CN103352842A - 手动柱塞精密加压泵 - Google Patents
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Abstract
一种手动柱塞精密加压泵,其由柱塞加压结构、机械驱动结构及机架构成,所述机架包括底板、前支撑立板、后支撑立板,所述柱塞加压结构包括外缸体、柱塞导套、柱塞、缸体端盖,所述柱塞导套安装在外缸体内部,所述柱塞套装在所述柱塞导套内,并可引着所述柱塞导套内孔前后运动;所述机械驱动结构包括梯形丝杆机构、行星齿轮减速机构及导轨结构,所述导轨结构包括导轨拉杆、导套、丝杆螺母固定板、柱塞驱动套筒,所述梯形丝杆机构包括梯形丝杆轴与丝杆螺母,所述丝杆螺母与梯形丝杆啮合传动,所述行星齿轮减速机构包括太阳轮、行星轮、外齿圈及行星轮架。本发明提出了一种实现中低压尤其是高压下精确调压,调压过程平稳无波动的手动柱塞精密加压泵。
Description
技术领域
本发明涉及手动液压泵领域,尤其是一种高精度、耐高压的手动柱塞精密加压泵。
背景技术
系统、驱动器、执行器的加压通常由加压装置实现,现有阶段常见的加压装置及器材包括液压系统(配合液压控制阀)、电动试压泵、手动液压泵以及手动试压泵等。在压力检测、实验加压等常见应用领域,例如安全设备仪器检漏仪、实验加压装置等具体场合,手动加压装置由于结构简单、成本低廉、安装调试维修便利等优势而得到广泛的应用。但是,对于现有的手动加压装置,由于其特定的缺点导致其应用范围也受到巨大局限,具体体现在:1)对于现有的手动加压泵,加压可高达60-100MPA,但是手动加压泵通常采用柱塞加压配合单向阀的结构,致使其调压的精度非常差,尤其在高压段很难实现精确调压;2)对于现有的手动试压泵,由于其结构强度限制,其耐压能力一般不会超过10MPA,同时其调压精度相对于手动加压泵也未有显著提高。
发明内容
为了克服现有手动加压设备调压分辨率低、调压精度差、无法往复加减压调压、耐压性不高,无法满足科研实践过程中压力检测、实验加压等过程的需求,本发明提出了一种调压分辨率高、调压精度很高的手动柱塞精密加压泵。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种手动柱塞精密加压泵,其由柱塞加压结构、机械驱动结构及机架构成,其特征在于,所述机架包括底板、前支撑立板、后支撑立板,所述前支撑立板、后支撑立板分别固定在所述底板的前、后端,导轨拉杆套装在所述前支撑立板、后支撑立板上的拉杆孔内;所述柱塞加压结构包括外缸体、柱塞导套、柱塞、缸体端盖,所述外缸体固定在前支撑立板的缸体安装孔中,所述柱塞导套安装在外缸体内部,所述柱塞套装在所述柱塞导套内,并可引着所述柱塞导套内孔前后运动,所述柱塞导套与所述外缸体间,所述柱塞导套与所述柱塞间,通过密封圈密封;所述机械驱动结构包括梯形丝杆机构、行星齿轮减速机构及导轨结构,所述导轨结构包括导轨拉杆、导套、丝杆螺母固定板、柱塞驱动套筒,所述梯形丝杆机构包括梯形丝杆轴与丝杆螺母,所述梯形丝杆轴通过轴承可转动固定在所述后支撑立板上,所述丝杆螺母为法兰型,固定在所述丝杆螺母固定板上,所述丝杆螺母与梯形丝杆啮合传动,所述行星齿轮减速机构包括太阳轮、行星轮、外齿圈及行星轮架,所述行星轮架固定在所述梯形丝杆轴上,所述外齿圈固定在所述后支撑立板里,所述太阳轮可相对转动地套装在所述梯形丝杆轴上并与所述行星轮啮合传动,所述太阳轮上还固定有调压手柄。
