，所述动压卸荷机构包括上端盖和下端盖，在所述上端盖和下端盖之间设有至少三组动压卸荷组件；所述上端盖上开设有与至少三组动压卸荷组件的位置相适配的孔；

5、所述动压卸荷组件由上至下包括密封套筒、球珠、支撑滑块、通油管和弹簧；所述通油管固定连接在所述下端盖上，所述通油管的侧壁上开设有若干通油孔，所述弹簧设在所述通油管内，所述支撑滑块的底端压设在所述弹簧上端，所述弹簧的底端抵接在所述下端盖顶面上；所述球珠抵接在所述支撑滑块的顶端；所述密封套筒固定连接所述孔内，所述球珠的直径大于所述密封套筒的直径，使得所述球珠被约束在所述密封套筒下端筒口口缘之下；

6、在所述容置槽的槽口设有卡口，在所述上端盖的外壁上设有与所述卡口适配的卡扣。

7、进一步地，所述动压卸荷组件设有五组：中心位置设有一组，其余四组呈十字状均布；所述十字状分布的四组动压卸荷组件中分布于两侧的动压卸荷组件的轴心位于一对外啮合齿轮相切点的公切线上。

8、进一步地，所述通油管具有大管段和小管段，在所述大管段上开设有大通油孔，在所述小管段上开设有小通油孔。

9、进一步地，所述支撑滑块的顶面设有与所述球珠适配的球窝、底面设有用于伸入所述弹簧内圆的柄体。

10、进一步地，所述上端盖的孔的下孔口设有台阶口，所述密封套筒的下缘设有与所述台阶口适配的外翻边。

11、进一步地，在所述下端盖内还设有调节机构，用于调节所述弹簧的压力。

12、进一步地，所述动压卸荷机构为小型动压卸荷机构，所述本体上的容置槽为贯穿所述本体的通槽，在所述容置槽顶端设有卸油孔，在所述容置槽内壁上开设有至少三条导向槽，在容置槽底段设有安装孔；

13、所述小型动压卸荷机构包括：阀板、阀座和弹性件，所述阀板直径小于所述卸油孔的直径，且所述阀板的外径与所述容置槽内壁滑动适配，在所述阀板的外缘设有至少三个凸起，三个所述凸起伸入所述导向槽，所述阀座可拆卸连接在所述安装孔内，在所述阀板与阀座之间设所述弹性件。

14、本发明的一种齿轮泵，包括泵壳和一对外啮合的齿轮，至少在所述齿轮的一侧设有高压外啮合齿轮泵的动压卸荷装置，所述动压卸荷装置的动压卸荷机构朝向一对所述齿轮的啮合位置的侧面。

15、借由上述技术方案，本发明提出的一种能够有效解决外啮合齿轮泵困油现象的装置，具有下列优点：

16、一是能有效消除高压齿轮泵的困油现象。齿轮泵工作时，由于齿轮啮合过程中封闭容积的变化，会在吸油和压油过程中形成短暂的封闭容积（困油区）。随着齿轮转动，这些容积会经历急剧的收缩和扩张，导致被困油液承受极大的压力变化。本设计通过在齿轮泵壳体上设置特定的通道，使困油区内的高压油液在适当的时间得以释放到低压区，从而避免油液在高压下产生强烈挤压和冲击。

17、二是能减小高压齿轮泵噪声和振动。由于困油区的高压油不能及时排出，困油区会形成高压区，按照啮合周期会推动两转子，从而产生噪声与振动。有效及时排出困油区的高压油可以减少高压齿轮泵的振动噪声。

18、三是能降低油液在泵内的工作温度。由于困油区的压力变化，会产生热量，持续运转的话齿轮泵部件也会升温，导致泵体内部温度升高，由于本发明的卸荷机构能及时排出困油区的高温油液，从而有效降低泵内部温度的上升。

19、四是能提升齿轮泵的工作压力。现有技术的齿轮泵工作压力上不去与困油现象有关，随着压力的提升，困油现象引起的诸多问题导致齿轮泵效率、稳定性降低，而本发明由于能所及时缓解困油现象，从而能有效提升齿轮泵的工作压力。

20、五是能有效保护轴承与泵体。高压下困油区的油液若不能及时释放，会对泵壳和齿轮产生巨大的冲击载荷，长期如此会加速轴承磨损，甚至导致齿轮齿面损坏。本设计的存在减少了这种不必要的冲击载荷，有助于延长泵的使用寿命。

21、六是能提升齿轮泵的工作转速。困油现象产生压力脉动，困油区油液在高压下产生强烈挤压和冲击，随着转速的提升振动噪声更加剧烈，本设计及时降低困油区压力，减小压力脉动，可以提升齿轮泵的工作转速。

22、七是能减小发生气蚀与气穴现象。在困油区油液压力骤降时，有可能导致气穴现象，即油液中的溶解气体析出形成气泡，随后在高压区迅速压缩破裂，对泵体内部造成气蚀损伤。本设计有助于维持油液压力的平缓变化，减少气穴现象的发生，保护泵的内部元件不受损害。

23、综上所述，本发明能有效缓解困油现象，提高容积效率，并大幅度的降低压力脉动引起的噪声与振动，总体上改善了现有高压齿轮泵的综合性能与使用寿命。