CN103075318A

CN103075318A - 曲线滑块往复式活塞泵

Info

Publication number: CN103075318A
Application number: CN2012102086686A
Authority: CN
Inventors: 黄荣华; 张晗; 罗成; 黄都; 王兆文
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2013-05-01

Abstract

本发明公开了一种曲线滑块往复式活塞泵，包括：主壳体形成内部为空腔的泵体，该泵体两端分别设置有入口和出口；套筒，为两端开口的中空筒体；主动滑块，容置套装在套筒内的一端，该主动滑块内设置有与入口连通的第一单向阀；从动滑块，同轴套装在套筒另一端，一端与所述主动滑块端面配合，从动滑块内设置有与出口连通的第二单向阀，两单向阀的阀片之间的空腔形成容腔；主动滑块的转动通过其端面作用在与其配合的从动滑块的端面上，驱动该从动滑块在所述套筒内轴向往复移动，进而容腔的大小及容腔内压力周期性变化，使两第二单向阀的阀口交替启闭，实现流体泵送。本发明的活塞泵整体组件部件少，体积小，可以适用于多种环境中。

Description

曲线滑块往复式活塞泵

技术领域

本发明涉及液体输送泵领域，具体涉及一种往复式活塞泵。

背景技术

泵是受原动机控制，驱使介质运动，是将原动机输出的能量转换为介质压力能的能量转换装置。按工作原理划分，泵分为容积式泵和叶轮式泵，其中容积式泵中的活塞泵靠工作部件的往复运动造成工作容积周期性地增大和缩小而吸排液体，并靠工作部件的挤压而使液体的压力直接增加。

如图1所示，目前最常见的活塞式往复泵包括原动部件1，活塞2，工作室3，单向阀4和单向阀5。其具体结构工作过程为：原动部件1推动活塞2作往返运动以改变工作室3空间大小进而推动流体流动，单向阀4和单向阀5保证流体的单向流动。这种活塞泵的优点为压力高，流量小，效率高，且效率曲线的高效区较宽，便于匹配。但其也存在明显的缺点，即尺寸大，制造和安装费用也高，不适用于特定环境（如车载）。

发明内容

为克服现有活塞泵尺寸大，结构复杂，制造安装成本高的缺点，本发明提供一种往复式活塞泵，通过两个带曲线的滑块之间的啮合将原动机的旋转运动转化为工作部件的活塞运动，进而推动液体流动，该活塞泵原动部件和活塞行程处于一条线上，传动部件和单向阀合为一体，使得整体组件部件少，体积小，可以适用于多种环境中。

实现本发明的目的所采用的一种曲线滑块往复式活塞泵，包括：

主壳体，与压盖壳体连接封闭，形成内部为空腔的泵体，该泵体两端分别设置有入口和出口，用于流体的进入和流出；

套筒，设置在所述泵体的空腔内，其为两端开口的中空筒体；

主动滑块，容置套装在套筒内的一端，其可在套筒内沿该套筒的轴向旋转，该主动滑块内设置有与所述入口连通的第一单向阀；

从动滑块，同轴套装在套筒另一端，其一端与所述主动滑块端面配合，该从动滑块内设置有与所述出口连通的第二单向阀，两单向阀的阀片之间的空腔形成容腔；

所述主动滑块的旋转通过其端面作用在与其配合的所述从动滑块的端面上，驱动该从动滑块在所述套筒内轴向往复移动，进而所述容腔的大小及容腔内压力周期性变化，使两第二单向阀的阀口交替启闭，实现流体泵送。

作为本发明的改进，所述主动滑块和从动滑块均为一端开口的中空筒体，两开口端的筒体端面为相互配合的凹凸曲面，所述主动滑块在转动过程中，其端面的凸面分别与所述从动滑块端面的凸面和凹面轮流接触配合，从而驱动所述从动滑块在套筒内相对该主动滑块轴向往复移动。

作为本发明的改进，所述主动滑块的筒体端面可以为正弦曲面、余弦曲面或其他类型的凹凸曲面，所述从动滑块的筒体端面为与其配合的凹凸曲面。

作为本发明的改进，所述从动滑块的一端端面抵接有复位弹簧，该复位弹簧另一端抵接在主壳体上，用于该从动滑块的复位。

作为本发明的改进，所述单向阀包括骨架、阀弹簧、阀片和底座，其中，所述底座上开有孔，泵送的流体从该开孔内流进或流出，开孔上覆有阀片以形成阀口，该阀片上压有阀弹簧，所述骨架通过四臂爪卡在底座的凹面，所述弹簧分别抵住阀片和骨架的顶端.