进一步,所述外缸体上部通过液压接头连接有进油管路,进油管路前连接有截止阀或单向阀,所述外缸体前端通过液压接头连接有出油管路。
再进一步,所述导轨结构包括导轨拉杆、导套、丝杆螺母固定板、柱塞驱动套筒,所述导轨拉杆套装在所述前支撑立板、后支撑立板的拉杆孔内并用螺母固定,所述柱塞驱动套筒前端设置有柱塞连接孔,中部设置有梯形丝杆容纳孔,后端设置有丝杆螺母安装孔,所述柱塞驱动套筒固定在所述丝杆螺母固定板上,所述丝杆螺母固定板上、下两端固定有导套,所述丝杆螺母固定板通过所述导套可引着所述导轨拉杆前后运动,所述丝杆螺母通过螺钉固定在所述丝杆螺母固定板上,所述丝杆螺母前端嵌入到所述柱塞套筒的丝杆螺母安装孔内。
作为优选的一种方案:所述外缸体为回转体,所述外缸体通过外缸体法兰凸台固定在所述前支撑立板的缸体安装空中,并用螺钉进行固定;所述柱塞导套为回转体,所述柱塞导套外表面上开有第一环形密封圈安装沉槽,内部为阶梯孔,所述阶梯孔前端为柱塞配合孔,后端为柱塞导引孔,所述柱塞导套安装在外缸体内部;所述缸体端盖通过螺钉固定在所述外缸体的后端,所述缸体端盖上设置有防尘密封圈安装槽。
作为优选的另一种方案:所述柱塞为阶梯形回转体,所述柱塞从前端至后端依次可分为柱塞配合段、导引段、驱动连接段,所述柱塞配合段与上述柱塞导套的柱塞配合孔配合运动,所述导引段与上述柱塞导套的柱塞导引孔配合运动,所述驱动连接段装入上述柱塞驱动套筒的柱塞连接孔内,并用开口销进行固定,所述柱塞的柱塞配合段还开有第二环形密封圈安装沉槽。
作为优选的再一种方案:所述柱塞导套上的第一环形密封圈安装沉槽和所述柱塞上的第二环形密封圈安装沉槽内,可安装唇形密封圈,或者安装O型密封圈配合单侧尼龙挡圈。
作为优选的再一种方案:所述梯形丝杆轴为阶梯轴,所述梯形丝杆轴前端为梯形丝杆,中端为轴承安装轴段,后端为行星齿轮减速机构对应段;所述梯形丝杠轴通过前、后两个深沟球轴承的设置方法可转动固定在所述后支撑立板上,也可通过前端推力轴承、后端深沟球轴承的组合设置方法固定在所述后支撑立板上,并通过轴承端盖固定前端的深沟球轴承或者推力轴承;所述梯形丝杆与所述丝杆螺母啮合传动,前端悬臂在所述柱塞驱动套筒的梯形丝杆容纳孔内。
作为优选的再一种方案:所述行星齿轮减速机构包括太阳轮、行星轮、外齿圈及行星轮架,所述行星轮架固定在所述梯形丝杆轴上,径向通过平键固定,轴向利用卡键固定,所述行星轮架上设置有3根导柱,所述行星轮可转动安装在所述行星轮架的导柱上并利用卡键进行轴向固定,所述外齿圈通过紧固螺钉固定在所述后支撑立板的内部,所述太阳轮可相对转动地套装在所述梯形丝杆轴上并与所述行星轮啮合传动,利用开口销对太阳轮进行轴向滑移的固定;所述太阳轮上还固定有调压手柄。
作为优选的再一种方案:在所述外齿圈的外侧固定有圆形刻度盘。
本发明的有益效果体现在:
手动柱塞精密加压泵,用在压力检测、实验加压场合,其优势体现在以下方面:1)通过梯形丝杆传动机构及行星齿轮减速机构的两级减速,手动柱塞精密加压泵能实现分辨率高达0.05Mpa的精确调压,调压精度极高;2)加压驱动扭矩很小,可实现往复、可重现的加减压过程,且调压过程非常平稳无波动,满足测试及实验对压力波动的特殊要求;3)结合泵体结构设计、抗压材料的选择及特殊结构、钛管输油管的配合,手动柱塞精密加压泵的最大工作压力能达到100MPA,且在高压段的调压精度依旧能保证极高的分辨率,这是任何手动调压装置无法实现的。
