CN101290008A - 液压自行车用低速高压叶片泵 - Google Patents

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Abstract

一种液压自行车用低速高压叶片泵，包括端盖、主轴、骨架油封、右壳体、叶片、中壳体、左壳体、轴承、“O”形密封圈、螺钉、限压弹簧、弹簧座、调节螺母、侧端盖、转子、定子、滑块、盖板、流量调节螺钉、密封圈、锁母、滚针，其特征在于：转子内设有叶片槽，在叶片槽内设有叶片弹簧及叶片支架，叶片支架为叶片弹簧定位，叶片藏于转子的叶片槽内，其一端压住叶片弹簧，另一端紧贴定子内表面。本发明结构合理、自重轻、体积小、效率高、成本低、省力、快捷，适合与各种车径配套，并具有压力伺服变量功能。

Description

液压自行车用低速高压叶片泵
技术领域
本发明涉及一种叶片泵，特别是一种液压自行车用低速高压叶片泵。
背景技术
现有的叶片油泵，其功率都是考虑产品工业性用途，如机床、油压机、挖掘机、汽车等方面，功率一般在1千瓦至几十千瓦，转速在1000～1500转/分。对零件、材质、结构、重量、安装、外观等均从工业机具整体为方向，并不适合作为民用商品，如图1、图2所示。图中1’为端盖、2’为主轴、3’为骨架油封、4’为右壳体、5’为叶片、6’为中壳体、11’为左壳体、12’为轴承、14’、14-1’、14-2’为“O”型密封圈、15’、15-1’为螺钉、16’为限压弹簧、17’为弹簧座、18’为调节螺钉、19’为端盖、20’为转子、21’为定子、22’为滑块、23’为盖板、24’为流量调节螺钉、25’为锁母、28’为左配流盘、29’为右配流盘；29-1’、29-2’、29-3’、29-4’为右配流盘29上的四个半月形窗口，30’为压油流道、31’为吸油流道。叶片泵在与相同压力、容积常数的其它类型容积式油泵，特别是压力伺服变量油泵比较；具有结构简单、轮廓尺寸小、重量轻、容积常数大、结构紧凑、成本低等优点。但是以现有叶片泵直接用于液压自行车还存在不少根本性的不足之处：
1、低速性能。叶片油泵转速必须在500-1500R/min的范围内，其金属叶片才有足够的离心力压在定子的内表面，形成良好的封闭体积。再因为转子与定子的结构偏心，形成叶片封闭腔的容积变化而产生真空度吸油，使其油压力升高。我们知道，一个正常人的心率大约在60-100次/min，如果脚踏转速超过人们长期形成的生理节律，容易感到疲劳，甚至脱蹬，造成交通事故。而对于脚蹬转速15-120R/min而不用结构复杂、效率降低、成本增高的增速机构的叶片油泵却没有。本申请人在1988年10月6日所获准两个专利《自动伸出叶片的超低速油泵》(专利号88214704.8)；《自动弹出叶片的超低速油泵》(专利号89201965.4)。虽然有所创新，满足叶片油泵在两轮车骑行最低速度5km/h的踏速在15-30R/min低速要求，但还存在高压(4mpa)时容积效率极低(接近零)的问题。
2、功率不匹配。自行车是以人的体力为动力的机械。一个标准体形的人，骑自行车时能发出多大的功率？成年人长时间骑行以0.1马力为宜；平常5％的的斜坡需0.2马力；跑道赛车冲剌时，需1.2马力坚持10-11秒；而公路赛车需0.5马力坚持2小时。一般人骑自行车的功率在0.2-0.3马力范围内最合适。而目前叶片油泵在功率、容积常数、工作油压结构形式等都不能匹配。
