CN104632610A - 电动直线往复式双作用定量柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动直线往复式双作用定量柱塞泵。目的是提供的泵应具有可实时吸排工作介质、流量输出相对稳定的特点，并且结构紧凑简洁，空间利用率也高。技术方案是：电动直线往复式双作用定量柱塞泵，包括配有缸体、柱塞以及电机；该柱塞泵还配置一由所述电机驱动的往复丝杆，该往复丝杆可转动地定位在缸体的内腔且与该缸体的轴线平行；所述柱塞可滑动地套装在往复丝杆上，往复丝杆还与一固定在柱塞上的滑舌啮合以驱使柱塞往复运动；所述缸体的两端均配置有所述的进口和出口，并且所述进口和出口还分别通过单向阀与外界导通；所述缸体内还配置一与缸体轴线平行布置的导杆，所述柱塞通过滑动轴承与导杆滑动配合以实现柱塞的直线运动。

Description

电动直线往复式双作用定量柱塞泵

技术领域

本发明涉及一种柱塞泵，尤其是拥有持续、恒定流量输出的直线往复式双作用定量柱塞泵。

背景技术

柱塞泵在液压系统中具有举足轻重的应用。由于柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。常规的泵按工作原理可分为容积式泵、动力式泵和其他类型泵三类；柱塞泵属于容积式泵，缸体内柱塞的往复运动使缸体的容积反复的压缩和扩张，这种柱塞泵的缸体内容积的周期性变化促使缸体持续地吸入和排出工作介质。通常的柱塞泵存在流量呈脉动变化，自吸性差的缺点。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提出一种电动直线往复式双作用定量柱塞泵，该泵应具有可实时吸排工作介质、流量输出相对稳定的特点，并且结构紧凑简洁，空间利用率也高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

电动直线往复式双作用定量柱塞泵，包括配有进口和出口以流通工作介质的缸体、可在缸体内沿缸体轴线往复滑动的柱塞以及为柱塞滑动提供动力的电机；其特征在于该柱塞泵还配置一由所述电机驱动的往复丝杆，该往复丝杆可转动地定位在缸体的内腔且与该缸体的轴线平行；所述柱塞可滑动地套装在往复丝杆上，往复丝杆还与一固定在柱塞上的滑舌啮合以驱使柱塞往复运动；所述缸 体的两端均配置有所述的进口和出口，并且所述进口和出口还分别通过单向阀与外界导通；

所述缸体内还配置一与缸体轴线平行布置的导杆，所述柱塞通过滑动轴承与导杆滑动配合以实现柱塞的直线运动。

所述往复丝杆的两端分别通过圆锥滚子轴承可转动地定位在缸体上。

所述往复丝杆的外圆周面上螺旋状且双向布置着齿槽，所述滑舌与该齿槽可滑动地啮合。

所述滑舌的啮合端呈半球形。

所述电机通过联轴器为往复丝杆提供动力。

本发明的工作原理是：电机带动往复丝杆转动，往复丝杆又通过滑舌以及导杆将往复丝杆的旋转运动(R)转换为柱塞的准匀速往复直线运动(L)(在往复丝杆两端的缓冲段S1、S3、S4和S6之外部位，柱塞均为匀速运动)，柱塞的准匀速往复直线运动导致柱塞两侧缸体容积的交替的周期性变化，使得缸体可实时而均匀地吸入、排出工作介质；由于缸体的两个出口在任何时候都有一个出口存在流量输出，因此两个出口合并后，本发明的往复式双作用定量柱塞泵就实现了持续而恒定地输出流量。

本发明的有益的效果如下：

本发明的往复式双作用定量柱塞泵直接将电机的旋转运动转换为柱塞的准匀速往复直线运动能够实现持续、恒定地输出工作介质，可以保障输出管路的压力稳定。

本发明的缸体-柱塞结构紧凑，柱塞两侧缸体容积均可实现吸入、排出工作介质，空间利用率高。

本发明的柱塞两侧的缸体容积均可实现吸入、排出工作介质，柱塞一侧缸体 的泄露会转移到另一侧缸体中，而不会损失。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2是本发明的俯视结构示意图。

