CN103644113B - 一种往复柱塞泵用直动圆柱导槽凸轮机构端式配流装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于液压动力传递和输出设备技术领域，涉及一种往复柱塞泵用直动圆柱导槽凸轮机构端式配流装置，柱塞固定安装在泵体的空腔中，滑套安装在泵体内，柱塞的圆形内腔上面是气孔，柱塞圆形内腔孔壁上制有一个装有压紧弹簧和从动销的径向小孔，阀芯在泵体的空腔中与空腔壁间隙配合，阀芯柄部与柱塞内孔间隙配合，阀芯端部上表面、柱塞下端面和滑套内圆面围成泵腔；阀芯端部制有配流孔；阀芯下面为泵体上的流质入口和流质出口，阀芯端部圆周面与泵体间隙配合；阀芯、阀芯柄部外圆面上的凸轮槽、从动销及柱塞形成直动圆柱导槽凸轮机构；其结构紧凑，容积效率高，性能稳定，压力损失小，节能效果好，成本低，应用广泛，产业化前景广阔。

Description

一种往复柱塞泵用直动圆柱导槽凸轮机构端式配流装置

技术领域：

本发明属于液压动力传递和输出设备技术领域，涉及一种往复柱塞泵用直动圆柱导槽凸轮机构端式配流装置。

背景技术：

泵业约消耗20％电能，是世界上仅次于汽车的第二大机电产业，其中往复柱塞泵在流体发动机、原油输运、气站、泵站、移动机械和固定机械上应用非常普遍。目前，往复柱塞泵最严重的问题是配流系统结构松散庞大，效率低，性能不稳定，现有的配流结构有盘式配流和阀式配流两种，盘式配流主要应用在斜盘式和斜轴式液压马达或液压泵上，在往复柱塞泵上不采用盘式配流，盘式配流利用斜盘与柱塞之间相对转动来调节进、出流质口的开闭，这种配流方式会因为斜盘在工作中的磨损而出现泄漏，导致容积效率降低；往复柱塞泵、齿轮泵等主要采用阀式配流，阀式配流主要有单向阀配流和开关阀配流两种，这两种配流方式有许多弊端：一是单向阀和开关阀体积大，需要管接头连接，管接头的尺寸也较大，且容易泄漏；二是单向阀和开关阀的口径较小，都有局部节流作用，压力损失大；三是配流系统结构分散，固定安装及不方便，加大其在装载对象上的布置难度；四是一个液压泵和多个液压阀一同调节控制整个液压系统流质的流动状态，尤其是作为液压系统控制元件的液压阀，由于结构复杂，精度要求较高，导致制造成本高，价格昂贵；单泵多阀使流质的运动路线延长，造成压力损失，泵和阀虽然是高精度元件，但也存在着误差，单泵多阀的配流环节，使整个配流结构构件数目增多，累积误差增大；五是阀的容积效率受泵的工作频率影响较大，一旦偏离其标定工况，容积效率大幅度降低。因此，寻求一种结构紧凑、容积效率高的往复柱塞泵用转套式周向配流装置具有重要的意义。

发明内容：

本发明的目在于克服现有技术中往复柱塞泵用传统配流系统容积效率低、压力损失大、体积大、成本高的缺点，寻求一种成本低、结构紧凑、压力损失小、容积效率高、性能稳定的往复柱塞泵用直动圆柱导槽凸轮机构端式配流装置，实现机械能向液压能的转化和输出。

为了实现上述发明目的，本发明充分利用柱塞的往复运动，巧妙利用变型直动圆柱导槽凸轮机构将柱塞的往复直线运动转化为转套的连续单向旋转运动，再利用转套的连续单向旋转运动实现柱塞上行时泵腔与其周面的流质入口联通吸入流质、柱塞下行时泵腔与其周面的流质出口联通压出流质，完成流质输运和泵流质过程。