附图说明
图1是本发明手动柱塞精密加压泵结构示意图
图2是本发明手动柱塞精密加压泵结构示意图(另一视向)
图3是本发明手动柱塞精密加压泵结构剖视图
图4是本发明柱塞驱动套筒结构图
图5是本发明行星齿轮减速机构结构示意图
图6是本发明行星轮架结构示意图
图7是本发明梯形丝杆轴轴承安装结构示意图
具体实施方式
结合图1~图7,对于手动柱塞精密加压泵,其设计依据是基于油液有效体积弹性模量理论,解释油液有效体积弹性模量理论首先要定义油液有效体积弹性模量Ke如下:
对油液有效体积弹性模量Ke的解释有助于对油液有效体积弹性模量理论的理解,任何弹性模量都可用应力与应变来解释,对于油液体积弹性模量,应力是指油液的压力,而应变则是油液体积的变化率。液体的可压缩性是指油液受压力作用下体积减小的性质,压力为P时压力油对应的体积为V,当压力增大了ΔP,则体积减少了ΔV。手动柱塞精密加压泵就是基于以上原理设计的。
一种手动柱塞精密加压泵,其由柱塞加压结构、机械驱动结构及机架三大部分组成,所述机架包括底板1-1、前支撑立板1-2、后支撑立板1-3,所述前支撑立板1-2、后支撑立板1-3通过螺钉分别固定在所述底板1-1的前、后端,导轨拉杆4-1套装在所述前支撑立板、后支撑立板上的拉杆孔内,导轨拉杆4-1的前端为螺纹,利用螺栓连接将导轨拉杆紧固在前支撑立板上,所述底板、前支撑立板、后支撑立板、导轨拉杆构成机架,当手动柱塞精密加压泵加压过程中,内力主要转化为机架内部底板与拉杆导轨的内拉力,由机架来平衡内拉力。
所述柱塞加压结构包括外缸体2、柱塞导套2-3、柱塞3、缸体端盖2-4,所述外缸体2固定在前支撑立板的缸体安装孔中,外缸体2具有法兰凸台2-7结构,通过前支撑立板上的外缸体螺钉紧固孔1-6,利用紧固螺钉进行固定。所述柱塞导套2-3安装在外缸体内部,所述柱塞3套装在所述柱塞导套2-3内,并可引着所述柱塞导套内孔前后运动,所述柱塞导套与所述外缸体间,所述柱塞导套与所述柱塞间,通过密封圈密封。
所述机械驱动结构包括梯形丝杆机构、行星齿轮减速机构及导轨结构,所述导轨结构包括导轨拉杆4-1、导套4-2、丝杆螺母固定板4-3、柱塞驱动套筒4-4,所述梯形丝杆机构包括梯形丝杆轴5与丝杆螺母5-1,所述梯形丝杆轴5通过轴承可转动固定在所述后支撑立板1-3上,所述丝杆螺母5-1为法兰型,固定在所述丝杆螺母固定板4-3上,所述丝杆螺母5-1与梯形丝杆5-2啮合传动,所述行星齿轮减速机构包括太阳轮6-2、行星轮6-3、外齿圈6-4及行星轮架6-1,所述行星轮架6-1固定在所述梯形丝杆轴5上,所述外齿圈固定在所述后支撑立板里,所述太阳轮可相对转动地套装在所述梯形丝杆轴上并与所述行星轮啮合传动,所述太阳轮上还固定有调压手柄7-1。
所述外缸体2上部的入油口2-1通过液压接头连接有进油管路,进油管路前连接有截止阀或单向阀,所述外缸体前端的出油口2-2通过液压接头连接有出油管路。液压油通过辅助注油设备或者依靠重力注入到外缸体2的容腔内,出油管路接到工作执行器上,工作过程中,手动柱塞精密加压泵容腔、出油管路与执行器的容腔构成一个封闭的腔体,依靠油液有效体积弹性模量工作。进油管路截止阀或者单向阀的设置,是为了保证手动柱塞精密加压泵在工作过程时液压油不从进油管路外泄。与此同时,外缸体2上入油口2-1、出油口2-2的油管接头形式采用一种特制的挤压型接头,油管采用纯钛管,以满足系统100MPA高压的工作需求。
