CN103967733A - 一种精密计量陶瓷柱塞注液泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种精密计量陶瓷柱塞注液泵，其结构包括泵头、两个单向阀、泵体、驱动机构和控制驱动单元，所述的单向阀通过上阀座和下阀盖上的螺纹连接于泵头中的螺纹孔内，泵头通过内六角螺栓穿过四个通孔和泵体外壳紧固于驱动外壳上；电机座通过用内六角螺栓穿过四个通孔紧固于驱动外壳上，驱动电机通过内六角螺栓穿过四个通孔紧固于电机座上；泵体中柱塞芯一端通过外螺纹与驱动机构中浮动接头的内螺纹相连接，驱动机构与控制驱动单元相联接。该注液泵抗腐蚀耐磨，由于陶瓷不混入杂质，保证药液在注液过程中不受污染，且陶瓷表面粗糙度很低，易于在线清洗；提高了精度和速度。

Description

一种精密计量陶瓷柱塞注液泵

技术领域

本发明涉及一种注液泵，具体地说是一种精密计量陶瓷柱塞注液泵。

背景技术

计量泵，尤其是较为精密的计量泵，以其高精度控制流体计量及较强的耐腐蚀性，已经被广泛地应用于包括制药、生物试剂和石油化工行业等领域的灌注设备中。现有的计量泵一般包括驱动电机、传动端和液力端三部分，输出流量有的取决于传动端的冲程速度和冲程长度，有的取决于驱动电机的转速和蠕动管的直径，在泵停止状态可通过驱动电机的控制参数以改变冲程速度和冲程长度或驱动电机转速，达到改变流量的目的。现在的计量泵经过不断的发展改良，已经形成了柱塞、隔膜和导管蠕动三个技术为主流的产品形状。成熟的动力驱动方式和液力端材料技术使得目前的计量泵的应用范围非常广泛。然而，目前市场上的柱塞计量泵，其柱塞通常与密封圈摩擦，寿命短，容易产生杂质，导致所注液体被污染。或者有些柱塞泵需要手动调节泵头角度以改变柱塞行程，从而改变液量，或者有些柱塞泵通过改变柱塞尾部与凸轮的距离来改变液量，这些都将导致精度方面并不能尽如人意，尤其是自动灌注设备，对精度的要求较高，一般的计量泵无法满足要求。再者，有的陶瓷柱塞泵，陶瓷加工较为复杂，成本高。另外，一般的计量泵由于柱塞速度控制不好或单向阀止回效果差在注液完成瞬间会产生二次注液或液体滴挂或者液体反冲，导致包装封口沾有液体，封口失效或包装被污染。而且，有的柱塞泵采用电机驱动提供扭力，由花键、花键套、丝杠和丝杠螺母完成 扭力至推拉力的转换，此种结构摩损严重，无法长期保持精度。最后，目前的计量泵寿命短，运行需润滑，自动化程度低，传动效率低，调节不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精密计量陶瓷柱塞注液泵，该注液泵抗腐蚀耐磨，解决了杂质产生及寿命短的问题，同时解决了柱塞和密封圈之间需要加润滑剂的问题。另外，由于陶瓷不混入杂质，保证药液在注液过程中不受污染，且陶瓷表面粗糙度很低，易于在线清洗；提高了精度和速度。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种精密计量陶瓷柱塞注液泵，其结构包括泵头、两个单向阀、泵体、驱动机构和控制驱动单元，所述的单向阀通过上阀座和下阀盖上的螺纹连接于泵头中的螺纹孔内，泵头通过螺栓穿过四个通孔和泵体外壳紧固于驱动外壳上；电机座通过螺栓穿过四个通孔紧固于驱动外壳上，驱动电机通过螺栓穿过四个通孔紧固于电机座上；泵体中柱塞芯一端通过外螺纹与驱动机构中浮动接头的内螺纹相连接，驱动机构与控制驱动单元相联接。

所述的单向阀包括单向阀上阀盖、单向阀上阀座、阀芯、宝塔弹簧、O型密封圈，所述的单向阀上阀座与单向阀上阀盖连接处上设有第三O型密封圈安装槽，所述的单向阀上阀座与泵头连接处设有第四O型密封圈安装槽，所述的阀芯两端各设有三道便于液体流通的阀芯圆弧槽。