本发明的主体结构包括泵体、流质入口、压紧弹簧、从动销、滑套、柱塞、阀芯、泵腔和流质出口，其中阀芯由配流孔、凸轮槽、阀芯柄部和阀芯端部组成；泵体主要起支撑和连接作用，柱塞固定安装在泵体的空腔中，耐磨或自润滑材料制成的滑套嵌入式安装在泵体内，对柱塞起导向作用，柱塞在外力带动下在滑套内沿轴向往复移动；柱塞为中空的圆柱结构，柱塞的圆形内腔上面制有与外面大气相通的气孔，柱塞上行时外面大气通过气孔进入圆形内腔，柱塞下行时圆形内腔的气体通过气孔排出；柱塞圆形内腔孔壁上制有一个径向小孔，径向小孔内装有压紧弹簧和从动销，压紧弹簧为螺旋弹簧，从动销为圆柱销，从动销与小孔间隙配合，压紧弹簧套制在从动销上，当从动销随柱塞上下往复移动时，从动销在压紧弹簧的作用下，压靠在阀芯的凸轮槽内；阀芯端部呈圆盘状，阀芯的轴向位移受滑套下端面限制；阀芯柄部为柱状，阀芯在泵体的空腔中与空腔壁间隙配合，阀芯仅能绕轴线转动；阀芯柄部与柱塞内孔间隙配合，阀芯端部上表面、柱塞下端面和滑套内圆面围成泵腔，柱塞上下移动时泵腔变大或变小，对应吸入或泵出流质的过程；阀芯端部制有一个通孔，即配流孔；阀芯柄部上的凸轮槽围绕阀芯柄部转360度闭合，为实现阀芯的单向连续转动，凸轮槽各处的深度不同，在柱塞带着从动销上行时，阀芯柄部上对应的半周凸轮槽从最下面到最上面深度逐渐变浅，到最上面时突然变深，此时从动销在压紧弹簧的作用下压靠到凸轮槽深处无法在柱塞换向时重复前半周走过的凸轮槽线路；柱塞带着从动销下行时，阀芯柄部上对应的另一半周的凸轮槽从上面到最下面也逐渐变浅，到最下面时突然变深，此时从动销在压紧弹簧的作用下压靠到凸轮槽深处无法在柱塞换向时重复前半周走过的凸轮槽线路；如此循环不断实现阀芯随着柱塞往复运动作单向连续转动；阀芯下面是泵体上的流质入口和流质出口，流质入口和流质出口在周向的距离大于配流孔的直径，阀芯端部上配流孔的直径限制流质入口与流质出口联通，实现输运和泵压流质；阀芯端部圆周面与泵体是高精度间隙配合；随着柱塞往复移动和阀芯的转动，配流孔在柱塞上行时与端面的流质入口联通，泵腔变大吸入流质；配流孔在柱塞下行时与端面的流质出口联通，泵腔变小压出流质，实现流质的输运和增压；阀芯、阀芯柄部外圆面上的凸轮槽、从动销及柱塞形成特殊的直动圆柱导槽凸轮机构，利用该直动圆柱导槽凸轮机构将柱塞的往复直线运动转化为阀芯的连续单向旋转运动，再利用阀芯的连续单向旋转运动实现柱塞上行时泵腔与其端面的流质入口联通吸入流质、柱塞下行时泵腔与其端面的流质出口联通压出流质，完成流质输运和泵流质过程。

