CN102966506B - 具有凸轮致动阀的活塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制活塞泵的方法。该方法包括致动容纳在缸筒内的多个活塞，以导致多个活塞中的每一个进行往复运动。通过改变进入凸轮环的时钟位置以导致多个进入阀相对于进入凸轮环的时钟位置打开和关闭，可调节供给到每个活塞的流体。通过改变排出凸轮环的时钟位置以导致多个排出阀相对于排出凸轮环的时钟位置打开和关闭，可调节由每个活塞排出的流体。

Description

具有凸轮致动阀的活塞泵

技术领域

本发明总体上涉及一种活塞泵，且更具体地涉及一种在液压系统中使用的活塞泵。

背景技术

在传统的操作模式中，活塞泵可产生大量噪声。设计成限制在车间中的总噪声的越来越严格的法规已产生对于在低噪声级别下操作的活塞泵的需求。

活塞泵可通过许多方式产生噪声。例如，当活塞泵操作时，转动的活塞典型地在大气压力下通过进入狭槽吸入液压流体。在泵送室对入口关闭后，活塞经过下止点（BDC）。当活塞移回到上止点时，它将流体加压并将流体排入出口。因为在下止点之后的转换期间，泵送室内的流体被加压，所以液压流体达到特定腔室压力，在此之后，液压流体通过出口排出并进入具有特定系统压力的液压系统。活塞腔室相对于液压系统的过度加压或压力不够已被确定为活塞泵中的噪声源。一旦向出口打开，过压的活塞腔室产生压力“泄落”，从而产生可听得见的噪声。当活塞腔室和出口之间的压力差增加时，该噪声可增加。因为在活塞腔室内的压力变化率是突然的且更高的系统压力冲入活塞侧腔室，所以活塞腔室压力不够可产生噪声。理想的系统操作可在这样的条件下进行，其中，腔室压力与系统压力相等，从而压力超出量为零且在活塞腔室内的压力变化率较低。

降低活塞泵噪声的传统方法已有点效果不佳。某些现有的方法建议改变在这种液压活塞泵中的配流盘正时（timing），以便降低其使用发出的噪声。然而，这种提议是不可行的，因为在操作过程中施加在配流盘上的载荷通常非常大。这种大载荷使得在操作过程中几乎不可能移动或调整配流盘。

还已提出其它的技术。在一个示例中，轴向活塞泵包括压力平衡槽，当筒端口转到打开的配流盘端口时，该压力平衡槽逐渐将压力转变。另一方法利用螺线管以打开和关闭形成在配流盘中的辅助端口。然而，这些方法都不能导致有效地消除由这种活塞泵引起的噪声。

因此，尤其希望提供一种改进的活塞泵。

发明内容

根据一个实施例，本发明涉及一种活塞泵。该活塞泵可包括壳体、缸筒、多个活塞、进入凸轮环、排出凸轮环、多个进入阀和多个排出阀。缸筒设置在壳体内，并适于通过驱动轴围绕转动轴线转动。多个活塞可设置在缸筒中。每个活塞构造成在缸筒内在与缸筒的转动轴线平行的方向上往复运动。进入凸轮环可布置在多个进入阀中的每一个的第一转动路径上。排出凸轮环可布置在多个排出阀中的每一个的第二转动路径上。多个进入阀相对于进入凸轮环的时钟位置（clock position）打开和关闭，以调节供给到每个活塞的流体。而且，多个排出阀相对于排出凸轮环的时钟位置打开和关闭，以调节由每个活塞排出的流体。

在另一个实施例中，本发明涉及一种控制活塞泵的方法。该方法包括:致动容纳在缸筒内的多个活塞，以导致多个活塞中的每一个进行往复运动。通过改变进入凸轮环的时钟位置以导致多个进入阀相对于进入凸轮环的时钟位置打开和关闭，调节供给到每个活塞的流体。通过改变排出凸轮环的时钟位置以导致多个排出阀相对于排出凸轮环的时钟位置打开和关闭，调节由每个活塞排出的流体。