3、骑行效率。凭借人的能量潜力来提高车速使人太疲劳了！正确的解决办法应该是提高骑行效率。为了在不增加人体出力的情况下达到最大平均车速，提高行驶效率。自行车装置了变速器，以适应不同路面、不同物理性能的路面和坡道。在国外，变速车是很盛行的，甚至儿童车也会装上变速器，一般这种车为三速和五速。近年来发展到十六速、二十速，甚至研制无级变速装置。但是，各种变速器都存在共同的缺点：结构复杂，操作不便，变速范围不大，变速器与人体出力不能合理匹配(N人体功率＝F脚蹬出力.V车速)。正因为如此，200多年来对变速器的改良研制一直方兴未艾。由骑自行车经验可以知道，不论骑车人体力和心率功能状况如何，都会遇到这样情况：在平直路面，要求提高车速。主要矛盾不在于脚踏出力，而在于脚踏转速。而在粗糙路面或上坡要想保持最大限度车速。主要矛盾不在于脚蹬转速，而在于脚踏出力。也就是说，叶片油泵应该感知路面变化，自动配置。时而低压大流量，时而高压小流量。使油泵产生最大平均流量以达到最大平均车速，又适应骑车人功率和心率要求。当前国内外还没有针对适合液压自行车用的限压单向变量叶片泵(YBP)产品。
4、高压性能。现有国内外，恒功率单向变量叶片泵(YBP)不仅在低速性能、功率匹配适应心律的踏速等不能直接应用液压自行车上，在高压性能上也存在严重问题。叶片泵一个很大的特点是它具有较多的滑动磨擦表面(叶片-转子，叶片-定子，叶片-配流盘，转子-配流盘)，为了保证较高的低速高压容积效率，便要保持这些表面间的间隙很小。例如，叶片轴向长度与转子轴向长度间隙0-0.02mm，转子宽度与定子宽度方向间隙0.01-0.02mm，定子宽度端面与壳体配油盘间隙0.01-0.02mm。这样，叶片与配油盘间隙积累0.02+0.02+(0.01-0.02)＝0.05-0.06mm。而且，还存在叶片厚度与叶片槽宽度间隙0.008-0.028mm。这样，在高压条件(例如0.2-2.5Mpa)，相当自行车在无风平直路面惯性运动，还可以保持一定的容积效率。而当自行车在较短时间、路程、起动(车速为零至额定速度25km/h)油压迅速升高至4-6Mpa时，由于叶片的最大间隙与配油窗口积累到0.04-0.06mm，再由于联接左右壳体的螺钉的受力与壳体弹性变形，与左右壳体为一体的配油盘与叶片间隙进一步增大，叶片的内泄漏便会增大，油泵产生的压力由于泄漏，形成压力严重的波动，出口流量为零，无法驱动油马达带动车轮转动而使起动加速，上坡等工况失效。如果增大与油泵匹配自行车用的球塞油马达力矩从而降低油泵工作油压，则要增大球塞分布节园尺寸，加重整车重量，成本和资源消耗都增加，外观也欠妥。
5、技术要求严格、工序复杂，材质及工艺复杂。以国内外油泵材质及技术要求为例：
(1)定子：轴承钢GCr15，水淬，硬度RC63，端面平行度0.007mm，内园柱面与端面的垂直度0.015mm，内园柱面的光洁度0.8；
(2)转子：40Cr，硬度RC48，端面平行度0.007mm，端面表面光洁度0.4，叶片槽平行度0.01mm，叶片槽光洁度0.2；
(3)叶片：高速钢W18Cr4V，硬度RC63，叶片与叶片槽间的间隔为0.01-0.02mm，叶片顶部与侧面垂直度为0.01mm，叶片两侧面平行度0.01mm，叶片两面平行度0.01mm，光洁度0.2；
(4)配流盘：锑铜铸铁(或青铜)，与转子接触端面光洁度0.8，平行度0.1mm；
(5)泵体：一级铸铁；
(6)传动轴用中碳镍铬钢或中碳锰钢；
在叶片泵的制造中，转子上的叶片槽及叶片的加工较为困难，要专用设备及薄砂轮磨制。成品的测量、分组、对号入座。保证叶片厚度比转子槽宽度小0.02mm，宽度比转子宽度小0.01mm，两平面及两侧面平行度小于0.01mm，顶端外缘不垂直度小于0.005mm，且垂直于侧边。
叶片的加工工序为：①叶片材料退火；②加工长度、宽度、厚度留磨削余量；③粗磨两平面及侧边；④淬硬RC62-64；⑤粗磨两平面；⑥粗磨及精研两平面；使其在转子狭槽保持0.02mm间隙，并且使叶片宽度比转子宽度小0.01mm；