所述的泵头内设有容积腔，在泵头的上下两端分别设置有螺纹孔，在两个螺纹孔底壁之间设置有连通孔，所述的连通孔靠近容积腔的底部。

所述的泵体包括泵体外壳、第一陶瓷柱塞套支架、第二陶瓷柱塞套支架、陶瓷柱塞套、陶瓷柱塞和柱塞芯，所述的柱塞芯安装于陶瓷柱塞的孔中，柱塞芯上设有第五O型密封圈安装槽，所述的陶瓷柱塞放置于陶瓷柱塞套中，所述的第二陶瓷柱塞套支架和第一陶瓷柱塞套支架分别安装于陶瓷柱塞套的 两端，对称分布；所述的第二陶瓷柱塞套支架和第一陶瓷柱塞套支架上面分别设有第一O型密封圈安装槽和第二O型密封圈安装槽；所述的第二陶瓷柱塞套支架嵌入泵头上的容积腔大孔中。

所述的陶瓷柱塞和陶瓷柱塞套采用间隙配合。

所述的驱动机构包括驱动外壳、电机座、驱动电机、联轴器、压紧螺帽、配对角接触轴承、衬套、丝杠、丝杠螺母、滚珠花键、滚珠花键套、钢珠、浮动接头、止转螺钉和挡圈；

所述的驱动外壳与电机座通过第四通孔用螺栓连接紧固，所述的电机座与驱动电机通过第二通孔用螺栓连接紧固，丝杠通过联轴器，与驱动电机相连接，所述的丝杠上套有衬套，衬套上套有配对角接触轴承，并通过压紧螺帽压紧；所述的配对角接触轴承嵌装于驱动外壳和电机座之间的孔中；所述的丝杠一端安装有丝杠螺母，丝杠螺母通过第三通孔，通过螺钉与滚珠花键连接紧固；所述的滚珠花键外表面设有三道第二圆弧槽，所述的三道圆弧槽成圆周对称分布，滚珠花键套内表面也设有三道成圆周对称分布的第三圆弧槽，所述的第三圆弧槽与第二圆弧槽配合使用，且每道第二圆弧槽和第三圆弧槽中装有三个不锈钢珠；所述的滚珠花键的一端装有挡圈，所述的挡圈通过浮动接头连接紧固于滚珠花键，浮动接头与陶瓷柱塞相连接，通过柱塞芯紧固；所述的滚珠花键套嵌装于驱动外壳的台阶孔中，且一端嵌入泵体外壳中，滚珠花键套的外表面加工有第三延长孔，所述的第三延长孔与止转螺钉的尖端配合，所述的止转螺钉紧固于驱动外壳上；

所述的驱动外壳上设有观察孔和第二延长孔，所述的电机座上设有第一延长孔。

所述的控制驱动单元包括开关电源、控制器、驱动器、传感器，所述的传感器与控制器连接，所述的开关电源与控制器和驱动器相连接。

本发明的有益效果是：泵头结构不存气泡，保证精度。单向阀结构解决了挂液问题。陶瓷柱塞、陶瓷柱塞套结构，延长了使用寿命，使加工变得容易，同时也更加卫生，避免了杂质的产生。浮动头的使用，使驱动机构与泵体之间连接的同心度和直线度要求降低，减小了陶瓷柱塞的磨损，延长了寿命。滚珠花键和滚珠花键套的结构，延长了驱动机构的使用寿命，也同时保证了精度。配对角接触轴承的使用，减小了轴向游隙，提高了精度。驱动电机可以是步进电机，也可以是伺服电机，与之相联接的丝杠和丝杠螺母，可实现高精度的运动转换。控制器的使用，使操作变得简单，只需输入参数即可改变注液速度和液量，无需人为调节机械部件。接近开关的使用，对信号的来源的要求降低，可以在没有电信号的纯机械机器上兼容使用，使生产节拍一致。本发明计量泵可以广泛应用于医药行业、造纸印刷行业、电子产品制造行业、化妆品制造行业、食品制造行业和化学等领域，中低粘度的液体灌装中，方便嵌入安装。