在另一个实施例中，本发明涉及一种活塞泵组件。该活塞泵组件包括壳体、缸筒、多个活塞、进入凸轮环、排出凸轮环、多个进入阀和多个排出阀。缸筒设置在壳体内，并适于通过驱动轴围绕转动轴线转动。多个活塞可设置在缸筒中。每个活塞构造成在缸筒内在与缸筒的转动轴线平行的方向上往复运动。入口将流体供给到多个活塞中的每一个。出口接纳由多个活塞中的每一个排出的流体。多个进入阀相对于缸筒的转动轴线设置。进入凸轮环可布置在多个进入阀中的每一个的第一转动路径上。多个排出阀也相对于缸筒的转动轴线设置。排出凸轮环可布置在多个排出阀中的每一个的第二转动路径上。多个进入阀相对于进入凸轮环的时钟位置打开和关闭，以调节供给到每个活塞的流体。而且，多个排出阀相对于排出凸轮环的时钟位置打开和关闭，以调节由每个活塞排出的流体。

附图说明

图1示出根据一个实施例的活塞泵的剖视图。

图2示出根据一个实施例的进入凸轮环相对于进入阀的剖视图。

图3示出根据一个实施例的排出凸轮环相对于排出阀的剖视图。

图4以流程图的形式示出用于控制根据一个实施例的活塞泵的方法。

具体实施方式

现在对附图中示出的优选实施例进行详细说明。只要有可能，整个附图中相同的附图标记用于表示相同或类似的部件。

图1示出根据一个实施例的活塞泵的剖视图。活塞泵100可包括壳体101、驱动轴110、缸筒114和多个活塞120。缸筒114设置在壳体101内，并适于通过驱动轴110围绕转动轴线转动。驱动轴110能够可转动地支承在壳体101中，并从缸筒114延伸出来且与缸筒114是一体的。多个活塞120可设置在缸筒114中。在一实施例中，可以有许多活塞，例如5个、7个、9个等。每个活塞120可构造成在缸筒114内在与缸筒114的转动轴线平行的方向上往复运动。

活塞泵100还可包括多个进入阀106、多个排出阀108、进入凸轮环140和排出凸轮环142。进入凸轮环140可布置在多个进入阀106中的每一个的第一转动路径上。排出凸轮环142可布置在多个排出阀108中的每一个的第二转动路径上。多个进入阀106可相对于进入凸轮环140的位置打开和关闭，以调节由每个活塞120接纳的流体。多个排出阀108也可相对于排出凸轮环142的位置打开和关闭，以调节由每个活塞120排出的流体。

在一个示例中，活塞泵100还可包括进入凸轮环致动臂150、排出凸轮环致动臂152、入口102和出口104。进入凸轮环致动臂150可以被致动，以基于第一受控正时控制进入凸轮环140沿第一转动路径的时钟位置。排出凸轮环致动臂152也可以被致动，以基于第二受控正时控制排出凸轮环142沿第二转动路径的时钟位置。进入凸轮环致动臂150和排出凸轮环致动臂可通过能源工作，该能源可以是电流、液压流体压力或气动压力的形式，且该能源将能量转换成运动。在另一示例中，入口102构造成与多个进入阀106流体连通。入口102可用作供给将通过多个进入阀106进行调节的流体流的通道。出口104可与多个排出阀108流体连通。出口104可用作接纳通过多个排出阀108进行调节的排出流体流的通道。

在一实施例中，多个活塞120可按圆形阵列设置在缸筒114内。每个活塞120都可布置成接纳流体。例如，该流体可以是液压流体或与机械或发动机兼容的类似流体。多个活塞120中的每一个都可安装在缸筒114中，该缸筒可通过驱动轴110转动，该驱动轴110可由致动器、电源或马达驱动。在工作过程中，当缸筒114转动时，活塞120通过斜盘（swashplate）116交替地进出（stroked in and out），该斜盘116在整个行程中可以特定角度倾斜。当缸筒114转动时，活塞120缩回，使泵送室（pumping chamber）118变大。当进入阀106打开时，流体从入口102抽入泵送室118。活塞120在下止点（BDC）处达到其最大程度，然后活塞120伸出，使泵送室118减小并因此通过排出阀108将流体排入出口104。

活塞泵100还包括斜盘116，该斜盘116固定地布置在斜盘壳体121内。斜盘116能够改变它的角位置，以引起多个活塞120往复运动。如在这里使用的那样，斜盘是用于将驱动轴110的运动转变为多个活塞120的往复运动的装置。斜盘壳体121可与壳体101一起铸造形成。斜盘116可包括回缩板（retraction plate）117、多个滑靴（slipper）115和与每个活塞120相关联的斜盘面119。每个活塞120的头部经由滑靴115附接到回缩板117上。滑靴115可具有一层油，该油提供在斜盘116的接触表面上的润滑。回缩板117抵靠在多个滑靴115的背面上。当驱动轴110转动时，每个活塞120从斜盘116上的点获取往复运动，该斜盘116为每个活塞120提供了往复运动。回缩板117保持多个滑靴115靠在斜盘面119上。