转子的加工工序为：①制料；②镗孔并装在心轴上磨毕；③装在心轴上铣出狭槽，并用侧铣刀将狭槽两壁精铣，留磨削余量；④淬硬RC38；⑤用尖锉锉平狭槽，并用油石磨光，留余量0.01-0.02mm；⑥氮化至硬度RC80以上，使其耐磨；⑦将狭槽最后研平；⑧精磨两侧面及轴颈。
转子的狭槽亦可在拉床上精拉，每次加工一个槽壁，则在淬火后只须用磨砂轮轻轻研磨。
技术要求：①各个狭槽的宽度相差小于0.05mm；②狭槽两面平行度小于0.02mm；③转子两侧平面与轴颈中轴垂直，在叶片根部节园直径40mm的半径处偏差不得大于0.015mm；④转子两侧平面平行偏差不大于0.02mm，该两面须平面，只可中央略凹至0.01mm，不可中央凸起；⑤转子各个表面均经磨光，狭槽内轴向磨痕的长度须小于狭槽长度之半，而波纹区的总共面积不得超过狭槽总面积的四分之一，狭槽的锋棱必须用油石磨光。
6、重量大。现有以钢铁为主要零件材料的叶片泵，其重量很大，根本不适合目前自行车朝轻型化、小型化方向发展。许多轨道交通发达的国家都设立自行车刷卡自助租车业务。也有一部分人则采用自携式折叠小轮车，乘座轨道交通或公交车。自行车的重量是权衡其本身价值的重要指标，特别在中国，把自行车方便提上楼，存放在家中，最安全最保障成为日益众多骑行者的梦想。以钢铁为主要零件的叶片泵其实用性是不行的，必须“脱胎换骨”，瘦身减重。
7、资源浪费。工业叶片泵采用多种合金钢材及稀有金属制造，对以人为动力的自行车用的叶片泵是大材小用，浪费资源，限制了社会的进步。
8、成本高。由于现有叶片泵工艺复杂，生产成品率低，无法与上亿万液压自行车配套。而且，采用大量金属材料生产，成本也很高。新一代液压自行车无法满足广泛使用、促进社会进步、社会环保及中低收入的人群需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构合理、自重轻、体积小、效率高、成本低、省力、快捷，适合与各种车径配套，并具有压力伺服变量功能的液压自行车用低速高压叶片油泵。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：一种液压自行车用低速高压叶片泵，包括端盖、主轴、骨架油封、右壳体、叶片、中壳体、左壳体、轴承、“O”形密封圈、螺钉、限压弹簧、弹簧座、调节螺母、侧端盖、转子、定子、滑块、盖板、流量调节螺钉、密封圈、锁母、滚针，其特征在于：转子内设有叶片槽，在叶片槽内设有叶片弹簧及叶片支架，叶片支架为叶片弹簧定位，叶片藏于转子的叶片槽内，其一端压住叶片弹簧，另一端紧贴定子内表面。
本发明的目的还可以通过以下措施来达到：叶片采用工程塑料压注成型，叶片上部压油面两侧带有V型槽，槽的长度等于两倍最大偏心距，叶片底部设有Y型裙边和两个弹簧孔，Y型裙边外侧与转子叶片槽及配流盘接触面有0.02～0.03mm间隙，两个叶片弹簧分别藏于两个弹簧孔内，叶片上部设有一个30度的倾角。左壳体及右壳体都采用铝合金材料制成，并在其上加工出配流窗口，左壳体及右壳体与配流窗口成一体化结构，左壳体上的配流窗口由一个月形窗口11-5及一个环形窗口11-4组成，在压油窗口11-5的一边开有三角槽11-8，左壳体上还设有压力油流道11-1、11-2，右壳体上的配流窗口由一个半月形窗口和一个环形配流窗口组成，在右壳体上还设有吸油通道，叶片在吸油区，半月形吸油窗口通过孔和吸油流道相通，而叶片在压油区，压油窗口通过孔和压力油流道相通，环形窗口通过孔也和压力油流道相通，叶片下部不论叶片在吸油区或压油区都和压力油通道相通。转子采用铝合金材料制成，其内的叶片槽采用零倾角布置，叶片槽底部设计成半圆形状，其直径与叶片厚度相等。主轴为双出轴结构，并通过花键和转子连接，主轴通过轴承、卡圈、骨架密封固定左壳体和右壳体上。定子采用铝合金材料制成，并由滑块、滚针及盖板支承，盖板通过螺钉与中壳体联接，限压弹簧、弹簧座、调节螺母及侧端盖装于中壳体的一侧，并使弹簧座压住定子，调节流量螺钉，密封圈)及锁母装于中壳体的另一侧，调节流量螺钉与定子接触，在中壳体的上部装有定位导套及定位弹簧，定位导套与定子接触。限压弹簧采用碟形弹簧。叶片、转子、定子的轴向宽度尺寸及公差完全一致，并等于左壳体、右壳体配油窗口之间的距离，左壳体、右壳体及中壳体通过螺钉紧密联接，仅保留定子、转子、叶片与配流窗口面0.01～0.015mm间隙。