附图说明

附图1为本发明立体结构示意图；

附图2为本发明分解状态结构示意图；

附图3为本发明剖面示意图；

附图4为本发明中单向阀的剖面结构示意图；

附图5为本发明中阀芯的立体结构示意图；

附图6为本发明中泵头的剖面结构示意图；

附图7为本发明中泵体的剖面结构示意图；

附图8为本发明中驱动机构的剖面结构示意图；

附图9为本发明中滚珠花键的立体结构示意图；

附图10为本发明中滚珠花键套的立体结构示意图；

附图11为本发明中滚珠花键副的结构示意图；

附图12为本发明中滚珠花键副的A-A剖面结构示意图；

附图13为本发明电器连接示意图。

图中：单向阀上阀盖1、泵头2、泵体外壳3、驱动外壳4、电机座5、驱动电机6、第一延长孔7、第二延长孔8、观察孔9、止转螺钉10、第一通孔11、第二通孔12、宝塔弹簧13、阀芯14、柱塞芯15、第一陶瓷柱塞套支架16、陶瓷柱塞套17、第二陶瓷柱塞套支架18、陶瓷柱塞19、浮动接头20、挡圈21、衬套22、配对角接触轴承23、压紧螺帽24、联轴器25、丝杠26、丝杠螺母27、滚珠花键28、滚珠花键套29、单向阀上阀座30、单向阀下阀盖31、单向阀下阀座32、O型密封圈33、锥面34、第一圆弧槽35、螺纹孔36、连通孔37、容积腔38、第一O型密封圈安装槽39、第二O型密封圈安装槽40、第三O型密封圈安装槽41、第四O型密封圈安装槽42、第五O型密封圈安装槽43、第三通孔44、第二圆弧槽45、第三圆弧槽46、钢珠47、第三延长孔48、第四通孔49。

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的一种精密计量陶瓷柱塞注液泵作以下详细说明。

如图1、图2、图3所示，本发明的一种精密计量陶瓷柱塞注液泵，包括泵头2、两个单向阀、泵体、驱动机构和控制驱动单元，所述的单向阀通过上阀座和下阀盖上的螺纹连接于泵头2中的螺纹孔内，泵头2通过内六角螺栓穿过四个通孔和泵体外壳3紧固于驱动外壳4上；电机座5通过用内六角螺栓穿过四个通孔紧固于驱动外壳4上，驱动电机6通过内六角螺栓穿过四个通孔紧固于电机座5上；泵体中柱塞芯15一端通过外螺纹与驱动机构中浮动接头20的内螺纹相连接，驱动机构与控制驱动单元相联接。泵体(图7)中 柱塞芯15一端通过外螺纹与驱动机构(图8)中浮动接头20的内螺纹相连接，降低了滚珠花键28与柱塞芯15之间的同心度要求，所以降低了加工难度。

如图4所示，所述的单向阀包括单向阀上阀盖1、单向阀上阀座30、阀芯14(图5)、宝塔弹簧13、O型密封圈33，所述的单向阀上阀座30与单向阀上阀盖连接处上设有第三O型密封圈安装槽41，所述的单向阀上阀座30与泵头2连接处设有第四O型密封圈安装槽42，起到密封作用。所述的阀芯14两端各设有三道便于液体流通的阀芯圆弧槽，分别为第一圆弧槽35、第二圆弧槽45和第三圆弧槽46。