作为本发明的改进，所述底座紧靠在从动滑块或主动滑块内的台阶孔上，该底座另一边用镶嵌在相应的滑块内孔的凹槽中的橡胶垫圈压紧。

本发明的装置具有动力组件、密封组件、控制组件、传动组件和储能组件，动力组件由电动机和联轴器组成，电机可以根据现场需求可选配不同输出功率和转矩；密封组件由一个壳体、一个压盖和一个套筒组成；控制组件由两个方向相同的单向阀构成，其中每个单向阀由骨架，弹簧，阀片和底座三个零件组成；传动组件由两个具有特定曲线且互相啮合的滑块组成；储能组件由一根可调节预紧力的柱形弹簧构成。

本发明中与电机轴相连的曲线滑块为主动滑块，与弹簧相连的曲线滑块为从动滑块，对应的单向阀标记为主动滑块单向阀和从动滑块单向阀。其中电机主轴通过联轴器与主动滑块相连，弹簧安装于从动滑块内，两滑块之间曲线啮合，两单向阀分别置于两个滑块腔体内部，两滑块配合放置于套筒中，套筒内加工有滑槽，用以限制从动滑块的旋转。以上结构置于壳体之中，两端以压盖压实密封，壳体上开孔，通过壳体接口与外界管道连接。

活塞泵不工作时两滑块啮合，左右单向阀均关闭，弹簧舒张，两滑块之间空间体积最小，电机转动带动主动滑块开始旋转，从动滑块受主动滑块的推挤远离主动滑块，主动滑块单向阀开启，弹簧压缩，当滑块间腔体体积最大时，弹簧被压缩至最短，之后弹簧舒张，腔体压缩，主动滑块单向阀关闭从动单向阀开启，被压缩的流体流出工作区间。从动滑块做往复运动，流体被加压。

本发明的主动滑块和从动滑块，其传动功能由凹凸曲面实现，曲面形式为随着柱体旋转在柱体端面上下起伏，其形式可以是多种，例如形成曲面的曲线方程可以为正弦/余弦函数，三角函数，或者锯齿状分段直线函数等。

本发明的曲线滑块往复式活塞泵在具有活塞泵压力高、效率高、效率曲线的高效区较宽、便于匹配等优点的同时具有尺寸小、部件较少、安装简单的特点，适用于为车载燃油供热系统提供动力。

附图说明

图1为现有的活塞泵的结构示意图；

图2是本发明的曲线滑块往复式活塞泵的结构示意图；

图3单向阀的结构示意图；

图4主动滑块三视图；

图5从动滑块结构示意图。

图中：1主壳体，2复位弹簧，3套筒，4单向阀（两个），5主动滑块，6从动滑块，7电机轴，8压盖壳体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明。

如图2-4所示，本实施例中的活塞泵部件从左往右包括主壳体1，复位弹簧2，套筒3，单向阀组件4，从动滑块5，主动滑块6，电动马达7和压盖壳体8。

单向阀组件4为两个，分别为从动部件单向阀主动部件单向阀，分别设置在从动滑块5和主动滑块6中。

主壳体1和压盖壳体8通过螺栓固定连接，两者形成内部为空腔的泵体。主壳体1和压盖壳体8之间的连接处用石棉垫片和密封套密封。泵体空腔在两端分别设置有入口9和出口10，用于流体的进入和流出。

套筒3设置在泵体空腔内，其为两端开口的中空筒体，从动滑块5和主动滑块6分别容置在套筒3内，并同轴设置在筒体两端。

主动滑块6为一端开口的中空筒体，另一端的筒底中心凸出设置有一固定轴，该固定轴与电动马达7的输出轴连接，电动马达7可通过该固定轴带动主动滑块6在套筒3内旋转。

主动滑块6开口的一端的端面为凹凸起伏的曲面，凹面和凸面交替，例如可以为正弦或余弦曲面。主动滑块6的中空筒体内固定设置有一单向阀4，该单向阀4入口通过滑块6筒底中心的通孔与入口9相通，单向阀4出口与滑块6的开口端相通。

从动滑块5为一端开口的中空筒体，设置在套筒3相对的另一端，其一端端面抵接弹簧2，弹簧2另一端抵接在主壳体1上，在弹簧在作用下，该从动滑块5可以在套筒3内轴向移动。从动滑块5另一端开口，其端面与主动滑块6的开口一端端面配合，其同样为凹凸起伏的曲面，该曲面与主动滑块6开口一端端面形状配合。

