CN106321393B - 排量自动补偿变转速调节斜盘轴向柱塞泵 - Google Patents

Abstract

一种排量自动补偿变转速调节斜盘轴向柱塞泵，包括：设置于所述柱塞泵内的缸体、柱塞、柱塞套以及锥形弹簧，其中：柱塞套和柱塞依次活动设置于缸体内，用于限位的锥形弹簧设置于位于柱塞套与缸体之间；本发明能够在低转速工况下自动提升泵的排量，拓宽了柱塞泵的低转速极限，提升泵在低转速工况下的容积效率，同时满足泵在高速和低速工况下的性能要求。

Description

排量自动补偿变转速调节斜盘轴向柱塞泵

技术领域

本发明涉及的是一种流体机械领域的技术，具体是一种可以在低转速工况下自动提升排量的斜盘式变量轴向柱塞泵。

背景技术

如今能源节约问题已受越来越多人的重视。在液压系统中，泵控系统的系统能耗要小于阀控系统的系统能耗。泵控系统中的流量控制不外乎改变泵的排量或转速。以斜盘式变量轴向柱塞泵为系统动力元件时，改变斜盘的倾角可改变系统的流量。然而随着伺服电机技术的发展，用伺服电机驱动的斜盘式轴向柱塞泵泵控系统的流量调节更为简单直观。

斜盘式轴向柱塞泵的优点是可以在高速高压大流量的工况下稳定工作，而在低速工况时其容积效率降低和阈值转速限影响了使用价值。研究如何改善斜盘式轴向柱塞泵在低速工况下的性能、拓宽其工作转速范围、配合伺服电机实现能源高效利用将对能源节约问题产生重要的影响。近年来，国内外对斜盘式变量轴向柱塞泵研究比较重视，但大部分未考虑其在低速工况下的效率问题。国内对变量柱塞泵的研究主要偏重在密封和泄漏，提升柱塞泵在常规工况下的性能。

中国专利号为201120239337X的实用新型专利，是一种新型的变量柱塞泵。其通过设计补油泵和双层油封解决了变量泵液压油吸入量不足、泄漏量过大的问题。其特征是在壳体的中轴线位置上设置输出轴，在壳体与输出轴之间设置双层油封。在低速工况下，容积效率过低，而增加补油泵，则提升了工作成本。

中国专利号为201210501686.3的发明专利，是一种多排超低速内曲线式低密度能量压缩柱塞泵。它包含一根传动轴、柱塞等传统柱塞泵组件，以及有多排柱塞孔的转子，利用了多于普通柱塞泵数倍的柱塞在一周内多次进行往复运动，在低速工况下产生足够的流量并建立起压力。在低速工况下，单个柱塞做往复运动所导致的几对摩擦副的泄漏并未减少，整体的容积效率未提高。

中国专利号为200910001382.9的发明专利，是一种旋转斜盘变量轴向柱塞泵。其内部由旋转斜盘、柱塞缸体和配流盘三部分组成。可变角度的斜盘与用铰链联结的驱动转轴一起旋转，斜盘迫使柱塞在固定的缸筒内只做往复运动，避免了斜盘轴向柱塞泵缸体转动惯量大、配流面摩擦大和易泄漏的缺点。在低速工况时，其容积效率降低，无法满足工作需要。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种排量自动补偿变转速调节斜盘轴向柱塞泵，能够在低转速工况下自动提升泵的排量，拓宽了柱塞泵的低转速极限，提升泵在低转速工况下的容积效率，同时满足泵在高速和低速工况下的性能要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：设置于所述柱塞泵内的缸体、柱塞、柱塞套以及锥形弹簧，其中：柱塞套和柱塞依次活动设置于缸体内，用于限位的锥形弹簧设置于位于柱塞套与缸体之间，

所述的缸体内设有沿轴向圆周分布的梯形孔，方管形的柱塞套活动设置于梯形孔内做径向运动，圆柱形的柱塞活动设置于方管形柱塞套内做往复运动，

所述的缸体与柱塞套之间通过浮杯形连接件连接并密封。

所述的锥形弹簧设置于在每个柱塞套的外侧靠近缸体底部处，以控制柱塞套在梯形孔内的位置。

所述的柱塞泵内进一步设有带有弹性机构的传动轴、滑靴以及斜盘，其中：滑靴的一侧与弹性机构和柱塞相接触，另一侧与斜盘相接触，传动轴输入转速和扭矩带动缸体和柱塞整体做旋转运动。