如图6所示，所述的泵头内设有容积腔38，在泵头2的上下两端分别设置有螺纹孔36，在两个螺纹孔36底壁之间设置有连通孔37，所述的连通孔37靠近容积腔38的底部。

以单向阀上阀盖1和单向阀上阀座30为例，装有O型密封圈33和宝塔弹簧13的阀芯14被压在两者之间，其中O型密封圈33被宝塔弹簧13压在锥面34上，起到单向密封的作用，当容积腔38中液体压力为正压且大于宝塔弹簧13的压力时，阀芯14被顶起，液体从阀芯第一圆弧槽35中流出。同理，当容积腔38中的压力为负压，且负压的绝对值大于宝塔弹簧13的弹力时，上单向阀止回，下单向阀中的阀芯14被顶起，液体从阀芯第一圆弧槽35流入容积腔38。其中，宝塔簧13的使用，使得阀芯14与单向阀上阀座30的同心度得以提高，保证了阀芯上14下运动的流畅，不会与单向阀上阀座30和单向阀上阀盖1有过多的摩擦，加快了单向密封的响应速度，于是对于液体控制变得更加精准。另外，由于单向阀的特殊结构，注液结束时，阀芯14回落，产生微小压差，注液微量吸回，在注液出水口，产生微小月牙凹，使注液通道末端很干净，无液滴悬挂。

如图7所示，所述的泵体包括泵体外壳3、第一陶瓷柱塞套支架16、第 二陶瓷柱塞套支架18、陶瓷柱塞套17、陶瓷柱塞19和柱塞芯15，所述的柱塞芯15安装于陶瓷柱塞19的孔中，柱塞芯15上设有第五O型密封圈安装槽43，所述的陶瓷柱塞19放置于陶瓷柱塞套17中，所述的第二陶瓷柱塞套支架18和第一陶瓷柱塞套支架16分别安装于陶瓷柱塞套17的两端，对称分布；所述的第二陶瓷柱塞套支架18和第一陶瓷柱塞套支架16上面分别设有第一O型密封圈安装槽39和第二O型密封圈安装槽40；所述的第二陶瓷柱塞套支架18嵌入泵头上的容积腔大孔中。第二陶瓷柱塞套支架18和第一陶瓷柱塞套支架16结构相同。

所述的陶瓷柱塞19和陶瓷柱塞套17采用间隙配合，靠液体在陶瓷柱塞19外表面和陶瓷柱塞套17内表面的粘滞阻力密封。而且陶瓷硬度大，极为耐磨，所以寿命很长。此种结构的陶瓷柱塞19和陶瓷柱塞套17的结构很简单，降低了加工难度。因为是陶瓷材料，所以耐腐蚀，应用范围广。

如图8所示，所述的驱动机构包括驱动外壳4、电机座5、驱动电机6、联轴器25、压紧螺帽24、配对角接触轴承23、衬套22、丝杠26、丝杠螺母27、滚珠花键28、滚珠花键套29、钢珠47、浮动接头20、止转螺钉10、挡圈21；

所述的驱动外壳4与电机座5通过第四通孔49用螺栓连接紧固，所述的电机座5与驱动电机6通过第二通孔12用螺栓连接紧固，丝杠26通过联轴器25，与驱动电机6相连接，，从而获得扭力。所述的丝杠26上套有衬套22，衬套22上套有配对角接触轴承23，并通过压紧螺帽24压紧消除游隙；所述的配对角接触轴承23嵌装于驱动外壳4和电机座5之间的孔中；使驱动外壳4和电机座5的同心度得以保证，且配对角接触轴承23无法轴向移动。又因为配对角接触轴承23消除了游隙，所以提高了注液精度。所述的丝杠26一端安装有丝杠螺母27，丝杠螺母27通过第三通孔44，通过螺钉与滚珠花键 28连接紧固；所述的滚珠花键28外表面设有三道第二圆弧槽45(图9)，所述的三道第二圆弧槽45成圆周对称分布，滚珠花键套29内表面也设有三道成圆周对称分布的第三圆弧槽46(图10)，所述的第三圆弧槽46与第二圆弧槽45配合使用，且每道第二圆弧槽45和第三圆弧槽46中装有三个不锈钢珠47(图11、图12)；所述的滚珠花键28的一端装有挡圈21，防止安装拆卸时，钢珠47掉落。所述的挡圈21通过浮动接头20连接紧固于滚珠花键2，浮动接头20与陶瓷柱塞19相连接，通过柱塞芯15紧固；浮动接头20的使用，使得陶瓷柱塞19与滚珠花键28的同心度和直线度要求降低，大大降低了加工难度，同时对注液精度的影响甚微。所述的滚珠花键套29嵌装于驱动外壳4的台阶孔中，且一端嵌入泵体外壳3中，滚珠花键套29的外表面加工有第三延长孔48，所述的第三延长孔与止转螺钉10的尖端配合，所述的止转螺钉紧固于驱动外壳4上；于是阻止了滚珠花键套29的转动。当驱动电机6转动时，丝杠26也转动，将扭力传送丝杠螺母27，因为丝杠螺母27与滚珠花键28紧固相连，且滚珠花键28被滚珠花键套29限制了绕轴的转动，所以丝杆螺母27无法转动，只能轴向运动，于是滚珠花键28、浮动接头20和陶瓷柱塞19都随着丝杆螺母27做轴向运动，对容积腔38产生正压或负压，致使液体流入或流出容积腔38。在轴向运动时，滚珠花键28与滚珠花键套29之间的钢珠47是滚动的，所以这三者之间的摩擦为滚动摩擦，降低了摩损，延长了使用寿命。滚珠花键28和滚珠花键套29的材料可以使用不锈钢或者POM，POM比较容易加工，不锈钢耐磨一些，但较难加工。

