CN100363615C - 机械能转换为流体压力能的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械能转换为流体压力能的方法及其装置，在本发明装置中，由内燃机缸体内产生的动力推动凸轮轴直线运动而形成的直线往复机械能又通过凸轮传递给径向柱塞组件，使其在柱塞孔中往复移动，形成吸入和排出流体交替出现的周期性工作循环，实现流体压力能的产生并输出。本发明装置的凸轮轴上制有移动凸轮与径向柱塞组件、柱塞滑靴配合将凸轮轴的直线运动转变成径向柱塞组件与凸轮轴运动相垂直方向的直线运动，并连动油液工作单元形成泵原理和结构，实现流体压力能的形成与输出，本发明原理结构简单，可实现一机多能源口输出流体压力能并能组合成不同的流体压力能源形式，可广泛应用于液体增压和泵源需求场合。

Description

机械能转换为流体压力能的方法及其装置

技术领域：

本发明涉及一种机械能转换为流体压力能的方法及其装置，具体地说是一种利用轴向直线往复机械运动，通过径向方向排列的柱塞将直线往复机械能转换为流体压力能并输出的方法及其装置。

技术背景：

目前，动力能量状态的相互转换的研究和应用已很普遍，也有成果出现，特别是利用内燃机实现机械能输出后的能量向电力、流体压力能量的转换多有研究和实验，并有不少专利文献记载。利用直线往复机械运动，将直线往复机械能转换为流体压力能，申请人已在申请号为200420097645.3的专利中提出了一种方法，在这种方法中压油柱塞与活塞的往复运动方向一致，该方法有一系列的优点，但在实践中的某些场合下也存在以下两个问题，一是对于单缸结构很难解决流量脉动性问题；二是柱塞行程及运动规律和活塞相同，柱塞和流体配流系统的工作特性匹配受到一定影响，同时当往复运动行程较大而需要的流量较小时将使柱塞的加工变的困难，从而使使用面向受到一定限制。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有能量转换，特别是由机械能向流体压力能转换的技术中存在的缺点，如由于压油柱塞与活塞的往复运动方向一致而带来的单缸结构流量脉动性大、柱塞行程及运动规律和活塞相同等问题，寻求设计利用直线往复机械运动，将直线往复机械能转换为流体压力能并输出的径向式方法及其装置。本发明方法及其装置原理简单、高效、使用方便，并大大简化设备结构，缩小设备体积，节约原材料，减少污染环节等。

为了实现上述发明目的，本发明的方法在含有凸轮轴-径向柱塞组件的能量转换装置中完成，由内燃机缸体内产生的动力推动凸轮轴直线运动，形成的直线往复机械能通过固制在凸轮轴上的移动凸轮传递给径向柱塞组件，使径向柱塞组件在径向柱塞缸体的柱塞孔中往复移动，依据径向柱塞泵工作原理，形成吸入流体、排出流体交替出现的周期性工作循环过程，实现由凸轮轴直线往复机械能向流体压力能的转换并输出。

本发明装置主体结构的部件包括：凸轮轴、移动凸轮、径向柱塞组件、柱塞缸体、柱塞孔、柱塞弹簧、柱塞滑靴或滚轮、流体进口阀、流体出口阀、内部通道、流体吸入集合管、流体排出集合管、上凸轮轴轴承、下凸轮轴轴承及凸轮轴箱体等。柱塞缸体与凸轮轴箱体固连组成固定不动的内孔式装置壳体；可与内燃机的活塞动力连通的凸轮轴是原动件，提供直线往复机械原动力；凸轮轴、径向柱塞组件、柱塞弹簧、柱塞滑靴或滚轮配合组成传力机构，凸轮轴通过上凸轮轴轴承、下凸轮轴轴承与凸轮轴箱体构成移动副，形成滑动轴承支撑方式；径向柱塞组件置于柱塞缸体的柱塞孔中做自由滑动，通过柱塞弹簧与凸轮轴的移动凸轮的廓线始终保持密合接触，构成径向柱塞泵结构；移动凸轮与径向柱塞组件、柱塞缸体的柱塞孔、柱塞弹簧、流体进口阀、流体出口阀配合组成油液工作单元，其两个柱塞孔通过内部通道连通，共用流体进口阀和流体出口阀；凸轮轴上相对于轴线对称分布制有偶数个移动凸轮，对应形成偶数个油液工作单元；不同油液工作单元间可具有不同的结构形状与尺寸，可单独作为泵源或多个合流为一个泵源；柱塞滑靴或滚轮与径向柱塞组件铰接，柱塞滑靴或滚轮与移动凸轮间的润滑采用静压润滑方式；在装置壳体一侧制有流体吸入集合管，并通过流体进口阀与柱塞缸体的柱塞孔相通，另一侧制有流体排出集合管，并通过流体出口阀与柱塞缸体的柱塞孔相通，构成装置的配流系统。

