CN105804961B - 柱塞泵传动机构、高压恒流泵系统和介质流动控制方法 - Google Patents

柱塞泵传动机构、高压恒流泵系统和介质流动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种柱塞泵传动机构、高压恒流泵系统和介质流动控制方法，所述方法包括：按照设定压力，第一组缸筒排出介质，同时第二组缸筒吸入介质；当第二组缸筒内柱塞到达设定第二位置后，第二组缸筒内介质压力将逐渐升压至设定压力并做好向外排出介质的准备；当第一组缸筒内所述介质排空时，第二组缸筒将介质排出，同时第一组缸筒吸入介质；当第一组缸筒内柱塞到达设定的第一位置后，第一组缸筒内介质压力将逐渐升压至所述设定压力；当第二组缸筒内介质排空时，重复开始步骤。上述传动机构、高压泵恒流系统和介质流动控制方法能够使高压恒流泵排出的介质的流量、压力平稳无脉动，且可实现超高压运行。

Description

柱塞泵传动机构、高压恒流泵系统和介质流动控制方法
技术领域
本申请涉及高压泵技术领域，具体涉及一种柱塞泵传动机构、高压恒流泵系统和介质流动控制方法
背景技术
现有的双柱塞泵采用传统的连接方式，即柱塞与滚珠丝杠固联，从而确定柱塞的运动方向，这种连接方式易导致柱塞与密封环不同心，运行过程中，柱塞与密封环发生偏磨现象，致使泵体泄露，无法承受超高的压力。同时控制系统在控制两缸的切换时，即采用一缸排液，另一缸吸液，当排液缸介质排尽时，另一缸刚好吸满介质，此时原排液缸转为吸液状态，另一缸排液。这种控制方式易导致输出压力骤减，短时间无介质输出，压力和流量波动过大，无法满足恒定输送液体的需求。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种恒定输送液体且不易泄露的柱塞泵传动机构、高压恒流泵系统和介质流动控制方法。
第一方面，本发明提供一种柱塞泵传动机构，包括依次连接的电机、滚珠丝杠、柱塞和缸筒，所述滚珠丝杠在所述电机的驱动下带动所述柱塞在所述缸筒内作往复运动，在所述缸筒内所述柱塞入口处设置有密封导向环，在所述滚珠丝杠和所述柱塞之间还设置有高副机构，用以调整所述柱塞在所述缸筒内运动时的运动方向。
第二方面，本发明还提供一种高压恒流泵系统，包括两组相同的高压恒流泵单缸运行系统以及与两组所述高压恒流泵单缸运行系统相连接的单向阀，所述高压恒流泵单缸运行系统包括依次连接的权利要求1-4任一所述的柱塞泵传动机构、压力传感器和换向阀，所述柱塞泵传动机构的所述缸筒通过管道依次连接所述压力传感器和所述换向阀。
第三方面，本发明还提供一种高压恒流泵系统内介质流动控制方法，所述方法包括：
S1：按照设定压力，所述两组相同的高压恒流泵单缸运行系统的第一组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒通过所述柱塞运动排出所述介质，同时所述两组相同的高压恒流泵单缸运行系统的第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒通过所述柱塞运动吸入所述介质；
S2：当所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述柱塞到达设定的第二位置后，所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒内所述介质压力将逐渐升压至所述设定压力；
S3：当所述第一组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒内所述介质排空时，所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒通过所述柱塞运动排出所述介质，同时所述第一组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒通过所述柱塞运动吸入所述介质；
S4：当所述第一组高压恒流泵单缸运行系统的所述柱塞到达设定的第一位置后，所述第一组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒内所述介质压力将逐渐升压至所述设定压力；
S5：当所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒内所述介质排空时，重复S1-S5步骤。