所述的驱动外壳上设有观察孔9和第二延长孔8，方便观察陶瓷柱塞19的运动以及给丝杠26添加润滑脂。所述的电机座上设有第一延长孔7，用于安装联轴器。驱动机构中的配对角接触轴承23、浮动接头20、丝杠26和丝杠螺母27为公知产品。

所述的控制驱动单元包括开关电源、控制器、驱动器、传感器，所述的传感器与控制器连接，所述的开关电源与控制器和驱动器相连接。传感器与控制器连接，当感应到金属时，发生电平的跳转，使控制器产生中断，从而发送方向信号和脉冲信号给驱动器，使得驱动电机6按指定速度旋转指定角度。或者直接由上位机提供给控制器中断信号，简单方便。使用控制器可以很方便地设置脉冲速度和脉冲数量。开关电源与分别于控制器和驱动器向连接，提供电能。传感器的供电由控制器提供。另外，传感器、驱动器、开关电源和控制器为公知产品。

本发明的原理为：当接近传感器感应到金属物体产生电平跳变或者上位机产生电平跳变信号时，控制器接收到中断信号，立即响应，产生方向信号和一定数量的脉冲信号发送给驱动器，驱动器控制驱动电机6的电流，使驱动电机6以一定速度带动丝杠26旋转一定角度，在这同时由于止转螺钉10限制了滚珠花键套29的转动，滚珠花键套29和钢珠47又限制了滚珠花键28的转动，滚珠花键28和丝杆螺母27是紧固在一起的，所以丝杠螺母27向驱动电机6一侧移动，于是与之相连的滚珠花键28和陶瓷柱塞19均向后退去，容积腔38中产生负压，且绝对值大于吸水管中水头压力与宝塔弹簧13弹力之和，使得下方单向阀阀芯14顶起，液体通过圆弧槽流入容积腔38，当控制器发出的脉冲数量达到设定值时，驱动电机6停止，阀芯14回落。然后控制器向驱动器发送改变方向的电平跳变，并且发送同样数目的脉冲，驱动电机6以一定速度带动丝杠26反转，丝杆螺母27带动陶瓷柱塞19向容积腔38底运动，此时容积腔38中为正压，压力大于出水管中水头压力与宝塔弹簧13的弹力之和，上单向阀阀芯14被顶起，液体从圆弧槽流出。当控制器发出的脉冲数量达到设定值时，驱动电机6停止，在这瞬间，阀芯14回落，对出水口末端产生微小负压，于是在末端会产生微小月牙凹，致使所注液体不滴挂。

需要说明的是，以上所述并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种精密计量陶瓷柱塞注液泵，其特征是，包括泵头、两个单向阀、泵体、驱动机构和控制驱动单元，所述的单向阀通过上阀座和下阀盖上的螺纹连接于泵头中的螺纹孔内，泵头通过螺栓穿过四个通孔和泵体外壳紧固于驱动外壳上；电机座通过螺栓穿过四个通孔紧固于驱动外壳上，驱动电机通过螺栓穿过四个通孔紧固于电机座上；泵体中柱塞芯一端通过外螺纹与驱动机构中浮动接头的内螺纹相连接，驱动机构与控制驱动单元相联接。