本发明方法通过下列工作过程实现：当提供直线往复机械原动力的凸轮轴由上止点向下止点移动时，凸轮轴上的移动凸轮通过柱塞滑靴或滚轮推动油液工作单元中的径向柱塞组件内移，此时流体进口阀关闭，流体出口阀开启，油液工作单元与流体吸入集合管隔离，与流体排出集合管连通，随着凸轮轴向下止点移动，一方面柱塞弹簧受到压缩，为径向柱塞组件外移蓄积能量，另一方面油液工作单元容积逐渐减小，流体压力加大，通过流体出口阀排出高压流体至流体排出集合管。当凸轮轴由下止点向上止点移动时，油液工作单元的径向柱塞组件在柱塞弹簧的作用下外移，并使柱塞滑靴或滚轮与移动凸轮保持密合接触，此时流体进口阀开启，流体出口阀关闭，油液工作单元与流体吸入集合管连通，与流体排出集合管隔离，随着凸轮轴向上止点移动，油液工作单元容积逐渐加大，形成真空，通过流体进口阀由流体吸入集合管吸入低压流体，实现一个完整的直线往复机械能向流体压力能的转换循环。

附图说明：

图1为本发明能量转换装置的结构原理示意图；

图2为本发明实施例作为液压动力源使用的液压动力系统结构原理示意图。

图3为本发明实施例作为内燃柱塞式水泵使用的高效能城市建筑给水系统结构原理示意图。

具体实施方案：

本发明装置主体结构的部件包括：凸轮轴1、移动凸轮2、径向柱塞组件3、柱塞缸体4、柱塞孔5、柱塞弹簧6、柱塞滑靴或滚轮7、流体进口阀8、流体出口阀9、内部通道10、流体吸入集合管11、流体排出集合管12、上凸轮轴轴承13、下凸轮轴轴承14及凸轮轴箱体15等。柱塞缸体4与凸轮轴箱体15固连组成固定不动的内孔式装置壳体；凸轮轴1可与内燃机的活塞动力连通构成原动件，提供直线往复机械原动力；凸轮轴1、径向柱塞组件3、柱塞弹簧6、柱塞滑靴或滚轮7组成传力机构，是本发明的核心部件，承担着直线往复机械能向流体压力能转换的工作；凸轮轴1通过上凸轮轴轴承13、下凸轮轴轴承14与凸轮轴箱体15构成移动副，形成滑动轴承支撑方式；柱塞孔5的中心线对称分布在柱塞缸体4的同一锥面上，并与凸轮轴1的轴线相交于一点；径向柱塞组件3置于柱塞缸体4的柱塞孔5中，与柱塞孔5配合工作，可在柱塞缸体4的柱塞孔5中做自由滑动，通过柱塞弹簧6与凸轮轴1的移动凸轮2的廓线始终保持接触，构成径向柱塞泵结构；相对于凸轮轴1的轴线对称布置的一对移动凸轮2及其所驱动的一对径向柱塞组件3、柱塞缸体4的柱塞孔5、柱塞弹簧6结构形状与尺寸相同，并与流体进口阀8、流体出口阀9共同组成一个油液工作单元，一个油液工作单元的两个柱塞孔5通过内部通道10连通，并共用一套流体进口阀8和流体出口阀9；凸轮轴1上相对于轴线对称布置有偶数个移动凸轮2，移动凸轮2与径向柱塞组件3、柱塞缸体4的柱塞孔5、柱塞弹簧6、柱塞滑靴或滚轮7、流体进口阀8、流体出口阀9一一对应，并形成多个油液工作单元；不同油液工作单元间的移动凸轮2及其所驱动的一对径向柱塞组件3、柱塞缸体4的柱塞孔5、柱塞弹簧6、柱塞滑靴或滚轮7、流体进口阀8、流体出口阀9根据工作需要可具有相同或不同的结构形状与尺寸；柱塞滑靴或滚轮7与径向柱塞组件3铰接，柱塞滑靴或滚轮7与移动凸轮2间的润滑采用静压润滑方式；每一油液工作单元均可作为独立的泵源使用，也可使部分或全部单元合流以满足不同的应用需求；在装置的内孔式壳体一侧制有流体吸入集合管11，并通过流体进口阀8与柱塞缸体4的柱塞孔5相通，另一侧制有流体排出集合管12，并通过流体出口阀9与柱塞缸体4的柱塞孔5相通，构成装置的配流系统；移动凸轮2及其所驱动的径向柱塞组件3、柱塞缸体4的柱塞孔的数量及其结构形状、尺寸根据需要确定。