本发明提供的柱塞泵传动机构、高压恒流泵系统和介质流动控制方法保证恒流泵系统传动的平稳性并能够承受较大高压，并使高压恒流泵系统排出介质时流量和压力平稳无脉动。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例中柱塞泵传动机构结构示意图。
图2为本发明一实施例中高压恒流泵系统结构示意图。
图3为本发明一实施例中高压恒流泵系统内介质流动控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1为本发明一实施例中柱塞泵传动机构的结构示意图。
如图1所示，在本实施例中，本发明提供的柱塞泵传动机构，包括依次连接的电机1、滚珠丝杠4、柱塞6和缸筒9，滚珠丝杠4在电机1的驱动下带动柱塞6在缸筒9内作往复运动，在缸筒9内柱塞6入口处设置有密封导向环7，在滚珠丝杠4和柱塞6之间还设置有高副机构5，用以调整柱塞6在缸筒9内运动时的运动方向。在本实施例中电机选用步进电机，当然根据需求也可以选用其它类型的电机。由于滚珠丝杆与柱塞之间设置有高副机构，这样柱塞在缸筒内的运动方向摆脱了滚珠丝杆的限制，可以根据密封导向环的导向作出一定的调整减少柱塞与密封导向环等其他设备的摩擦。
如图1所示，本实施例提供的柱塞泵传动机构还包括固定套10，固定套10具有一台阶孔，固定套10活动连接滚珠丝杠4；
高副机构5包括一平面，平面部分与柱塞6远离缸筒9一端固定连接，高副机构5包括一不完整球面，不完整球面与滚珠丝杠4形成点接触，连接有位于台阶孔的高副机构5的柱塞6从所述台阶孔伸出。
具体地，滚珠丝杆4将电机的旋转运动转换成线性运动。滚珠丝杆4包括丝杆和丝母，丝杆在电机1的带动下做旋转运动，而丝母在丝杆的配合下作直线运动。固定套10连接在丝母上，固定套10具有一台阶孔，从而可以套接在丝母上，具体可以是台阶孔内具有内螺纹，固定套10通过内螺纹与丝母外螺纹连接。高副机构5包括一平面，该平面部分与柱塞6固定连接，如焊接固定，而高副机构5还包括一不完整球面，如半圆形球面。带有高副机构5的柱塞6从固定套10的台阶孔穿出，而球面对应丝母。台阶孔的尺寸不能使高副机构5穿出而留在台阶孔内，之后再将固定套10旋接在丝母上以使高副机构5的球面与丝母形成点接触。柱塞6和滚珠丝杠4之间可通过高副机构5发生转动，这样可以调整柱塞6在缸筒9内的运动方向，减少柱塞6和密封导向环7发生偏磨现象的可能，进而保证泵体能承受较大压力而不发生泄漏。
如图1所示，进一步，本发明实施例提供的步进电机1和滚珠丝杠4之间还设有减速机构2。具体地，在本实施例中，减速机构2为谐波减速器，在更多实施例中，减速机构2可根据实际需求采用行星减速机构等不同减速机构。
在一些优选实施例中，减速机构2和滚珠丝杠4之间还设有柔性联轴器3。
在一些优选实施例中，柱塞6上设有至少一个导向环，例如图1所示实施例中柱塞6上设有导向环8。
上述实施例进一步通过设置减速机构、柔性联轴器、导向环等装置提升传动机构的精度和稳定性。
图2为本发明一实施例中高压恒流泵系统结构示意图。
如图2所示，本发明实施例所提供的高压恒流泵系统，包括两组相同的高压恒流泵单缸运行系统以及与两组所述高压恒流泵单缸运行系统相连接的单向阀11，高压恒流泵单缸运行系统包括前面所述的柱塞泵传动机构、压力传感器13、换向阀12，柱塞泵传动机构的缸筒9通过管道依次连接压力传感器13、换向阀12。通过设置双缸机构的交替对外排出介质，可以使得高压恒流泵系统对外输出介质的稳定性、连续性。
如图2所示，进一步，本发明实施例所提供的高压恒流泵单缸运行系统还包括防爆破机构14，防爆破机构14设置在缸筒9和压力传感器13之间。通过设置防爆破机构给高压恒流泵系统提供了安全保障。
如图2所示，进一步，本发明实施例所提供的高压恒流泵系统还包括介质源装置15，单向阀11通过管道连接介质源装置15，用于提供高压恒流泵系统内所传输的介质。
具体地，高压恒流泵系统包括两组相同的高压恒流泵单缸运行系统，第一组高压恒流泵单缸运行系统包括依次连接的第一组柱塞泵传动机构、第一压力传感器131和第一换向阀121，第一换向阀121连接单向阀11；第二组高压恒流泵单缸运行系统包括依次连接的第二组柱塞泵传动机构、第二压力传感器132和第二换向阀122，第二换向阀122连接单向阀11。单向阀11连通介质源装置15.