本发明在往复柱塞泵工作时，外动力带动柱塞往复运动，柱塞带动压紧弹簧和从动销同步往复运动，从动销在压紧弹簧作用下压靠在凸轮槽内，当柱塞上行时，从动销通过凸轮槽拨动阀芯向右转动，此时配流孔与流质入口联通，流质通过流质入口进入泵腔，由于凸轮槽的深度逐渐变浅，从动销在凸轮槽内的长度变小，受压紧弹簧的作用力越来越大，当柱塞运动到上止点时，阀芯转动180度，从动销正好到凸轮槽的上端，此时凸轮槽突然变深出现一个阶跃，从动销在压紧弹簧的作用下突然外伸压靠到凸轮槽深处，当柱塞下行时从动销受凸轮槽阶跃阻止，无法回到并重复刚走过的半周凸轮槽，只能沿另半周凸轮槽移动，推动阀芯同向连续转动，配流孔与流质出口联通，流质通过流质出口被柱塞压出；柱塞下行时由于凸轮槽的深度逐渐变浅，从动销在凸轮槽内的长度变小，受压紧弹簧的作用力越来越大，当柱塞运动到下止点时，阀芯又转动180度，从动销正好到凸轮槽的下端，此时凸轮槽突然变深出现一个阶跃，从动销在压紧弹簧的作用下突然外伸压靠到凸轮槽深处，当柱塞再上行时从动销受凸轮槽阶跃阻止，无法回到并重复刚走过的半周凸轮槽，只能沿另半周凸轮槽移动，推动阀芯同向连续转动；如此循环不断，实现流质输运和压力输出。

本发明与现有技术相比，实现了往复柱塞泵的配流功能，工作介质可以是油、水和气体等各种流体，其结构紧凑，容积效率高，性能稳定，不受泵工作频率的影响，压力损失小，节能效果好，成本低，应用广泛，产业化前景广阔。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明装置的流质进出口布置图。

图3为本发明涉及的阀芯结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例：

本实施例的主体结构包括泵体1、流质入口2、压紧弹簧3、从动销4、滑套5、柱塞6、阀芯7、泵腔8和流质出口9，其中阀芯7由配流孔10、凸轮槽11、阀芯柄部12和阀芯端部13组成；泵体1主要起支撑和连接作用，柱塞6固定安装在泵体1的空腔中，耐磨或自润滑材料制成的滑套5嵌入式安装在泵体1内，对柱塞6起导向作用，柱塞6在外力带动下在滑套5内沿轴向往复移动；柱塞6为中空的圆柱结构，柱塞6的圆形内腔上面是与外面大气相通的气孔，柱塞6上行时外面大气通过气孔进入圆形内腔，柱塞6下行时圆形内腔的气体通过气孔排出；柱塞6圆形内腔孔壁上制有一个径向小孔，径向小孔内装有压紧弹簧3和从动销4，压紧弹簧3为螺旋弹簧，从动销4为圆柱销，从动销4与小孔间隙配合，如图1所示，径向小孔与从动销4重合，因此，图1中未标示出径向小孔；压紧弹簧3套制在从动销4上，当从动销4随柱塞6上下往复移动时，从动销4在压紧弹簧3的作用下，压靠在阀芯7的凸轮槽11内；阀芯端部13呈圆盘状，阀芯7的轴向位移受滑套5下端面限制；阀芯柄部12为柱状，阀芯7在泵体1的空腔中与空腔壁间隙配合，阀芯7仅能绕轴线转动；阀芯柄部12与柱塞6内孔间隙配合，阀芯端部13上表面、柱塞6下端面和滑套5内圆面围成泵腔8，柱塞6上下移动时泵腔8变大或变小，对应吸入或泵出流质的过程；阀芯端部13制有一个通孔，即配流孔10；阀芯柄部12上的凸轮槽11围绕阀芯柄部12转360度闭合，为实现阀芯7的单向连续转动，凸轮槽11各处的深度不同，在柱塞6带着从动销4上行时，阀芯柄部12上对应的半周凸轮槽从最下面到最上面深度逐渐变浅，到最上面时突然变深，此时从动销4在压紧弹簧3的作用下压靠到凸轮槽11深处无法在柱塞6换向时重复前半周走过的凸轮槽线路；柱塞6带着从动销4下行时，阀芯柄部12上对应的另一半周的凸轮槽从上面到最下面也逐渐变浅，到最下面时突然变深，此时从动销4在压紧弹簧3的作用下压靠到凸轮槽11深处无法在柱塞6换向时重复前半周走过的凸轮槽线路；如此循环不断实现阀芯7随着柱塞6往复运动作单向连续转动；阀芯7下面是泵体1上的流质入口2和流质出口9，流质入口2和流质出口9在周向的距离大于配流孔10的直径，阀芯端部13上配流孔10的直径不能使流质入口2与流质出口9联通，否则无法输运和泵压流质；阀芯端部13圆周面与泵体1是高精度间隙配合；随着柱塞6往复移动和阀芯7的转动，配流孔10在柱塞6上行时与端面的流质入口2联通，泵腔8变大吸入流质；配流孔10在柱塞6下行时与端面的流质出口9联通，泵腔8变小压出流质，实现流质的输运和增压；阀芯7、阀芯柄部12外圆面上的凸轮槽11、从动销4及柱塞6形成特殊的直动圆柱导槽凸轮机构，利用该直动圆柱导槽凸轮机构将柱塞6的往复直线运动转化为阀芯7的连续单向旋转运动，再利用阀芯7的连续单向旋转运动实现柱塞6上行时泵腔8与其端面的流质入口2联通吸入流质、柱塞6下行时泵腔8与其端面的流质出口9联通压出流质，完成流质输运和泵流质过程。