从动滑块5的中空腔体内也设置有一单向阀4，该单向阀4入口与滑块5开口端连通，出口通过滑块5的筒体底部的通孔与出口10相通。

套筒3用以形成密封腔和导向，套筒3内壁加工有导向的卡槽，用以限制从动滑块6的转动。套筒3上下两端插入填充有填料的密封沟槽中。套筒3的开口用以将燃油导入套筒3与壳体形成的外腔，起到散热的作用。

电动马达7通过固定轴带动主动滑块6在套筒3内旋转，其开口端面与从动滑块5开口端面旋转配合，由于凹凸曲面的交替存在，主动滑块6的凸面轮流与从动滑块的凸面和凹面配合，从而使从动滑块5在套筒3内来回移动，导致两滑块之间的腔体容积不断变化，使得腔体压力交替变化，从而相应控制两单向阀4的阀口的启闭，完成泵送。

本发明中的主动滑块6和从动滑块5的端面的凹凸曲面的形状并没有特殊的限定，只要保证两端面均为凹凸曲面，并且保证其中一个曲面的凸面在主动滑块6的旋转过程中轮流交替与另一曲面的凸面和凹面配合接触，使得从动滑块5在轴向上来回移动即可。这样即可保证两滑块之间的腔体容积周期性变化，从而使得容腔压力也周期性变化。

单向阀4配合镶套在对应的滑块5或6中，如图3，从动滑块单向阀4的底座紧靠在从动滑块5的台阶上，单向阀4底座另一边用橡胶垫圈压紧，橡胶垫圈镶嵌在从动滑块5的凹槽中，同样主动滑块6的单向阀4也以相同的方式镶套在主动滑块6中；两个滑块通过端面啮合，两个滑块镶套在套筒3中，套筒3中有凸槽以限制主动滑块6的轴向运动和从动滑块5的转动，当主动滑块6的转动时其曲线凸起的部分推动从动滑块5做轴向运动，复位弹簧2安装在从动滑块5的末端凹槽（图中左）和主壳体1（壳体底部亦开有较浅的凹槽用以固定弹簧的位置）之间，弹簧2处于压缩状态；以上主体工作部件（主动滑块、从动滑块、复位弹簧、套筒）均安装在主壳体1中，压盖壳体中的空间放置电机7，电机轴和主动滑块6的轴通过联轴器连接，主壳体1和压盖壳体8之间用螺栓压实。

主动滑块6与从动滑块5通过端面弧面啮合，两个滑块和套筒3一起组成一个密封的腔体，即为活塞泵的工作腔，工作腔的两端为单向阀4，主动滑块6的轴与电机轴一起组成传动装置，将电机的旋转运动转化为活塞运动，电机旋转带动主动滑块6旋转，而套筒固定了从动滑块5转动，故从动滑块5在主动滑块6啮合线、套筒3和复位弹簧2的共同作用下做活塞运动，即当主动滑块6的凸起部分和从动滑块5的凸起部分对顶的时候从动滑块5被顶开工作腔被扩大，腔内的液压下降，此时从动滑块单向阀4（即图2左边的，出口单向阀）由于开口方向的原因处于关闭状态，主动滑块单向阀4的阀片（即图2右边的，入口单向阀）在压差的作用下打开，右侧压盖壳体腔内液体被吸入工作腔，然后当主动滑块6的凸起部分和从动滑块5的凹处对顶时从动滑块5在复位弹簧2的作用下靠近主动滑块6，工作腔缩小，腔内压力增加，此时主动滑块单向阀4由于开口方向的原因处于关闭状态，从动滑块单向阀4的阀片在压差的作用下打开工作腔内的液体被压出工作腔，经过上述一个过程液体被加压。复位弹簧2在从动滑块5和主壳体1底部之间，处于压缩状态，主动滑块5在电机的带动下做左右活塞运动，而从动滑块6在复位弹簧2的带动下归位。