所述的弹性机构包括：设置于传动轴末端的中心弹簧套以及与之相接触的中心球头，其中：中心球头与滑靴的一侧相接触。

所述的柱塞的顶部设有压盘，该压盘与滑靴紧密接触并将滑靴压在斜盘上。

当柱塞泵以大于阈值转速工作时，方管形的柱塞套和柱塞的离心力大于锥形弹簧的预紧力。在离心力的推动下，方管形的柱塞套带着柱塞压向弹簧。此时方管形的柱塞套和柱塞沿轴向圆柱形均匀分布在传动轴周围。

当传动轴输入的转速降低至阈值转速时，柱塞泵的出口流量几乎为零，所有入口流量几乎都转化为了泄漏量。此时泵内锥形弹簧的推力大于方管形的柱塞套和柱塞的离心力，锥形弹簧推动方管形的柱塞套的一端使其和其内部的柱塞与传动轴成一定角度。方管形的柱塞套和柱塞沿轴向圆锥形均匀分布在传动轴周围，柱塞泵的排量也相应地增大。

在负载压力恒定即泄漏恒定的工况下，转速降低至极限转速时，柱塞泵自动加大了排量，保证了其出口流量，拓宽了柱塞泵低转速极限。当转速继续降低时，锥形弹簧继续推动方管形的柱塞套和柱塞，使它们与传动轴的夹角继续变大，柱塞泵的排量继续增大，直至达到此柱塞泵的最大排量。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过增加了较为容易加工的柱塞套等部件，结构简单小巧。巧妙的利用离心力实现低速下柱塞泵排量的自补偿，从而拓宽了柱塞泵的转速范围，突破其最低转速的限制，提升了变转速控制柱塞泵的低速性能。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1局部放大示意图；

图3为浮杯形连接件示意图；

图4为缸体端面示意图；

图中：1传动轴、2卡簧、3挡块、4深沟球轴承、5挡环、6泵体外壳、7深沟球轴承、8配流盘、9浮杯形连接件、10缸体、11柱塞套、12带底座的锥形弹簧、13圆柱滚子轴承、14泵体外壳、15柱塞、16压盘、17滑靴、18中心弹簧套、19中心球头、20斜盘、21端盖、22中心弹簧。

具体实施方式

本实施例包括：设置于所述柱塞泵内的缸体10、柱塞、柱塞套11以及锥形弹簧12，其中：柱塞套11和柱塞依次活动设置于缸体10内，用于限位的锥形弹簧12设置于位于柱塞套11与缸体10之间，

所述的缸体10内设有沿轴向圆周分布的梯形孔，方管形的柱塞套11活动设置于梯形孔内做径向运动，圆柱形的柱塞活动设置于方管形柱塞套11内做往复运动，

所述的缸体10与柱塞套11之间通过浮杯形连接件连接并密封。

所述的锥形弹簧12设置于在每个柱塞套11的外侧靠近缸体10底部处，以控制柱塞套11在梯形孔内的位置。

所述的柱塞泵内进一步设有传动轴1，该传动轴1输入转速和扭矩带动缸体10、柱塞15等元件做旋转运动。

所述的柱塞泵内进一步设有中心弹簧22，该中心弹簧22通过中心弹簧套18、中心球头19和压盘16把滑靴17压在斜盘20上。

所述的柱塞15在缸体10中沿着方管形的柱塞套11的轴向做往复运动。

所述的锥形弹簧12与方管形的柱塞套11接触但不相连，保证方管形的柱塞套11在泵启动时不会直接撞上缸体10内孔；锥形弹簧12的刚度随着每个弹簧12圈的直接的变化而变化，满足设计需求。

所述的柱塞套11为外方内圆结构，使得其和缸体10内孔为面接触，减少磨损的同时还便于锥形弹簧12对其推压。

所述的浮杯形连接件9，通过铰接的方式连接着缸体10和方管形的柱塞套11，保证方管形的柱塞套11在进行角位移的同时不会滑出缸体10的内孔，有着轴向定位的功能。

所述的缸体10，其端面上开设的梯形孔限制了方管形的柱塞套11的自转。

当转速大于阈值转速时，柱塞15和方管形的柱塞套11产生的离心力大于锥形弹簧12在极限位置时的弹簧力，锥形弹簧12被压到底部，方管形的柱塞套11紧贴缸体10的梯形孔外侧。