本发明相比现有技术具有如下优点：
1、重量轻。由于叶片成功采用工程塑料注塑，使转子、定子、配油窗面(含外壳)均可采用硬度和耐磨性高于工程塑料的高强度铝合金加工。铝的比重仅为钢件的1/3左右。
2、体积小。实用性强，便于安装和拆卸；外观美，适合各种轮径车及各型号油马达的配套。
3、成本低。工艺及材料简单，大大节约成本。除轴承、定位销、螺钉、O型密封圈、卡圈几个外购标准件外，加工件均采用加工中心，自动加工，模具化生产及注塑成型，以塑代钢。
4、低速，高压性能好。在平直无风路面，以人体步行频率踏骑，即可达到高速的目的。以人体最佳心脏跳动节率踏骑的普通人的体力，可以达到6Mpa高油压力不少于10km/h车速，轻松通过城市道路自行车坡度规范中最大的坡度(5％)。
5、起动性能好、平稳、无冲击。在红绿灯口和横街狭巷中低速骑行时，油泵能迅速建立油压力，行车平稳，无冲击，无失速。
6、节约资源。取消传统油泵中含钨、铬、钒、锡、锰、铜等稀有金属钢材，代之是塑料及我国占世界第一储量的铝材。且旧车铝材还可回收再用。
7、  寿命长，安全可靠，装拆方便。油泵按工业产品寿命设计，其磨损服从相对运动副的PV值，即压力和速度的乘积。由于骑车人的驱动功率很小，仅为工业用功率的1/10或更小，而转动速度与工业电机驱动速度(1500-3000R/min)相比仅为1％左右，也是微不足道。而且工程塑料摩擦系数很小。因此，可以说使用年限长，维修率极低。油泵和车架鞍座管下部的油箱(即鞍座管)是板式联接，装卸十分简便。
8、“三率”和谐统一：骑车人功率，心脏跳动节律，骑行效率，均达到最佳配合。
9、拓展用途广。油泵与油马达匹配组成高效车载发电车，为野战、地质、旅游提供应急电源。还可以作为双拉伸油压移动工作台，风力发电机等能量转化传输系统或残疾人车的驱动压力源，并方便地派生各种功能专用自行车。
附图说明
图1、图2为现有技术的内部结构示意图；
图3为本发明的结构正剖视图；
图4为本发明的结构侧剖视图；
图5为本发明右壳体上配油窗的结构示意图；
图6为本发明左壳体上配油窗的结构示意图；
图7为本发明中叶片的结构正视(局部剖)图；
图8为本发明中叶片的结构侧视图；
图9为图7的A向结构示意图；
图10、图11为本发明变量原理力作用图。
具体实施方式
本发明下面将结合附图(实施例)作进一步详述：
参照图3～图9，本发明包括端盖1、主轴2、骨架密封3、右壳体4、叶片5、中壳体6、定位导套7、定位弹簧8、叶片支架9、叶片弹簧10、左壳体11、轴承1 2、卡圈1 3、“O”型密封圈14、14-1、螺钉15、限压弹簧16、弹簧座17、调节螺母18、锁母19、转子20、定子21、滑块22、盖板23、调节流量螺钉24、密封圈25、定位销26、滚针27、锁母28等。本发明为“三片”式结构，分别为左壳体11、右壳体4、中壳体6三片组成。转子20，定子21，限压弹簧16，调节螺母18，锁母19，调节流量螺钉24，滑块22，滚针27，定位销26都在中壳体6内，而吸油配流窗口和压力油配流窗口轴承12、卡圈13、骨架密封3、端盖1则分别装在右壳体4和左壳体11内，“三片”通过螺钉15联接。