单向阀组件4包括主动滑块单向阀和从动滑块单向阀，如图5所示，每个单向阀包括骨架41，弹簧42，阀片43和底座44，每个单向阀附带一个橡胶垫圈用以将单向阀4固定在对应的滑块5或6上，单向阀4的底座44开有孔，液体从孔内流进或流出，孔的上部覆有阀片43以形成阀口，阀片43上压有弹簧42，骨架41通过四臂爪卡在底座44的凹面，弹簧42分别抵住阀片43和骨架41的顶端，由于弹簧42处于压缩状态将阀片43压在底座44上，故只有当阀片43底座方向液体压力大于骨架方向液体压力时，压差才能将阀片43推开，而当骨架方向液体压力大于底座方向压力时阀片被顶在底座上，阀门无法打开，阀门的开关控制腔内液体的单向进出和真空压缩腔的形成，阀门弹簧的预压缩量决定了供油压力。

本发明的关键工作部件为主动滑块（图4）和从动滑块（图5）。

现通过电机轴7转动360度为一个周期解释曲线滑块往复式活塞泵工作过程：0度时，两滑块啮合，两单向阀均关闭，复位弹簧2舒张，两滑块之间空间体积最小，0度到90度期间，电机转动，主动滑块5开始旋转，从动滑块6在受主动滑块5的推挤远离主动滑块6，此时主动单向阀4因压差开启，液体流入腔体，复位弹簧2压缩，90度时，两滑块的接触点运动到滑块曲线的最顶端，此时滑块间腔体体积最大，弹簧2被压缩至最短，90度到180度期间，弹簧2 舒张，腔体体积压缩，主动单向阀4关闭，当压缩至一定程度，从动单向阀开启，被压缩的流体流出工作区间。180度到360度工作过程与上述一致，这样从动滑块做往复运动，流体被加压。

Claims

1.一种曲线滑块往复式活塞泵，包括：

主壳体（1），与压盖壳体（8）连接封闭，形成内部为空腔的泵体，该泵体两端分别设置有入口（9）和出口（10），用于流体的进入和流出；

套筒（3），设置在所述泵体的空腔内，其为两端开口的中空筒体；

主动滑块（6），容置套装在套筒（3）内的一端，其可在套筒（3）内沿该套筒（3）的轴向旋转，该主动滑块（6）内设置有与所述入口（9）连通的第一单向阀（4）；

从动滑块（5），同轴套装在套筒（3）另一端，其一端与所述主动滑块（6）端面配合，该从动滑块（5）内设置有与所述出口（10）连通的第二单向阀（4），两单向阀（4）的阀片之间的空腔形成容腔；

所述主动滑块（6）的旋转通过其端面作用在与其配合的所述从动滑块（5）的端面上，驱动该从动滑块（5）在所述套筒（3）内轴向往复移动，进而所述容腔的大小及容腔内压力周期性变化，使两第二单向阀（4）的阀口交替启闭，实现流体泵送。

2.根据权利要求1所述的曲线滑块往复式活塞泵，其特征在于，所述主动滑块（6）和从动滑块（5）均为一端开口的中空筒体，两开口端的筒体端面为相互配合的凹凸曲面，所述主动滑块（6）在转动过程中，其端面的凸面分别与所述从动滑块（5）端面的凸面和凹面轮流接触配合，从而驱动所述从动滑块（5）在套筒（3）内相对该主动滑块（6）轴向往复移动。

3.根据权利要求1或2所述的曲线滑块往复式活塞泵，其特征在于，所述主动滑块（6）的筒体端面可以为正弦曲面、余弦曲面或其他类型的凹凸曲面，所述从动滑块（5）的筒体端面为与其配合的凹凸曲面。

4.根据权利要求1-3之一所述的曲线滑块往复式活塞泵，其特征在于，所述从动滑块（5）的一端端面抵接有复位弹簧（2），该复位弹簧（2）另一端抵接在主壳体（1）上，用于该从动滑块（5）的复位。

5.根据权利要求1-4之一所述的曲线滑块往复式活塞泵，其特征在于，所述单向阀（4）包括骨架（41）、阀弹簧（42）、阀片（43）和底座（44），其中，所述底座上（44）开有孔，泵送的流体从该开孔内流进或流出，开孔上覆有阀片（43）以形成阀口，该阀片（43）上压有阀弹簧（42），所述骨架（41）通过四臂爪卡在底座（44）的凹面，所述弹簧（42）分别抵住阀片（43）和骨架（41）的顶端.

6.根据权利要求5所述的曲线滑块往复式活塞泵，其特征在于，所述底座（44）紧靠在从动滑块（5）或主动滑块（6）内的台阶孔上，该底座（44）另一边用镶嵌在相应的滑块（5，6）内孔的凹槽中的橡胶垫圈压紧。