本发明在往复柱塞6泵工作时，外动力带动柱塞6往复运动，柱塞6带动压紧弹簧3和从动销4同步往复运动，从动销4在压紧弹簧3作用下压靠在凸轮槽内，当柱塞6上行时，从动销4通过凸轮槽拨动阀芯7向右转动(图1俯视时按逆时针转动)，配流孔10此时与流质入口2联通，流质通过流质入口2进入泵腔8，由于凸轮槽11的深度逐渐变浅，从动销4在凸轮槽11内的长度变小，受压紧弹簧3的作用力越来越大。当柱塞6运动到上止点时，阀芯7转动180度，从动销4正好到凸轮槽11的上端，此时凸轮槽11突然变深出现一个阶跃，从动销4在压紧弹簧3的作用下突然外伸压靠到凸轮槽11深处，当柱塞6下行时从动销4受凸轮槽阶跃阻止，无法回到并重复刚走过的半周凸轮槽，只能沿另半周凸轮槽移动，推动阀芯7同向连续转动，配流孔10与流质出口9联通，流质通过流质出口9被柱塞6压出；柱塞6下行时由于凸轮槽11的深度逐渐变浅，从动销4在凸轮槽内的长度变小，受压紧弹簧3的作用力越来越大，当柱塞6运动到下止点时，阀芯7又转动180度，从动销4正好到凸轮槽11的下端，此时凸轮槽11突然变深出现一个阶跃，从动销4在压紧弹簧3的作用下突然外伸压靠到凸轮槽深处，当柱塞6再上行时从动销4受凸轮槽阶跃阻止，无法回到并重复刚走过的半周凸轮槽，只能沿另半周凸轮槽移动，推动阀芯7同向连续转动；如此循环不断，实现流质输运和压力输出。

Claims (2)