油泵的左壳体11和右壳体4加工出配流窗口，壳体与配流窗口成一体结构，增强壳体刚性，简化工艺。左壳体11上的配流窗口由一个半月形窗口11-5及一个环形窗口11-4组成。右壳体4上配流窗口由一个半月形窗口4-3和一个环形窗口4-4组成。叶片在吸油区，上半月形窗口4-3通过孔4-2和吸流通道4-1相通。而叶片在压油区，下半月压油窗口11-5通过孔11-6和压力油流道11-1、11-2相通，环形窗口4-4、11-4通过转子叶片槽的半圆孔及孔11-7也和压力油流道11-1、11-2相通。也就是转子20、叶片5下部不轮叶片5在吸油区或压油区都和压力油流道11-2相通。这样可以根据油泵油压的升高同时提高叶片上部与定子内表面密封的可靠性。当叶片5从吸油区进入压油区时，在压油窗口11-5的一端开有三角槽11-8，开三角槽11-8的目是使叶片5间的油液从低压到高压的变化有一个缓冲的过程，从而减少输出压力油的脉动以及减少冲击和噪音。三角槽11-8的尺寸及其所占的中心角应由试验确定。叶片的底部和环形窗口11-4的压力油相通。叶片5底部还装置了两个弹簧10，在弹簧支架9的导向下使叶片有足够弹簧压力压向定子内壁形成密封腔。因此，油泵的工作原理无须依靠转子20的高速旋转及叶片5较大的质量m形成的离心力F＝ma(a为加速度)，使叶片5紧贴定子21内表面形成密封腔。转子20，主轴2与左壳体11，右壳体4同一个中心。主轴2是双出轴结构，它与转子20(内孔模数m＝0.5～1)由花键连接。这样可以获得更小的转子孔径，提高转子叶片槽根部抗弯曲许用应力，而轴端则用锥形四面体与国际流行的脚踏曲柄配合，传统自行车与转轴的销钉联常常发生骑车人裤脚被销钉挂破的缺点，也增加外观美丽。主轴2通过轴承12、卡圈13，骨架密封3固定在左壳体11和右壳体4上；定子21支承在滑块22，滚针27，盖板23上；盖板23通过螺钉15-1与中壳体6联接；定子2又在限压弹簧16，弹簧座17，调节螺母18，锁母19的弹簧予压力F的作用下，把定子压向左边。
当转子20按图示方向旋转时，叶片5在弹簧10的压力下，紧贴定子21内表面，叶片5和转子20外沿形成封闭腔，在吸油段叶片封闭腔由小逐渐变大。形成部份真空，处于车架鞍座管内油液面在大气压力下被吸入泵体内；而处于压油区段时，封闭腔由大逐渐变小，油被压出。
叶片5在支架9导向下，叶片弹簧10使叶片5上部紧贴定子21的内表面，而在初步形成油压力后，压力油通过左壳体11的环形槽11-4与转子20叶片槽底部半园孔进入叶片5底部Y形裙边5-2的封闭腔，使叶片5产生一个与油压力同步增长的使叶片向外伸出的合力，由于叶片5上部有一个30°的斜角5-3，在叶片5封闭腔内也产生一个使叶片5缩入的力。改变油压作用叶片5上下的面积差，使叶片5伸出力略大于缩入力，既保障在压油区叶片5上部与定子内表面的密封压力需要，又不至于在吸油区叶片5上部与定子21内表面发生太大磨损和摩擦功率的损失。
油泵工作原理和转子20的转速，叶片5的质量大小无关，这是本发明重要的特点。
叶片5由工程塑料压注成型。叶片5上部压油面两侧带有V型槽5-4，槽的和长度等于两倍最大偏心距。叶片5底部带有Y型裙边5-2和两个弹簧孔5-1，Y型裙边5-2外侧与转子叶片槽及配流盘接触面有0.02-0.03mm的间隙，改善叶片与转子槽的装配工艺。叶片两侧V型槽5-4的外缘在油压作用下紧贴配流盘面，能很好分隔叶片高低压腔，阻止高压面的油流向低压面的封闭腔，降低容积效率。塑料叶片5的弹簧10，在支架9的导向下使叶片5一直紧贴定子21内表面，叶片对定子内表面不会产生撞击噪音，叶片5模具化生产尺寸定型好、成本低Y型V型组合结构，密封性好、低速、高压性能有保障。