换向阀12在本实施例中具有三个出入口。第一换向阀121一路与第一压力传感器131连通，一路与单向阀11连通后可以从介质源装置15中吸取介质，另一路通过管道可以向外输出介质。第二换向阀122一路与第二压力传感器132连通，一路与单向阀11连通后可以从介质源装置15中吸取介质，另一路通过管道可以向外输出介质。
上述实施例设置两组高压恒流泵单缸运行系统，通过两组高压恒流泵单缸运行系统交替对外排出介质，保证了高压恒流泵系统对外排出介质的稳定性、连续性。
图3为本发明一实施例中高压恒流泵系统内介质流动控制方法的流程图。
如图3所示，本发明提供的高压恒流泵系统内介质流动控制方法包括：
S1：按照设定压力，两组相同的高压恒流泵单缸运行系统的第一组高压恒流泵单缸运行系统的缸筒91通过柱塞运动排出介质，同时两组相同的高压恒流泵单缸运行系统的第二组高压恒流泵单缸运行系统的缸筒92通过柱塞运动吸入介质；
S2：当第二组高压恒流泵单缸运行系统的柱塞到达设定的第二位置后，第二组高压恒流泵单缸运行系统的缸筒92内介质压力将逐渐升压至设定压力；
S3：当第一组高压恒流泵单缸运行系统的缸筒91内介质排空时，第二组高压恒流泵单缸运行系统的缸筒92通过柱塞运动将介质排出，同时第一组高压恒流泵单缸运行系统的缸筒91通过柱塞运动吸入介质；
S4：当第一组高压恒流泵单缸运行系统的柱塞达到设定的第一位置后，第一组高压恒流泵单缸运行系统的缸筒91内介质压力将逐渐升压至设定压力；
S5：当第二组高压恒流泵单缸运行系统的缸筒92内介质排空时，重复S1-S5步骤。
进一步，本实施例提供的步骤S2，当所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述柱塞到达设定的第二位置后，所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒内所述介质压力将逐渐升压至设定压力，包括：
S21：第二组高压恒流泵单缸运行系统的换向阀122断开与单向阀11通路；
S22：第二组高压恒流泵单缸运行系统的柱塞向排出第二组高压恒流泵单缸运行系统的缸筒92内介质方向运动以升高第二组高压恒流泵单缸运行系统的缸筒92至换向阀122之间通路的介质的压力。
结合图2中的具体高压泵恒流系统，具体详细说明如下：
第一组高压恒流泵单缸运行系统的缸筒91通过防爆破机构141、压力传感器131和换向阀121以设定的压力，如70MPa的超高压向外排出介质，此时换向阀121与单向阀11的通路处于关闭状态；同时第二组高压恒流泵单缸运行系统的换向阀122与单向阀11的通路处于打开状态，与排出介质通路处于关闭状态，缸筒92通过单向阀11经换向阀123、压力传感器132和防爆破机构142从介质源装置15吸取介质；
当缸筒92内柱塞运动到设定的第二位置，换向阀122关闭与单向阀11的通路并同时保持换向阀122与排出管路的关闭状态，这是缸筒92内的柱塞向排出缸筒92介质的方向运动，将缸筒92、防爆破机构142、压力传感器132至换向器122之间管路介质的压力逐渐升高至设定压力如70MPa，然后柱塞停止运动；
在一些实施例中，柱塞在缸筒内的位置通过传感器感测并通过控制系统来控制以达到全自动的目的。
当缸筒91内的介质排空同时，换向阀122打开与外界的通路排出介质，且换向阀121关闭排出介质的通路，打开与单向阀11的通路使缸筒91从介质源装置15中吸取介质直至柱塞到达设定的第一位置，并按照缸筒92的升压方式升压至设定压力并做好向外排出介质的准备。
当缸筒92内的介质排空同时，缸筒91进入向外排出介质状态，并使缸筒92进入吸取介质状态，两个缸筒交替吸取介质、升压和排出介质。保证了高压恒流泵系统对外排出介质时压力、流量平稳且无脉动，可实现超高压70MPa运行。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (14)