1.一种往复柱塞泵用直动圆柱导槽凸轮机构端式配流装置，其特征在于主体结构包括泵体、流质入口、压紧弹簧、从动销、滑套、柱塞、阀芯、泵腔和流质出口，其中阀芯由配流孔、凸轮槽、阀芯柄部和阀芯端部组成；泵体主要起支撑和连接作用，柱塞固定安装在泵体的空腔中，耐磨或自润滑材料制成的滑套嵌入式安装在泵体内，对柱塞起导向作用，柱塞在外力带动下在滑套内沿轴向往复移动；柱塞为中空的圆柱结构，柱塞的圆形内腔上面制有与外面大气相通的气孔，柱塞上行时外面大气通过气孔进入圆形内腔，柱塞下行时圆形内腔的气体通过气孔排出；柱塞圆形内腔孔壁上制有一个径向小孔，径向小孔内装有压紧弹簧和从动销，压紧弹簧为螺旋弹簧，从动销为圆柱销，从动销与小孔间隙配合，压紧弹簧套制在从动销上，当从动销随柱塞上下往复移动时，从动销在压紧弹簧的作用下，压靠在阀芯的凸轮槽内；阀芯端部呈圆盘状，阀芯的轴向位移受滑套下端面限制；阀芯柄部为柱状，阀芯在泵体的空腔中与空腔壁间隙配合，阀芯仅能绕轴线转动；阀芯柄部与柱塞的圆形内腔间隙配合，阀芯端部上表面、柱塞下端面和滑套内圆面围成泵腔，柱塞上下移动时泵腔变大或变小，对应吸入或泵出流质的过程；阀芯端部制有一个通孔作为配流孔；阀芯柄部上的凸轮槽围绕阀芯柄部转360度闭合，为实现阀芯的单向连续转动，凸轮槽各处的深度不同，在柱塞带着从动销上行时，阀芯柄部上对应的半周凸轮槽从最下面到最上面深度逐渐变浅，到最上面时突然变深，此时从动销在压紧弹簧的作用下压靠到凸轮槽深处无法在柱塞换向时重复前半周走过的凸轮槽线路；柱塞带着从动销下行时，阀芯柄部上对应的另一半周的凸轮槽从上面到最下面逐渐变浅，到最下面时突然变深，此时从动销在压紧弹簧的作用下压靠到凸轮槽深处无法在柱塞换向时重复前半周走过的凸轮槽线路；如此循环不断实现阀芯随着柱塞往复运动作单向连续转动；阀芯下面是泵体上的流质入口和流质出口，流质入口和流质出口在周向的距离大于配流孔的直径，阀芯端部上配流孔的直径限制流质入口与流质出口联通，实现输运和泵压流质；阀芯端部圆周面与泵体是高精度间隙配合；随着柱塞往复移动和阀芯的转动，配流孔在柱塞上行时与端面的流质入口联通，泵腔变大吸入流质；配流孔在柱塞下行时与端面的流质出口联通，泵腔变小压出流质，实现流质的输运和增压；阀芯、阀芯柄部外圆面上的凸轮槽、从动销及柱塞形成直动圆柱导槽凸轮机构，利用该直动圆柱导槽凸轮机构将柱塞的往复直线运动转化为阀芯的连续单向旋转运动，再利用阀芯的连续单向旋转运动实现柱塞上行时泵腔与其端面的流质入口联通吸入流质、柱塞下行时泵腔与其端面的流质出口联通压出流质，完成流质输运和泵流质过程。

2.根据权利要求1所述的往复柱塞泵用直动圆柱导槽凸轮机构端式配流装置，其特征在于在往复柱塞泵工作时，外动力带动柱塞往复运动，柱塞带动压紧弹簧和从动销同步往复运动，从动销在压紧弹簧作用下压靠在凸轮槽内，当柱塞上行时，从动销通过凸轮槽拨动阀芯向右转动，此时配流孔与流质入口联通，流质通过流质入口进入泵腔，由于凸轮槽的深度逐渐变浅，从动销在凸轮槽内的长度变小，受压紧弹簧的作用力越来越大；当柱塞运动到上止点时，阀芯转动180度，从动销正好到凸轮槽的上端，此时凸轮槽突然变深出现一个阶跃，从动销在压紧弹簧的作用下突然外伸压靠到凸轮槽深处，当柱塞下行时从动销受凸轮槽阶跃阻止，无法回到并重复刚走过的半周凸轮槽，只能沿另半周凸轮槽移动，推动阀芯同向连续转动，配流孔与流质出口联通，流质通过流质出口被柱塞压出；柱塞下行时由于凸轮槽的深度逐渐变浅，从动销在凸轮槽内的长度变小，受压紧弹簧的作用力越来越大，当柱塞运动到下止点时，阀芯又转动180度，从动销正好到凸轮槽的下端，此时凸轮槽突然变深出现一个阶跃，从动销在压紧弹簧的作用下突然外伸压靠到凸轮槽深处，当柱塞再上行时从动销受凸轮槽阶跃阻止，无法回到并重复刚走过的半周凸轮槽，只能沿另半周凸轮槽移动，推动阀芯同向连续转动；如此循环不断，实现流质输运和压力输出。