本发明的主要工作原理如下。

凸轮轴1是原动件，提供直线往复机械原动力。当凸轮轴1由上止点向下止点移动时，凸轮轴1的移动凸轮2通过柱塞滑靴或滚轮7推动每个油液工作单元的径向柱塞组件3内移，此时流体进口阀8关闭，流体出口阀9开启，油液工作单元与流体吸入集合管11隔离，与流体排出集合管12连通，随着凸轮轴1向下止点移动，一方面柱塞弹簧6受到压缩，为径向柱塞组件3外移蓄积能量，另一方面油液工作单元容积逐渐减小，流体压力加大，通过流体出口阀9排出高压流体至流体排出集合管12。当凸轮轴由下止点向上止点移动时，每个油液工作单元的径向柱塞组件3在柱塞弹簧6的作用下外移，并使柱塞滑靴或滚轮7与移动凸轮2保持接触，此时流体进口阀8开启，流体出口阀9关闭，油液工作单元与流体吸入集合管11连通，与流体排出集合管12隔离，随着凸轮轴1向上止点移动，油液工作单元容积逐渐加大，形成真空，通过流体进口阀8由流体吸入集合管11吸入低压流体，这样就实现了一个完整的直线往复机械能向流体压力能的转换循环，如此周而复始。

实施例1：本发明装置作为液压动力源使用的液压动力系统。

在本发明的能量转换装置主体结构16上，将流量控制阀17、溢流阀18输入端并接于流体排出集合管12的输出端，液压缸19、流量控制阀17按要求与方向控制阀20连通，溢流阀18、方向控制阀20的回油口及流体吸入集合管11输入端与油箱21连通，形成本发明装置作为液压动力源使用的液压动力系统，经实验结果实现了发明的目的。

实施例2：本发明装置作为内燃柱塞式水泵使用的高效能城市建筑给水系统。

在本发明涉及的能量转换装置主体结构16上，按现有技术工艺将流体吸入集合管11的输入端与低位储水器22、进水开关阀23、水滤器24等相连接，将流体排出集合管12的输出端与限压安全阀25、高位储水器26、用户开关总阀27、用户开关分阀28等相连接，在系统中加装水位传感器29及控制柜30等构成高效能城市建筑给水系统，根据居民用户需求提供稳定、适用的水压流，经实验在存在10个分用户开关阀条件下，其结果理想，实现了发明目的。

Claims (6)