图3是图2中缸体的剖视结构示意图。

图4是图3中C部的放大结构示意图。

图5是图3中D部的放大结构示意图。

图6是本发明中滑舌的主视放大结构示意图。

图7是本发明中滑舌的俯视放大结构示意图。

图8是本发明中柱塞的主视放大结构示意图。

图9是本发明中往复丝杆的齿槽中线的展开图。

图10是本发明中柱塞右侧缸体容积的流量图。

图11是本发明中柱塞左侧缸体容积的流量图。

图12是本发明中往复式柱塞泵的总流量图(由柱塞两侧缸体容积的流量合并得出)。

图中：1、电机，2、联轴器，3、左侧轴承端盖，4、左侧圆锥滚子轴承，5、左侧封盖，6、柱塞，7、滑舌，8、往复丝杆，9、缸体，10、右侧封盖，11、右侧圆锥滚子轴承，12、右侧轴承端盖，13、左侧进口管接头，14、右侧进口管接头，15、左侧出口管接头，16、右侧出口管接头，17、导杆，18、滑动轴承，19、滚珠，20、弹簧，21、紧定螺钉，22、密封环，A、截面A，A-A、A截面半剖视图，B、截面B，B-B、B截面剖视图，h、往复丝杆等距螺旋段的螺距，L、柱塞往复直线运动，Q、流量，Q0、柱塞一侧缸体容积的额定流量(其中“-”表示输入，无“-”表示输出)，R、电机或往复丝杆的旋转运动，r1、往 复丝杆半径，柱塞往复直线运动周期，t1、去程加速缓冲时间，t2、去程等距螺旋时间，u、柱塞往复直线运动速度，π、等距螺旋段的螺旋角。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，缸体由左侧封盖5、缸体9和右侧封盖10组成；缸体的两端分别配有进口和出口以供工作介质流通，所述进口和出口还分别通过单向阀与外界导通。柱塞6的外轮廓与缸体内腔相适合且可沿轴线(缸体轴线)在缸体内往复滑动，电机1则为柱塞提供滑动所需动力。

本发明配置一由所述电机驱动(通过联轴器2驱动)的往复丝杆8，该往复丝杆可转动地穿插定位在所述缸体的内腔且与该缸体的轴线平行，往复丝杆的外圆周面上螺旋状且双向布置(绕往复丝杆的轴线正反两个方向布置)着齿槽30；具体的，该往复丝杆由圆锥滚子轴承4和11支撑，圆锥滚子轴承同时承受往复丝杆施加的轴向力和径向力，轴承端盖3和12起到密封和支撑圆锥滚子轴承的作用。

所述往复丝杆还与一固定在柱塞上的滑舌7啮合以实现柱塞的往复运动；如图6-7所示，该滑舌作为啮合端的头部为半球形，可与往复丝杆的螺纹相配合；滑舌的尾部还设置一滚珠弹簧结构(滑舌尾部的沟槽中配有一个可沿滑舌轴线滚动的滚珠19以及一顶压滚珠的弹簧20)，以使滑舌与往复丝杆的齿槽紧密啮合。

所述缸体内还配置一与往复丝杆平行布置的导杆17，所述柱塞6通过滑动轴承18与导杆进行滑动配合以实现柱塞的直线运动。图8所示的柱塞呈圆柱形，柱塞上制作有两个与柱塞轴线平行的通孔，分别用于与往复丝杆和导杆滑动配合；其中一个较大的通孔(丝杆孔)的壁部还制作一阶梯状的滑舌孔(该孔贯 通丝杆孔和柱塞外圆周面)，通过紧定螺钉21将滑舌定位在滑舌孔中；另一个较小的通孔(导杆孔)，通过滑动轴承18与导杆实现滑动配合。

如图2所示，本发明还通过管接头、管道及单向阀与外界的介质源(通常为液压油箱)组成的液压管路系统，这些系统有机地组合成本发明。

本发明的电机1通电启动后，电机的旋转运动R通过联轴器2转换为往复丝杆8的旋转运动，往复丝杆的旋转运动通又过滑舌7转换为柱塞6的准匀速往复直线运动L；由于缸体9内柱塞两侧容积一定，柱塞的往复直线运动就会反复压缩和扩张柱塞两侧的缸体容积，从而使得柱塞泵连续不断地输出工作介质。