活塞泵100还可包括缸头部160和透镜板（lens plate）170。缸头部160提供了用于将多个泵送室108连接到入口102和出口104的流动路径的壳体。缸头部还提供了用于容纳多个进入阀106和多个排出阀108的刚性体部。透镜板170提供了壳体101和缸头部160之间的密封表面。在构件之间存在相对运动或在连接处有流体流动的各连接处，可设置密封环122和轴承，以便防止出现任何泄漏。

图2示出根据一个实施例的进入凸轮环相对于进入阀的剖视图。进入凸轮环140可构造成用于将缸筒114的转动运动转换为多个进入阀106的往复运动的可移动装置。进入凸轮环140可以是可移动轮——例如内偏心轮或内椭圆轮——的一部分，该可移动轮在进入阀106的转动路径上在所确定的时间段内打开每个进入阀106。进入凸轮环140可以构造成其它的形式，例如可将转动运动转换为线性运动或反之的滑动块或轴（例如，具有不规则形状的缸）。进入凸轮环140可连接到进入凸轮环致动臂150上。进入凸轮环致动臂150可连接到致动器、马达或电子装置上。该致动器、马达或电子装置可用作控制装置，以导致进入凸轮环140的时钟位置改变。例如，进入凸轮环140经由进入凸轮环致动臂150接纳致动力，以控制进入凸轮环140的时钟位置。该时钟位置可调整到所希望的正时，以控制每个进入阀106的打开和关闭。控制进入凸轮环140的位置或正时的能力有助于调节由每个活塞120接纳的流体。

这样，每个转动的进入阀106可设置在进入凸轮环140的路径上。进入凸轮环140的最厚部分导致进入阀106的最大位移，因此导致在该位置处最多的流体供给到活塞120。在转动的进入凸轮环140的最薄部分，进入阀106没有任何位移。在进入凸轮环140的最薄部分，进入阀可布置在关闭位置。因此，进入凸轮环140通过调节进入阀106的打开和关闭用于控制到活塞120的流体供给。

图3示出根据一个实施例的排出凸轮环相对于排出阀的剖视图。排出凸轮环142的操作与进入凸轮环140的操作有些类似。例如，排出凸轮环142可构造成用于将缸筒114的转动运动转换为多个排出阀108的往复运动的可移动装置。排出凸轮环142可以是可移动轮——例如内偏心轮或内椭圆轮——的一部分，该可移动轮在排出阀108的转动路径上在所确定的时间段内打开每个排出阀108。排出凸轮环142可以构造成其它的形式，例如可将转动运动转换为线性运动或反之的滑动块或轴（例如，具有不规则形状的缸）。排出凸轮环142可连接到排出凸轮环致动臂152上。排出凸轮环致动臂152可连接到致动器、马达或电子装置上。该致动器、马达或电子装置可用作控制装置，以导致排出凸轮环142的时钟位置改变。例如，排出凸轮环142经由排出凸轮环致动臂152接纳致动力，以控制排出凸轮环142的时钟位置。该时钟位置可调整到所希望的正时，以控制每个排出阀108的打开和关闭。控制排出凸轮环142的位置或正时的能力有助于调节由每个活塞120排出的流体。

而且，每个转动的排出阀108可设置在排出凸轮环142的路径上。排出凸轮环142的最厚部分导致排出阀108的最大位移，因此导致在该位置处由各活塞120排出最多的油。在转动的排出凸轮环142的最薄部分，排出阀108没有任何位移。在排出凸轮环142的最薄部分，排出阀108可布置在关闭位置。因此，排出凸轮环142用于通过调节排出阀108的打开和关闭来控制由活塞120排出的流体流。

在活塞泵100的示例性操作中，当每个活塞120位于往复循环的顶部（TDC）时，与每个活塞120相关联的泵送室108和出口104之间的连接是打开的。在这个位置，例如，排出阀108布置在排出凸轮环142的最厚位置。另一方面，与各活塞120相关联的进入阀106布置在进入凸轮环140的最薄位置。当缸筒114转动时，每个进入阀106根据每个进入阀106相对于进入凸轮环140的位置打开和关闭（图2）。每个进入阀106的打开导致流体经由入口102填充泵送室118。然后，当活塞120在进入凸轮环140的转动路径上转动时，流体供给到每个活塞120。