1.一种机械能转换为流体压力能的方法，其特征在于该方法在含有凸轮轴-径向柱塞组件的能量转换装置中完成，由内燃机缸体内产生的动力推动凸轮轴直线运动，形成的直线往复机械能通过固制在凸轮轴上的移动凸轮传递给径向柱塞组件，使径向柱塞组件在径向柱塞缸体的柱塞孔中往复移动，依据径向柱塞泵工作原理，形成吸入流体、排出流体交替出现的周期性工作循环过程，实现由凸轮轴直线往复机械能向流体压力能的转换并输出。

2.一种机械能转换为流体压力能的装置，主体部件包括凸轮轴、移动凸轮、径向柱塞组件、柱塞缸体、柱塞孔、柱塞弹簧、柱塞滑靴、流体进口阀、流体出口阀、内部通道、流体吸入集合管、流体排出集合管、上凸轮轴轴承、下凸轮轴轴承及凸轮轴箱体，其特征在于柱塞缸体与凸轮轴箱体固连组成固定不动的内孔式壳体；凸轮轴、径向柱塞组件、柱塞弹簧、柱塞滑靴配合组成传力机构，凸轮轴通过上凸轮轴轴承、下凸轮轴轴承与凸轮轴箱体构成移动副，形成滑动轴承支撑方式；径向柱塞组件置于柱塞缸体的柱塞孔中做自由滑动，通过柱塞弹簧与凸轮轴的移动凸轮的廓线始终保持密合接触，构成径向柱塞泵结构；移动凸轮与径向柱塞组件、柱塞缸体的柱塞孔、柱塞弹簧、流体进口阀、流体出口阀配合组成油液工作单元，其两个柱塞孔通过内部通道连通，共用流体进口阀和流体出口阀。

3.一种机械能转换为流体压力能的装置，主体部件包括凸轮轴、移动凸轮、径向柱塞组件、柱塞缸体、柱塞孔、柱塞弹簧、滚轮、流体进口阀、流体出口阀、内部通道、流体吸入集合管、流体排出集合管、上凸轮轴轴承、下凸轮轴轴承及凸轮轴箱体，其特征在于柱塞缸体与凸轮轴箱体固连组成固定不动的内孔式壳体；凸轮轴、径向柱塞组件、柱塞弹簧、滚轮配合组成传力机构，凸轮轴通过上凸轮轴轴承、下凸轮轴轴承与凸轮轴箱体构成移动副，形成滑动轴承支撑方式；径向柱塞组件置于柱塞缸体的柱塞孔中做自由滑动，通过柱塞弹簧与凸轮轴的移动凸轮的廓线始终保持密合接触，构成径向柱塞泵结构；移动凸轮与径向柱塞组件、柱塞缸体的柱塞孔、柱塞弹簧、流体进口阀、流体出口阀配合组成油液工作单元，其两个柱塞孔通过内部通道连通，共用流体进口阀和流体出口阀

4.根据权利要求2所述的机械能转换为流体压力能的装置，其特征在于凸轮轴上相对于轴线对称分布制有偶数个移动凸轮，对应形成偶数个油液工作单元；不同油液工作单元间具有相同或不同的结构形状与尺寸，单独作为泵源或多个合流为一个泵源；柱塞滑靴与径向柱塞组件铰接，柱塞滑靴与移动凸轮间的润滑采用静压润滑方式。

5.根据权利要求3所述的机械能转换为流体压力能的装置，其特征在于凸轮轴上相对于轴线对称分布制有偶数个移动凸轮，对应形成偶数个油液工作单元；不同油液工作单元间具有相同或不同的结构形状与尺寸，单独作为泵源或多个合流为一个泵源；滚轮与径向柱塞组件铰接，滚轮与移动凸轮间的润滑采用静压润滑方式。

6.根据权利要求2所述的机械能转换为流体压力能的装置，其特征在于装置内孔式壳体一侧制有流体吸入集合管，通过流体进口阀与柱塞缸体的柱塞孔相通，另一侧制有流体排出集合管，通过流体出口阀与柱塞缸体的柱塞孔相通，构成装置的配流系统。

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