所述导轨结构包括导轨拉杆4-1、导套4-2、丝杆螺母固定板4-3、柱塞驱动套筒4-4,所述导轨拉杆套装在所述前支撑立板、后支撑立板的拉杆孔内并用螺母固定,所述柱塞驱动套筒4-4前端设置有柱塞连接孔4-4-1,中部设置有梯形丝杆容纳孔4-4-2,后端设置有丝杆螺母安装孔4-4-3,所述柱塞驱动套筒4-4通过螺钉固定在所述丝杆螺母固定板4-3上,所述丝杆螺母固定板上、下两端潜装式固定有导套4-2,所述丝杆螺母固定板通过所述导套可引着所述导轨拉杆前后运动,所述丝杆螺母5-1通过螺钉固定在所述丝杆螺母固定板上,所述丝杆螺母前端嵌入到所述柱塞套筒的丝杆螺母安装孔内。图3关于手动柱塞精密加压泵剖视图展示了以上结构内容的一个实施例,以上的结构设计是为了整个泵体结构紧凑、美观。
所述外缸体为回转体,所述外缸体通过外缸体法兰凸台2-7固定在所述前支撑立板的缸体安装空中,并用螺钉进行固定;所述柱塞导套为回转体,所述柱塞导套外表面上开有第一环形密封圈安装沉槽2-5,内部为阶梯孔,所述阶梯孔前端为柱塞配合孔,后端为柱塞导引孔,所述柱塞导套安装在外缸体内部;所述缸体端盖2-6通过螺钉固定在所述外缸体的后端,所述缸体端盖上设置有防尘密封圈安装槽2-6,所述防尘密封圈安装槽2-6内安装C型防尘圈。
所述柱塞3为阶梯形回转体,所述柱塞从前端至后端依次可分为柱塞配合段3-1、导引段3-3、驱动连接段,所述柱塞配合段3-1与上述柱塞导套的柱塞配合孔配合运动,所述导引段3-3与上述柱塞导套的柱塞导引孔配合运动,所述驱动连接段装入上述柱塞驱动套筒的柱塞连接孔4-4-1内,并用开口销进行固定,所述开口销安装在开口销安装孔3-4中,所述柱塞的柱塞配合段3-1还开有第二环形密封圈安装沉槽3-2。
所述柱塞导套上的第一环形密封圈安装沉槽2-5和所述柱塞上的第二环形密封圈安装沉槽3-2内,当加压泵工作压力值≤16MPa时,安装O型密封圈配合单侧尼龙挡圈能保证良好的密封效果,当加压泵在更高的压力下工作,尤其是工作油压≥25MPa时,安装Y型唇形密封圈能保证良好的密封,由于柱塞加压结构属于单向承压结构,唇形密封圈非常适用。
对于柱塞加压结构,柱塞导套2-3与柱塞3之间属于滑动摩擦,需要考虑摩擦磨损的问题,作为一个实施例,柱塞导套采用1Gr18Ni9Ti,柱塞采用45#调质,再进行表面氮化或者镀鉻处理,而端盖与外缸体对材料无特殊要求,可采用普通碳素钢,满足配合精度即可。以上的结构分离设计以及材料的选择,在满足最佳使用寿命的同时,降低了成本。
所述梯形丝杆轴5为阶梯轴,所述梯形丝杆轴前端为梯形丝杆5-1,中端为轴承安装轴段5-3,后端为行星齿轮减速机构对应段;所述梯形丝杠轴通过前、后两个深沟球轴承5-4的设置方法可转动固定在所述后支撑立板上,也可通过前端推力轴承5-5、后端深沟球轴承5-4的组合设置方法固定在所述后支撑立板上,并通过轴承端盖1-4固定前端的深沟球轴承或者推力轴承;所述梯形丝杆5-1与所述丝杆螺母啮合传动,前端悬臂在所述柱塞驱动套筒的梯形丝杆容纳孔4-4-2内。所述梯形丝杆轴的安装布置方式,从加压泵整体受力结构分析是最为合理的,外缸体2容腔内工作油压的变化,从内力角度分析,对梯形丝杆轴表现为轴向的推力,故利用推力轴承5-5或者深沟球轴承5-4去承受,而对机架而言,对导轨拉杆4-1则表现为内拉力,故导轨拉杆4-1的安装及固定方式采用螺钉紧固在前支撑立板的前端面。