现有技术的转子带有13°叶片安装倾角，这有利于减少压力角，提高叶片抗弯曲能力和在吸油区不易被转子20的叶片槽咬住而产生不均匀磨损。但是这种结构不宜反转，不利于骑车人上车或是骑行中习惯性倒转一下脚踏，调整脚踏位置。因此，本发明转子20的叶片槽采用零倾角布置，而且在转子上的叶片槽底部不采用直径大于叶片5厚度的园，而与叶片厚度相等的半园。保证叶片5在全缩入转子20，叶片5底部的Y形裙边5-2正好处在半园的直径位置。Y型裙边5-2对叶片槽壁有0.02-0.03mm过盈量，使叶片5在吸油区叶片底部的油不至于通过叶片5与转子槽壁间间隙产生泄漏和降压。
定子21在滑块22滚针27支承下，可以左右移动，即可改变偏心量的大小，就能改变了输出油量的大小。
根据人体工程学测定，一个普通人以0.2-0.3马力功率在城市道路中骑行是十分舒适的。这个功率可以保持自行车的平均速度25-30km/h，此时风阻力约占驱动功率1/3左右。但如果经常遇到坡道，不能依靠平直路面惯性行走，则会很快感到疲劳，坚持不了多久。为了避免不良路况骑行时，对人体产生附加功率而得到最高的平均车速，最佳的方案是；充分考虑人的功率、心率和效率，在平直路面适合骑车人的功率和心率。例：踏速73R/min，车速25km/h左右，如果发觉车速过快或前方有障碍，可停止脚踏让车处于“自动滑行”工况，骑车人得到少许休息时间。而在重新脚踏时，车子已有初速度，此时再加速到额定速度(V＝25-30km/h)时，遇到坡道或粗糙路面阻力增大，也不会感到很疲劳。由公式N＝PQ/612η(N-人体输出功率kw，P-油泵工作压力Mpa，Q-油泵排量L/min。η-油泵效率％)。可见，在坡道油压力P上升时，而人体脚踏转速保持平直路面状态下，油泵的排量Q应该减少才不至于功率N增加。流量减少的极限是多少？视坡道大小，需要油泵PB′值大小而定。一般人(并非杂技演员)保持直立骑行最低车速5km/h左右，则油泵极限排量QB′＝(V/πD)qm  (式中已知V-车速，D-车轮直径，qm油马达容积常数)允许油泵油压P上升至PB′＝(612η/QB′)N Mpa，在现有技术中，内反馈限压式变量叶片泵基本原理是依靠定子圈内油压力的大小来自动改变定子相对转子的偏心量e，从而达到改变排量的目的。
本发明的特点：“以人为本，人性化设计”就是这种压力P与排量Q的变化必须符合人体功率、心率和骑行效率的要求。如图9、图10所示，泵的转子20和定子21偏心e安置。转子20中心固定，定子21可左右移动。当定子21左右移动时，即可改变偏心量e。配流窗面上压油窗口11-7与泵的中心Y-Y不对称，稍偏向限压弹簧16一边。这样就使压油腔中作用在定子内表面的油压力的合力F与泵的中心线也不对称(偏一个角度θ°)。其水平分力PX就是反馈力，它与限压弹簧6的予压力f相平衡，有压缩弹簧减少偏心的趋势。当负载变化时，F即发主变化，定子相应移动而改变偏心量，使泵的排量改变。其工作过程如下：当泵的工作油压P小于其调定油压力PB时，PX＜f。这时限压弹簧不压缩，定子不移动，保持最大偏心量不变，泵的排最大。
当泵的工作油压力P升高而大于调定油压力P时，PX＞f。这时，限压弹簧被压缩，定子向右移，偏心量减小，泵的排量也减小。泵的工作油压力越高，偏心量越小，泵的排量也越小。
当泵的工作油压力达到某一极限值(最高调定油压力)Pe时，则反馈PX更高，限压弹簧将被压缩到最短(全压缩0.75h h-弹簧最大变形行程)，定子也移到最右端位置，偏心量减至最小(趋于零)，使泵的排量趋于零，只输出用来补偿泄漏的流量。
内反馈限压式变量叶片泵的Q-P特性图10所示。
曲线说明泵在稳态工作时流量和压力的关系，图中：
(1)QA表示所调节的最大流量(自行车脚踏转速n≤73R/min，在平直无风1-2级路面时)。
(2)PB表示泵在最大输出流量保持不变下可达到的最高工作压力(称为拐点压力)，其大小可用调节限压弹簧予紧力f的方法改变。此时，骑车人输出的功率为N′＝(PB′×QB′)/612η，N′≤N。(N′-上坡时功率，N-上坡前人体最佳功率)