本发明不同于其他双作用泵发明的重点之一就是在柱塞运动过程中，不仅总是同时存在柱塞一侧的缸体容积被压缩和扩张，而且除去往复丝杆两端的缓冲段，柱塞的往复直线运动基本为匀速直线运动，因此，本发明柱塞泵的输出流量持续而恒定。

本发明的缸体通过管接头13、14、15和16与管道相通(如图2所示)，管道与单向阀(图中省略单向阀，仅以文字说明)相通，进口I1和I2与进口单向阀连通，进口单向阀只允许工作介质流入缸体，而不允许工作介质流出，出口O1和O2与出口单向阀相通，出口单向阀只允许工作介质流出缸体，而不允许工作介质流入缸体。于是当活塞向右侧运动时，柱塞右侧缸体容积由于被压缩而将其内的工作介质从出口O1排出(此时由于进口单向阀的作用，进口I1被关闭)，同时柱塞左侧容积由于被扩张而从I2口吸入工作介质(此时由于出口单向阀的作用，出口O2被关闭)；当柱塞向左侧运动时，柱塞左侧缸体容积内的工作介质从出口O2排出(出口O1被关闭)，柱塞右侧缸体从进口I1吸入工作介质(进口I2被关闭)。因此，柱塞的准匀速往复直线运动能使缸体实时吸入和排出工作介质，实现恒定的流量输出，充分利用缸体空间，整个发明的结构比 较紧凑。此外，由于柱塞两侧的容积均可作为工作腔，那么工作介质从缸体一侧向另外一侧的泄露(当然需要尽量避免泄露)也不会出现较大泄露问题，其最终会被柱塞一侧的缸体容积所利用。

本发明的往复丝杆(如图3所示)的过轴线的剖面图中，齿槽的截面形状为半圆；往复丝杆上的全部齿槽由四部分构成，两端的缓冲段和中间的左旋、右旋段，四段平滑地连成一体。

图9和图10为该往复丝杆全部齿槽的中线展开图；齿槽中线展开后，分为S1、S2、S3、S4、S5和S6六段，它们分别表示柱塞去程加速缓冲段、柱塞去程等距螺旋段、柱塞去程减速缓冲段、柱塞回程加速缓冲段、柱塞回程等距螺旋段和柱塞回程减速缓冲段；等螺距螺旋段的螺距为h，缓冲段的螺距取决于该段的线型，线型根据需要选取，如适合中速工况的等加速或等减速运动线型，适合高速工况的简谐运动、摆线运动和高次多项式运动线型，以实现两端的缓冲作用，降低冲击。本发明以简谐运动线型为例进行如下说明：

如果等距螺旋段的螺旋角为α＝0.2π，往复丝杆半径为r1＝25mm，活塞半径r2＝50mm，导杆的半径为r3，圆周率为π，往复丝杆转速为n＝600r/min，往复丝杆齿槽中线的总圈数为N＝4.25，柱塞的运动速度为u，则

等距螺旋段的螺距为

h＝2πr1tanα

(1)

活塞截面面积为

S＝π(r2²-r1²-r3²)

(2)

柱塞右侧缸体容积的流量为

Q＝S×u

(3)