手动柱塞精密加压泵的梯形丝杆结构,采用梯形滑动螺纹的传力螺纹形式,以传递动力为主,主要是以较小的转矩产生较大的轴向推力,用于实现柱塞的驱动。传力螺纹承受的轴向载荷主要是加压过程中压力油对柱塞产生的反作用力,该反作用力F作用在螺母上,传递给梯形丝杆轴,主要由推力轴承或者深沟球轴承来承载此轴向力。手动柱塞精密加压泵对梯形丝杆的工况要求如下:间歇工作,单次工作时间较短,工作速度为低速,对传动精度要求不是很高,但有自锁性要求。以上设计能满足上述工况的基本要求。
所述行星齿轮减速机构包括太阳轮6-2、行星轮6-3、外齿圈6-4及行星轮架6-1,所述行星轮架的结构可见图6,所述行星轮架固定在所述梯形丝杆轴上,径向通过平键固定,轴向利用卡键固定,防止行星轮架的转动与窜动,所述行星轮架上设置有3根导柱6-5,所述行星轮6-3可转动安装在所述行星轮架的导柱6-5上并利用卡键进行轴向固定,所述外齿圈6-4安装在所述后支撑立板的内部沉槽内,通过后支撑立板上的外齿圈螺钉固定孔1-5,利用紧固螺钉固定外齿圈6-4,所述太阳轮可相对转动地套装在所述梯形丝杆轴上并与所述行星轮啮合传动,利用开口销对太阳轮进行轴向滑移的固定,对上述的太阳轮可相对转动地套装在所述梯形丝杆轴的理解,通过对行星齿轮减速机构工作原理的理解,其实太阳轮6-2与梯形丝杆轴5的转动方向是相反的,太阳轮6-2只是将梯形丝杆轴5作为一根导引轴使用。
所述太阳轮上还固定有调压手柄7-1,在所述外齿圈的外侧固定有圆形刻度盘7-2,调压手柄7-1转过的角度可通过圆形刻度盘进行读取。
手动柱塞精密加压泵实施例的制造及装配过程在此不展开介绍,对于其工作原理,介绍如下:与传统的手动加压泵相比(传统手动加压泵也是利用柱塞进行工作),将柱塞的直进直出的运动通过梯形丝杆机构与行星齿轮减速机构转化为旋转的运动,当旋转调压手柄时,扭矩通过行星齿轮减速机构转化为梯形丝杆轴的转动,梯形丝杆轴的转动通过梯形丝杆机构与导轨结构转化为对柱塞的直线驱动,完成了精确的加减压。通过以上的原理比对分析,本发明手动精密柱塞泵可达到上述的有益效果,其优势尤其体现在调压的分辨率、调压平稳度及高压下调压精确性。
Claims (9)
1.一种手动柱塞精密加压泵,由柱塞加压结构、机械驱动结构及机架构成,其特征在于,所述机架包括底板、前支撑立板、后支撑立板,所述前支撑立板、后支撑立板分别固定在所述底板的前、后端,导轨拉杆套装在所述前支撑立板、后支撑立板上的拉杆孔内;所述柱塞加压结构包括外缸体、柱塞导套、柱塞、缸体端盖,所述外缸体固定在前支撑立板的缸体安装孔中,所述柱塞导套安装在外缸体内部,所述柱塞套装在所述柱塞导套内,并可引着所述柱塞导套内孔前后运动,所述柱塞导套与所述外缸体间,所述柱塞导套与所述柱塞间,通过密封圈密封;所述机械驱动结构包括梯形丝杆机构、行星齿轮减速机构及导轨结构,所述导轨结构包括导轨拉杆、导套、丝杆螺母固定板、柱塞驱动套筒,所述梯形丝杆机构包括梯形丝杆轴与丝杆螺母,所述梯形丝杆轴通过轴承可转动固定在所述后支撑立板上,所述丝杆螺母为法兰型,固定在所述丝杆螺母固定板上,所述丝杆螺母与梯形丝杆啮合传动,所述行星齿轮减速机构包括太阳轮、行星轮、外齿圈及行星轮架,所述行星轮架固定在所述梯形丝杆轴上,所述外齿圈固定在所述后支撑立板里,所述太阳轮可相对转动地套装在所述梯形丝杆轴上并与所述行星轮啮合传动,所述太阳轮上还固定有调压手柄。