(3)PC表示泵调好后工作的极限压力(最高调定油压力)。此时，泵的输出流量为零。如外负载再增大，C点(限压点)的压力PC也不能再升高。也就是说，当泵的限压弹簧一经调好后，PB和PC就调定了。泵的最高工作油压力，运动员骑行时极限输出功率就受到限制。
(4)曲线上AB段，表示当泵的工作压力小于予调压力PB时，定子不移动，最大输出流量基本不变(由于工作油压力提高时，泵泄漏增加，故实际流量线段AB略倾斜)。如单独调节流量螺钉24，可以改变定子左移的极限位置，从而改变定子的最大偏心量，以改变泵在低于压力PB时，在额定脚踏转速73R/min时的最大输出流量。也就是说，加大或减小运动员的额定骑行功率N，此时曲线上AB段上下平移，QA变PB不变。
(5)曲线上BC段表示只有当泵的工作油压力超过PB时，定子才能移动，泵的输出流量可以改变限压弹簧予紧力f，从而改变开始压缩弹簧时的拐点压力PB和弹簧最大压缩量相应的极限压力PC的大小。此时，曲线BC段左右平移，PB和PC均变化；PB增大，运动员功率加大；BC右移，PB减小运动员功率减小，BC左移。
若改变弹簧刚度，则可改变曲线BC的斜率。泵的这一特性，特别适合以人为原动机的自行车城镇交通或是赛道车手的需求。在空旷平直路面时，高速行驶(要求低压大流量，可利用曲线AB段)在障碍路面时(如坡度越野、健身，油压力逐渐增高，流量相应减少，要求油压逐渐增高，流量相应减少，可利用曲线BC段)全程平均车速可获得最大值，提高了骑行效率，扩大了道路车流量，缓解了交通拥挤压力。
上述特性是指泵在稳态压力下的Q-P特性，但当泵的工作油压力突然增加时，由于定子的惯性(和自行车前进方向相反)，和相对运动部分的摩擦力的影响，定子移动过程要滞后一段时间同，因而产生了压力超调，如图11所示，一般压力超调量小于调定压力的80％，超调量可大大影响泵的寿命和骑车人的舒适感。为此，定子21为园形，(不带耳环)，由滑块22，滚针27支承，并承受定子的油压作用力-FY重合坐标Y-Y的分力-FY，故定子移动比较灵敏。当定子左右移动时，滑块22也随同定子一起移动。因而，具有较好的流量调节性能。
本发明为了保证低速、高压时的容积效率，叶片、转子、定子的轴向宽度尺寸及公差应完全一致。并且等于左、右壳体、配油窗口之间的距离。在左、右壳体用合金钢螺钉联接紧密后，仅保留定子、转子、叶片与配流窗面0.01-0.015mm的间隙。这个间隙实际上，也被叶片V型外缘5-4和Y型裙边5-2与配流盘面的过盈量0.02-0.03mm所密封。特别是在高压时，联接螺钉受拉伸力变形，增大配流盘面与定子、转子、叶片的间隙时，叶片在高压油的作用下，Y型裙边和V型外缘也会相应扩大，泓补联接螺钉受力伸长引起间隙的增大。另本发明中的限压弹簧16采用碟形弹簧，它是一种钢板冲压的锥形的园环，板状弹簧可以得到各种不同的弹簧特性曲线满足自行车根据运动人体功率、心率、骑行效率的要求实施流量调节。而且在同样承压变形条件下，自重轻、占用空间小、生产率高。为了防止定子在反馈力为零时，因震动使定子21与滑块22分离。图3、图4、图9、图10中把反馈力轴向分力放在-Y轴方向与定子重力方向一致，并且，增加定位弹簧8和定位导套7。定子中心和转子中心不在同一个园心，定子在反馈力Fx向右移动时，定位导套的小弹簧会让定子沿±X轴方向平移，而在油泵受到震动时，定子21在定位弹簧7和定位导套8的压紧力下不会脱离支承滑块22。保证反馈性能的可靠性。

Claims (8)