1.一种高压恒流泵系统，其特征在于，包括两组相同的高压恒流泵单缸运行系统以及与两组所述高压恒流泵单缸运行系统相连接的单向阀，所述高压恒流泵单缸运行系统包括柱塞泵传动机构、压力传感器和换向阀，所述柱塞泵传动机构包括依次连接的电机、滚珠丝杠、柱塞和缸筒，所述滚珠丝杠在所述电机的驱动下带动所述柱塞在所述缸筒内作往复运动，在所述缸筒内所述柱塞入口处设置有密封导向环，在所述滚珠丝杠和所述柱塞之间还设置有高副机构，用以调整所述柱塞在所述缸筒内运动时的运动方向；所述柱塞泵传动机构的所述缸筒通过管道依次连接所述压力传感器和所述换向阀。
2.根据权利要求1所述的高压恒流泵系统，其特征在于，所述高压恒流泵单缸运行系统还包括防爆破机构，所述防爆破机构设置在所述缸筒和所述压力传感器之间。
3.根据权利要求2所述的高压恒流泵系统，其特征在于，还包括介质源装置，所述单向阀通过管道连接所述介质源装置，所述介质源装置用于提供所述高压恒流泵系统内所传输的介质。
4.一种高压恒流泵系统，其特征在于，包括两组相同的高压恒流泵单缸运行系统以及与两组所述高压恒流泵单缸运行系统相连接的单向阀，所述高压恒流泵单缸运行系统包括柱塞泵传动机构、压力传感器和换向阀，所述柱塞泵传动机构包括依次连接的电机、滚珠丝杠、柱塞和缸筒，所述滚珠丝杠在所述电机的驱动下带动所述柱塞在所述缸筒内作往复运动，在所述缸筒内所述柱塞入口处设置有密封导向环，在所述滚珠丝杠和所述柱塞之间还设置有高副机构，用以调整所述柱塞在所述缸筒内运动时的运动方向，所述柱塞泵传动机构还包括一固定套，所述固定套具有一台阶孔，所述固定套活动连接所述滚珠丝杠；所述高副机构包括一平面部分，所述平面部分与所述柱塞远离所述缸筒一端固定连接，所述高副机构包括一不完整球面，所述不完整球面与所述滚珠丝杠形成点接触，连接有位于所述台阶孔内的所述高副机构的所述柱塞从所述台阶孔伸出；所述柱塞泵传动机构的所述缸筒通过管道依次连接所述压力传感器和所述换向阀。
5.根据权利要求4所述的高压恒流泵系统，其特征在于，所述高压恒流泵单缸运行系统还包括防爆破机构，所述防爆破机构设置在所述缸筒和所述压力传感器之间。
6.根据权利要求5所述的高压恒流泵系统，其特征在于，还包括介质源装置，所述单向阀通过管道连接所述介质源装置，所述介质源装置用于提供所述高压恒流泵系统内所传输的介质。
7.一种高压恒流泵系统，其特征在于，包括两组相同的高压恒流泵单缸运行系统以及与两组所述高压恒流泵单缸运行系统相连接的单向阀，所述高压恒流泵单缸运行系统包括柱塞泵传动机构、压力传感器和换向阀，所述柱塞泵传动机构包括依次连接的电机、滚珠丝杠、柱塞和缸筒，所述滚珠丝杠在所述电机的驱动下带动所述柱塞在所述缸筒内作往复运动，在所述缸筒内所述柱塞入口处设置有密封导向环，在所述滚珠丝杠和所述柱塞之间还设置有高副机构，用以调整所述柱塞在所述缸筒内运动时的运动方向，所述柱塞上至少设有一个导向环；所述柱塞泵传动机构的所述缸筒通过管道依次连接所述压力传感器和所述换向阀。
8.根据权利要求7所述的高压恒流泵系统，其特征在于，所述高压恒流泵单缸运行系统还包括防爆破机构，所述防爆破机构设置在所述缸筒和所述压力传感器之间。
9.根据权利要求8所述的高压恒流泵系统，其特征在于，还包括介质源装置，所述单向阀通过管道连接所述介质源装置，所述介质源装置用于提供所述高压恒流泵系统内所传输的介质。
10.一种高压恒流泵系统，其特征在于，包括两组相同的高压恒流泵单缸运行系统以及与两组所述高压恒流泵单缸运行系统相连接的单向阀，所述高压恒流泵单缸运行系统包括柱塞泵传动机构、压力传感器和换向阀，所述柱塞泵传动机构包括依次连接的电机、滚珠丝杠、柱塞和缸筒，所述滚珠丝杠在所述电机的驱动下带动所述柱塞在所述缸筒内作往复运动，在所述缸筒内所述柱塞入口处设置有密封导向环，在所述滚珠丝杠和所述柱塞之间还设置有高副机构，用以调整所述柱塞在所述缸筒内运动时的运动方向，所述电机和所述滚珠丝杠之间还设有减速机构；所述柱塞泵传动机构的所述缸筒通过管道依次连接所述压力传感器和所述换向阀。