2.如权利要求1所述的手动柱塞精密加压泵,其特征在于:所述外缸体上部通过液压接头连接有进油管路,进油管路前连接有截止阀或单向阀,所述外缸体前端通过液压接头连接有出油管路。
3.如权利要求1所述的手动柱塞精密加压泵,其特征在于:所述导轨结构包括导轨拉杆、导套、丝杆螺母固定板、柱塞驱动套筒,所述导轨拉杆套装在所述前支撑立板、后支撑立板的拉杆孔内并用螺母固定,所述柱塞驱动套筒前端设置有柱塞连接孔,中部设置有梯形丝杆容纳孔,后端设置有丝杆螺母安装孔,所述柱塞驱动套筒固定在所述丝杆螺母固定板上,所述丝杆螺母固定板上、下两端固定有导套,所述丝杆螺母固定板通过所述导套可引着所述导轨拉杆前后运动,所述丝杆螺母通过螺钉固定在所述丝杆螺母固定板上,所述丝杆螺母前端嵌入到所述柱塞套筒的丝杆螺母安装孔内。
4.如权利要求1或2或3所述的手动柱塞精密加压泵,其特征在于:所述外缸体为回转体,所述外缸体通过外缸体法兰凸台固定在所述前支撑立板的缸体安装孔中,并用螺钉进行固定;所述柱塞导套为回转体,所述柱塞导套外表面上开有第一环形密封圈安装沉槽,内部为阶梯孔,所述阶梯孔前端为柱塞配合孔,后端为柱塞导引孔,所述柱塞导套安装在外缸体内部;所述缸体端盖通过螺钉固定在所述外缸体的后端,所述缸体端盖上设置有防尘密封圈安装槽。
5.如权利要求1或2或3所述的手动柱塞精密加压泵,其特征在于:所述柱塞为阶梯形回转体,所述柱塞从前端至后端依次可分为柱塞配合段、导引段、驱动连接段,所述柱塞配合段与上述柱塞导套的柱塞配合孔配合运动,所述导引段与上述柱塞导套的柱塞导引孔配合运动,所述驱动连接段装入上述柱塞驱动套筒的柱塞连接孔内,并用开口销进行固定,所述柱塞的柱塞配合段还开有第二环形密封圈安装沉槽。
6.如权利要求1或2或3所述的手动柱塞精密加压泵,其特征在于:所述柱塞导套上的第一环形密封圈安装沉槽和所述柱塞上的第二环形密封圈安装沉槽内,安装唇形密封圈,或者安装O型密封圈配合单侧尼龙挡圈。
7.如权利要求1或2或3所述的手动柱塞精密加压泵,其特征在于:所述梯形丝杆轴为阶梯轴,所述梯形丝杆轴前端为梯形丝杆,中端为轴承安装轴段,后端为行星齿轮减速机构对应段;所述梯形丝杠轴通过前、后两个深沟球轴承的设置方法可转动固定在所述后支撑立板上,或通过前端推力轴承、后端深沟球轴承的组合设置方法固定在所述后支撑立板上,并通过轴承端盖固定前端的深沟球轴承或者推力轴承;所述梯形丝杆与所述丝杆螺母啮合传动,前端悬臂在所述柱塞驱动套筒的梯形丝杆容纳孔内。
8.如权利要求1或2或3所述的手动柱塞精密加压泵,其特征在于:所述行星齿轮减速机构包括太阳轮、行星轮、外齿圈及行星轮架,所述行星轮架固定在所述梯形丝杆轴上,径向通过平键固定,轴向利用卡键固定,所述行星轮架上设置有三根导柱,所述行星轮可转动安装在所述行星轮架的导柱上并利用卡键进行轴向固定,所述外齿圈通过紧固螺钉固定在所述后支撑立板的内部,所述太阳轮可相对转动地套装在所述梯形丝杆轴上并与所述行星轮啮合传动,利用开口销对太阳轮进行轴向滑移的固定;所述太阳轮上还固定有调压手柄。
9.如权利要求1或2或3所述的手动柱塞精密加压泵,其特征在于:在所述外齿圈的外侧固定有圆形刻度盘。
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