去程加速缓冲时间为

$t1=\frac{\mathrm{\α}}{2\mathrm{\πn}}---\left(4\right)$

去程等距螺旋时间为

$t2=\frac{2\mathrm{\πN}-\mathrm{\α}}{2\mathrm{\πn}}---\left(5\right)$

去程减速缓冲时间为

$T=\frac{2N}{n}---\left(6\right)$

当缓冲段的线型选为简谐运动规律时，一个往复周期T内柱塞的运动速度u的表达式如下

$u=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{nh}[1-\cos \left(\frac{{2\mathrm{\π}}^{2}n}{\mathrm{\α}}t\right)],0\≤t\≤t1\\ \mathrm{nh},t1\≤t\≤t2\\ \mathrm{nh}\{1-\cos [\frac{{2\mathrm{\π}}^2}{\mathrm{\α}}(N-\mathrm{nt})\left]\right\},t2\≤t\≤\frac{T}{2}\\ -\mathrm{nh}[1-\cos \left(\frac{{2\mathrm{\π}}^{2}n}{\mathrm{\α}}t\right)],\frac{T}{2}\≤t\≤\frac{T}{2}+t1\\ -\mathrm{nh},\frac{T}{2}+t1\≤t\≤\frac{T}{2}+t2\\ -\mathrm{nh}\{1-\cos [\frac{2{\mathrm{\π}}^2}{\mathrm{\α}}(N-\mathrm{nt})\left]\right\},\frac{T}{2}+t2\≤t\≤T\end{array}\right.$

$\left(7\right)$ 则Q的表达式如下：

$u=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Snh}[1-\cos \left(\frac{{2\mathrm{\π}}^{2}n}{\mathrm{\α}}t\right)],0\≤t\≤t1\\ \mathrm{Snh},t1\≤t\≤t2\\ \mathrm{Snh}\{1-\cos [\frac{{2\mathrm{\π}}^2}{\mathrm{\α}}(N-\mathrm{nt})\left]\right\},t2\≤t\≤\frac{T}{2}\\ -\mathrm{Snh}[1-\cos \left(\frac{{2\mathrm{\π}}^{2}n}{\mathrm{\α}}t\right)],\frac{T}{2}\≤t\≤\frac{T}{2}+t1\\ -\mathrm{Snh},\frac{T}{2}+t1\≤t\≤\frac{T}{2}+t2\\ -\mathrm{Snh}\{1-\cos [\frac{2{\mathrm{\π}}^2}{\mathrm{\α}}(N-\mathrm{nt})\left]\right\},\frac{T}{2}+t2\≤t\≤T\end{array}\right.---\left(8\right)$

根据公式(8)可以绘制出本发明的流量图，如图11、12所示，分别为本发明的柱塞两侧缸体容积的流量图(单个周期T)和由柱塞两侧缸体容积流量图合并得来的总流量图(三个周期T)，实线为柱塞右侧缸体容积流量图，虚线为柱塞左侧缸体容积流量图，其中流量为正表示输出，流量为负表示输入，可以发现，合并后的柱塞泵的流量比较稳定，除去缓冲段部分，等距螺旋段的流量输入、输出呈直线，另外，缓冲段的小流量也有利于阀门的关闭。

Claims (5)

1.电动直线往复式双作用定量柱塞泵，包括配有进口和出口以流通工作介质的缸体(9)、可在缸体内沿缸体轴线往复滑动的柱塞(6)以及为柱塞滑动提供动力的电机(1)；其特征在于该柱塞泵还配置一由所述电机驱动的往复丝杆(8)，该往复丝杆可转动地定位在缸体的内腔且与该缸体的轴线平行；所述柱塞可滑动地套装在往复丝杆上，往复丝杆还与一固定在柱塞上的滑舌(7)啮合以驱使柱塞往复运动；所述缸体的两端均配置有所述的进口和出口，并且所述进口和出口还分别通过单向阀与外界导通；

所述缸体内还配置一与缸体轴线平行布置的导杆(17)，所述柱塞通过滑动轴承(18)与导杆滑动配合以实现柱塞的直线运动。

2.根据权利要求1所述的电动直线往复式双作用定量柱塞泵，其特征在于：所述往复丝杆的两端分别通过圆锥滚子轴承可转动地定位在缸体上。

3.根据权利要求2所述的电动直线往复式双作用定量柱塞泵，其特征在于：所述往复丝杆的外圆周面上螺旋状且双向布置着齿槽(30)，所述滑舌与该齿槽可滑动地啮合。

4.根据权利要求3所述的电动直线往复式双作用定量柱塞泵，其特征在于：所述滑舌的啮合端呈半球形。

5.根据权利要求4所述的电动直线往复式双作用定量柱塞泵，其特征在于：所述电机通过联轴器(2)为往复丝杆提供动力。