11.根据权利要求10所述的高压恒流泵系统，其特征在于，所述高压恒流泵单缸运行系统还包括防爆破机构，所述防爆破机构设置在所述缸筒和所述压力传感器之间。
12.根据权利要求11所述的高压恒流泵系统，其特征在于，还包括介质源装置，所述单向阀通过管道连接所述介质源装置，所述介质源装置用于提供所述高压恒流泵系统内所传输的介质。
13.一种用于权利要求1-12任一所述的高压恒流泵系统的介质流动控制方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：按照设定压力，所述两组相同的高压恒流泵单缸运行系统的第一组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒通过所述柱塞运动排出所述介质，同时所述两组相同的高压恒流泵单缸运行系统的第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒通过所述柱塞运动吸入所述介质；
S2：当所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述柱塞到达设定的第二位置后，所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒内所述介质压力将逐渐升压至所述设定压力；
S3：当所述第一组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒内所述介质排空时，所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒通过所述柱塞运动排出所述介质，同时所述第一组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒通过所述柱塞运动吸入所述介质；
S4：当所述第一组高压恒流泵单缸运行系统的所述柱塞到达设定的第一位置后，所述第一组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒内所述介质压力将逐渐升压至所述设定压力；
S5：当所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒内所述介质排空时，重复S1-S5步骤。
14.根据权利要求13所述的介质流动控制方法，其特征在于，当所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述柱塞到达设定第二位置后，所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒内所述介质压力将逐渐升压至所述设定压力，包括：
S21：所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述换向阀断开与所述单向阀通路；
S22：所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述柱塞向排出所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒内所述介质方向运动以升高所述第二组高压恒流泵单缸运行系统的所述缸筒至所述换向阀之间通路的所述介质的压力。
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