而且，当每个活塞120围绕缸筒114的轴线运行（orbit）时，它移动离开缸头部160，因此泵送室118中的流体容积增大。当这种情况发生时，流体从入口102进入泵送室118，以填充空隙。这个过程继续，直到活塞到达往复循环的底部（BDC）。在BDC处，进入阀106位于关闭位置，从而导致泵送室118和入口之间的连接关闭。在这个位置，例如，排出阀108布置在排出凸轮环142的最厚部分。现在，泵送室118变成向出口104打开，以允许流体排出。然后，再次开始泵的循环。

工业适用性

所公开的活塞泵100可适用于需要调节供给到多个活塞和/或由多个活塞排出的油的任何机械或液压系统。举例来说，活塞泵100可以是流体静力驱动系统的构件。现在，结合图4的流程图对活塞泵的操作进行说明。

图4以流程图的形式示出控制根据一个实施例的活塞泵的方法。该方法始于操作402。在操作404中，可以致动容纳在缸筒114内的多个活塞120，以导致多个活塞120中的每一个进行往复运动。该往复运动可经由活塞120围绕驱动轴110的转动轴线的运行和这种运动抵靠在斜盘面229上的动作产生。这样，每个活塞可在壳体内并在与缸筒的转动轴线平行的方向上往复运动。

在操作406中，可以调节供给到每个活塞120的流体。进入凸轮环140可布置在每个进入阀106的转动路径上。进入凸轮环140的时钟位置可导致多个进入阀106在它们相对于进入凸轮环140的位置的转动路径上在所确定的时间段内打开和关闭。这导致所供给的流体由进入阀106进行调节。由进入阀106调节的流体可经由入口102供给。多个进入阀106可相对于缸筒114的转动轴线设置。这便于通过进入阀106进行流体调节。

在操作408中，调节由每个活塞120排出的流体。排出凸轮环142可布置在每个排出阀108的转动路径上。排出凸轮环142的时钟位置可导致多个排出阀108在它们相对于排出凸轮环142的位置的转动路径上在所确定的时间段内打开和关闭。出口104可接纳由每个活塞120排出的流体。多个排出阀108可相对于缸筒114的转动轴线设置。这便于通过排出阀108对流体进行调节。该过程结束于操作410。应该意识到，这些操作可以任何合适的顺序实施。

活塞泵100降低或消除了可在流体供给到活塞120和流体由活塞120排出的过程中产生的噪声。例如，进入阀106和排出阀108可设置成与转动的缸筒114的轴线垂直，以便于阀的打开和关闭。例如，在活塞泵100的操作过程中，进入凸轮环140和排出凸轮环142的时钟位置也可改变。这使操作者能够独立控制或调整活塞泵的进入阀正时和排出阀正时。这样，在缸筒的不同压力、位移和每分钟转数下，可以获得最佳正时。

虽然本发明包括具体示例，但应当理解，本发明并不限于此。当对附图、说明书以及权利要求书进行研究时，本领域技术人员可以想到很多改进、改变、变型、替代和等同方案，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种活塞泵，包括：