2.根据权利要求1所述的一种精密计量陶瓷柱塞注液泵，其特征是，所述的单向阀包括单向阀上阀盖、单向阀上阀座、阀芯、宝塔弹簧、O型密封圈，所述的单向阀上阀座与单向阀上阀盖连接处上设有第三O型密封圈安装槽，所述的单向阀上阀座与泵头连接处设有第四O型密封圈安装槽，所述的阀芯两端各设有三道便于液体流通的阀芯圆弧槽。

3.根据权利要求1所述的一种精密计量陶瓷柱塞注液泵，其特征是，所述的泵头内设有容积腔，在泵头的上下两端分别设置有螺纹孔，在两个螺纹孔底壁之间设置有连通孔，所述的连通孔靠近容积腔的底部。

4.根据权利要求1所述的一种精密计量陶瓷柱塞注液泵，其特征是，所述的泵体包括泵体外壳、第一陶瓷柱塞套支架、第二陶瓷柱塞套支架、陶瓷柱塞套、陶瓷柱塞和柱塞芯，所述的柱塞芯安装于陶瓷柱塞的孔中，柱塞芯上设有第五O型密封圈安装槽，所述的陶瓷柱塞放置于陶瓷柱塞套中，所述的第二陶瓷柱塞套支架和第一陶瓷柱塞套支架分别安装于陶瓷柱塞套的两端，对称分布；所述的第二陶瓷柱塞套支架和第一陶瓷柱塞套支架上面分别设有第一O型密封圈安装槽和第二O型密封圈安装槽；所述的第二陶瓷柱塞套支架嵌入泵头上的容积腔大孔中。

5.根据权利要求4所述的一种精密计量陶瓷柱塞注液泵，其特征是，所述的陶瓷柱塞和陶瓷柱塞套采用间隙配合。

6.根据权利要求1所述的一种精密计量陶瓷柱塞注液泵，其特征是，所述的驱动机构包括驱动外壳、电机座、驱动电机、联轴器、压紧螺帽、配对角接触轴承、衬套、丝杠、丝杠螺母、滚珠花键、滚珠花键套、钢珠、浮动接头、止转螺钉和挡圈；

所述的驱动外壳与电机座通过第四通孔用螺栓连接紧固，所述的电机座与驱动电机通过第二通孔用螺栓连接紧固，丝杠通过联轴器，与驱动电机相连接，所述的丝杠上套有衬套，衬套上套有配对角接触轴承，并通过压紧螺帽压紧；所述的配对角接触轴承嵌装于驱动外壳和电机座之间的孔中；所述的丝杠一端安装有丝杠螺母，丝杠螺母通过第三通孔，通过螺钉与滚珠花键连接紧固；所述的滚珠花键外表面设有三道第二圆弧槽，所述的三道圆弧槽成圆周对称分布，滚珠花键套内表面也设有三道成圆周对称分布的第三圆弧槽，所述的第三圆弧槽与第二圆弧槽配合，且每道第二圆弧槽和第三圆弧槽中装有三个不锈钢珠；所述的滚珠花键的一端装有挡圈，所述的挡圈通过浮动接头连接紧固于滚珠花键，浮动接头与陶瓷柱塞相连接，通过柱塞芯紧固；所述的滚珠花键套嵌装于驱动外壳的台阶孔中，且一端嵌入泵体外壳中，滚珠花键套的外表面加工有第三延长孔，所述的第三延长孔与止转螺钉的尖端配合，所述的止转螺钉紧固于驱动外壳上；

所述的驱动外壳上设有观察孔和第二延长孔，所述的电机座上设有第一延长孔。

7.根据权利要求1所述的一种精密计量陶瓷柱塞注液泵，其特征是，所述的控制驱动单元包括开关电源、控制器、驱动器、传感器，所述的传感器与控制器连接，所述的开关电源与控制器和驱动器相连接。