1.一种液压自行车用低速高压叶片泵，包括端盖(1)、主轴(2)、骨架油封(3)、右壳体(4)、叶片(5)、中壳体(6)、左壳体(11)、轴承(12)、“O”形密封圈(14)、螺钉(15)、限压弹簧(16)、弹簧座(17)、调节螺母(18)、侧端盖(19)、转子(20)、定子(21)、滑块(22)、盖板(23)、流量调节螺钉(24)、密封圈(25)、锁母(28)、滚针(27)，其特征在于：转子(20)内设有叶片槽，在叶片槽内设有叶片弹簧(10)及叶片支架(9)，叶片支架(9)为叶片弹簧(10)定位，叶片(5)藏于转子(20)的叶片槽内，其一端压住叶片弹簧(10)，另一端紧贴定子(21)内表面。
2.根据权利要求1所述的液压自行车用低速高压叶片泵，其特征在于：叶片(5)采用工程塑料压注成型，叶片(5)上部压油面两侧带有V型槽(5-4)，槽的长度等于两倍最大偏心距，叶片(5)底部设有Y型裙边(5-2)和两个弹簧孔(5-1)，Y型裙边(5-2)外侧与转子叶片槽及配流盘接触面有0.02～0.03mm间隙，两个叶片弹簧(10)分别藏于两个弹簧孔(5-1)内，叶片(5)上部设有一个30度的倾角(5-3)。
3.根据权利要求1所述的液压自行车用低速高压叶片泵，其特征在于：左壳体(11)及右壳体(4)都采用铝合金材料制成，并在其上加工出配流窗口，左壳体(11)及右壳体(4)与配流窗口成一体化结构，左壳体(11)上的配流窗口由一个月形窗口11-5及一个环形窗口11-4组成，在压油窗口11-5的一边开有三角槽11-8，左壳体(11)上还设有压力油流道11-1、11-2，右壳体(4)上的配流窗口由一个半月形窗口(4-3)和一个环形配流窗口(4-4)组成，在右壳体(4)上还设有吸油通道(4-1)，叶片(5)在吸油区，半月形吸油窗口(4-3)通过孔(4-2)和吸油流道(4-1)相通，而叶片(5)在压油区，压油窗口(11-5)通过孔(11-6)和压力油流道(11-1)、(11-2)相通，环形窗口(4-4)、(11-4)通过孔(11-7)也和压力油流道(11-1)、(11-2)相通，叶片(5)下部不论叶片(5)在吸油区或压油区都和压力油通道(11-2)相通。
4.根据权利要求1所述的液压自行车用低速高压叶片泵，其特征在于：转子(20)采用铝合金材料制成，其内的叶片槽采用零倾角布置，叶片槽底部设计成半圆形状，其直径与叶片(5)厚度相等。
5.根据权利要求1所述的液压自行车用低速高压叶片泵，其特征在于：主轴(2)为双出轴结构，并通过花键和转子(20)连接，主轴(2)通过轴承(12)、卡圈(13)、骨架密封(3)固定左壳体(11)和右壳体(4)上。
6.根据权利要求1所述的液压自行车用低速高压叶片泵，其特征在于：定子(21)采用铝合金材料制成，并由滑块(22)、滚针(27)及盖板(23)支承，盖板(23)通过螺钉(15-1)与中壳体(6)联接，限压弹簧(16)、弹簧座(17)、调节螺母(18)及侧端盖(19)装于中壳体(6)的一侧，并使弹簧座(17)压住定子(21)，调节流量螺钉(24)，密封圈(25)及锁母(28)装于中壳体(6)的另一侧，调节流量螺钉(24)与定子(21)接触，在中壳体(6)的上部装有定位导套(7)及定位弹簧(8)，定位导套(7)与定子(21)接触。
7.根据权利要求1所述的液压自行车用低速高压叶片泵，其特征在于：限压弹簧(16)采用碟形弹簧。
8.根据权利要求1所述的液压自行车用低速高压叶片泵，其特征在于：叶片(5)、转子(20)、定子(21)的轴向宽度尺寸及公差完全一致，并等于左壳体(11)、右壳体(4)配油窗口之间的距离，左壳体(11)、右壳体(4)及中壳体(6)通过螺钉(15)紧密联接，仅保留定子(21)、转子(20)、叶片(5)与配流窗口面0.01～0.015mm间隙。
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