壳体；

设置在所述壳体内并能通过驱动轴围绕转动轴线转动的缸筒；

设置在所述缸筒内的多个活塞，每个活塞构造成在所述缸筒内在与所述缸筒的转动轴线平行的方向上往复运动；

多个进入阀；

布置在所述多个进入阀中的每一个的第一转动路径上的进入凸轮环；

多个排出阀；

布置在所述多个排出阀中的每一个的第二转动路径上的排出凸轮环，其中，所述多个进入阀相对于所述进入凸轮环的时钟位置打开和关闭，以调节供给到每个活塞的流体，和

其中，所述多个排出阀相对于所述排出凸轮环的时钟位置打开和关闭，以调节由每个活塞排出的流体。

2.根据权利要求1所述的活塞泵，其特征在于，该活塞泵还包括：

进入凸轮环致动臂，以基于第一受控正时控制所述进入凸轮环沿所述第一转动路径的时钟位置。

3.根据权利要求1所述的活塞泵，其特征在于，该活塞泵还包括：

排出凸轮环致动臂，以基于第二受控正时控制所述排出凸轮环沿所述第二转动路径的时钟位置。

4.根据权利要求1所述的活塞泵，其特征在于，该活塞泵还包括：

入口，该入口与所述多个进入阀流体连通，以供给由所述多个进入阀调节的流体；和

出口，该出口与所述多个排出阀流体连通，以接纳由所述多个排出阀调节的排出流体。

5.根据权利要求1所述的活塞泵，其特征在于，该活塞泵还包括：

固定地布置在斜盘壳体内的斜盘，该斜盘构造成改变其角位置，以引起所述多个活塞往复运动。

6.一种控制活塞泵的方法，包括：

致动容纳在缸筒内的多个活塞，以导致所述多个活塞中的每一个进行往复运动；

通过改变进入凸轮环的时钟位置以导致多个进入阀相对于所述进入凸轮环的所述时钟位置打开和关闭，调节供给到每个所述活塞的流体；和

通过改变排出凸轮环的时钟位置以导致多个排出阀相对于所述排出凸轮环的所述时钟位置打开和关闭，调节由每个所述活塞排出的流体，

其中，所述进入凸轮环包围所述多个进入阀，所述排出凸轮环包围所述多个排出阀。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

经由进入凸轮环致动臂基于第一受控正时控制所述进入凸轮环沿第一转动路径的时钟位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述进入凸轮环经由所述进入凸轮环致动臂接纳致动力，以控制所述进入凸轮环的时钟位置。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

经由排出凸轮环致动臂基于第二受控正时控制所述排出凸轮环沿第二转动路径的时钟位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述排出凸轮环经由所述排出凸轮环致动臂接纳致动力，以控制所述排出凸轮环的时钟位置。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

经由入口供给由所述多个进入阀调节的流体；和

经由出口接纳由所述多个排出阀调节的排出流体。

12.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述往复运动是由所述缸筒的转动的动作产生的，该缸筒具有抵靠斜盘作用的运行活塞，所述斜盘构造成将所述缸筒的转动转换为所述多个活塞的往复运动。

13.一种活塞泵组件，包括：

壳体；

设置在所述壳体内并能通过驱动轴围绕转动轴线转动的缸筒；

安装在所述缸筒内的多个活塞，每个活塞构造成在所述缸筒内并在与所述缸筒的转动轴线平行的方向上往复运动；

向所述多个活塞中的每一个供给流体的入口；

接纳由所述多个活塞中的每一个排出的流体的出口；

相对于所述缸筒的所述转动轴线设置的多个进入阀；

布置在所述多个进入阀中的每一个的第一转动路径上的进入凸轮环；

相对于所述缸筒的所述转动轴线设置的多个排出阀；和

设置在所述多个排出阀中的每一个的第二转动路径上的排出凸轮环；

其中，所述多个进入阀相对于所述进入凸轮环的时钟位置打开和关闭，以调节供给到每个活塞的流体，和

其中，所述多个排出阀相对于所述排出凸轮环的时钟位置打开和关闭，以调节由每个活塞排出的流体。

14.根据权利要求13所述的活塞泵组件，其特征在于，该活塞泵组件还包括：

进入凸轮环致动臂，以基于第一受控正时控制所述进入凸轮环沿所述第一转动路径的时钟位置。

15.根据权利要求13所述的活塞泵组件，其特征在于，该活塞泵组件还包括：

排出凸轮环致动臂，以基于第二受控正时控制所述排出凸轮环沿所述第二转动路径的时钟位置。

16.根据权利要求13所述的活塞泵组件，其特征在于，该活塞泵组件还包括：

固定地布置在斜盘壳体内的斜盘，该斜盘构造成改变其角位置，以引起所述多个活塞往复运动。

17.根据权利要求13所述的活塞泵组件，其特征在于，所述进入凸轮环的时钟位置和所述排出凸轮环的时钟位置构造成被独立控制。

18.根据权利要求13所述的活塞泵组件，其特征在于，所述进入凸轮环和所述排出凸轮环构造成被独立控制。

19.根据权利要求14所述的活塞泵组件，其特征在于，所述进入凸轮环致动臂连接到致动器，该致动器提供控制力，以优化所述进入凸轮环的时钟位置。

20.根据权利要求15所述的活塞泵组件，其特征在于，所述排出凸轮环致动臂连接到致动器，该致动器提供控制力，以优化所述排出凸轮环的时钟位置。