当转速降低至阈值转速时，柱塞15和方管形的柱塞套11产生的离心力小于锥形弹簧12被压紧时产生的弹簧力，锥形弹簧12推开方管形的柱塞套11直至弹簧力等于离心力。

此时方管形的柱塞套11和柱塞15与传动轴1成一定角度，柱塞泵的排量增大。

所述带底座的锥形弹簧12分布在各个方管形的柱塞套11的一端，它的底座以焊接的方式固定在缸体10上。

锥形弹簧12与方管形的柱塞套11接触而不相连接。

其本身具有缓冲的特性，保护方管形的柱塞套11和柱塞15不会在泵启动时直接撞向缸体10的内孔，这是其特点之一。

根据数学模型所需求的是变刚度的弹簧，而锥形弹簧本身的刚度随每个弹簧圈的直径变化而变化。

此带底座的锥形弹簧12就是按照需求所设计的锥形弹簧，这是其特点之二。

所述方管形的柱塞套11的外形为外方内圆结构。

外轮廓是倒圆角后的方形而不是传统的圆柱形，是为了其和缸体10内孔上下侧接触时是面接触而不是线接触，减少磨损的同时还便于锥形弹簧12对其的推压。

所述浮杯形连接件9如图3所示，通过铰接的方式连接着缸体10和方管形的柱塞套11，保证方管形的柱塞套11在进行角位移的同时不会滑出缸体10的内孔，有着轴向定位的功能。

所述缸体10如图4所示，其端面上的梯形孔限制了方管形的柱塞套11的自转。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种排量自动补偿变转速调节斜盘轴向柱塞泵，其特征在于，包括：设置于所述柱塞泵内的缸体、柱塞、柱塞套以及锥形弹簧，其中：柱塞套和柱塞依次活动设置于缸体内，用于限位的锥形弹簧设置于位于柱塞套与缸体之间；

所述的缸体内设有沿轴向圆周分布的梯形孔，方管形的柱塞套活动设置于梯形孔内做径向运动，圆柱形的柱塞活动设置于方管形柱塞套内做往复运动；当转速低至阈值转速时所述的柱塞泵将增大排量以降低最低使用转速，从而提升低速工况下的性能。

2.根据权利要求1所述的柱塞泵，其特征是，所述的缸体与柱塞套之间通过浮杯形连接件连接并密封。

3.根据权利要求1所述的柱塞泵，其特征是，所述的锥形弹簧设置于在每个柱塞套的外侧靠近缸体底部处，以控制柱塞套在梯形孔内的位置。

4.根据权利要求1所述的柱塞泵，其特征是，所述的柱塞泵内进一步设有带有弹性机构的传动轴、滑靴以及斜盘，其中：滑靴的一侧与弹性机构和柱塞相接触，另一侧与斜盘相接触，传动轴输入转速和扭矩带动缸体和柱塞整体做旋转运动。

5.根据权利要求4所述的柱塞泵，其特征是，所述的弹性机构包括：设置于传动轴末端的中心弹簧套以及与之相接触的中心球头，其中：中心球头与滑靴的一侧相接触。

6.根据权利要求4所述的柱塞泵，其特征是，所述的柱塞的顶部设有压盘，该压盘与滑靴紧密接触并将滑靴压在斜盘上；

当柱塞泵以大于阈值转速工作时，方管形的柱塞套和柱塞的离心力大于锥形弹簧的预紧力；在离心力的推动下，方管形的柱塞套带着柱塞压向弹簧，此时方管形的柱塞套和柱塞沿轴向圆柱形均匀分布在传动轴周围；

当传动轴输入的转速降低至阈值转速时，柱塞泵的出口流量几乎为零，所有入口流量几乎都转化为了泄漏量，此时泵内锥形弹簧的推力大于方管形的柱塞套和柱塞的离心力，锥形弹簧推动方管形的柱塞套的一端使其和其内部的柱塞与传动轴成一定角度，方管形的柱塞套和柱塞沿轴向圆锥形均匀分布在传动轴周围，柱塞泵的排量也相应地增大；

在负载压力恒定即泄漏恒定的工况下，转速降低至极限转速时，柱塞泵自动加大了排量，保证了其出口流量，拓宽了柱塞泵低转速极限；

当转速继续降低时，锥形弹簧继续推动方管形的柱塞套和柱塞，使它们与传动轴的夹角继续变大，柱塞泵的排量继续增大，直至达到此柱塞泵的最大排量。

7.根据权利要求1或3所述的柱塞泵，其特征是，所述的锥形弹簧与方管形的柱塞套接触但不相连，保证方管形的柱塞套在泵启动时不会直接撞上缸体内孔；锥形弹簧的刚度随着每个弹簧圈的直接的变化而变化，满足设计需求。

8.根据权利要求1所述的柱塞泵，其特征是，所述的柱塞套为外方内圆结构，使得其和缸体内孔为面接触，减少磨损的同时还便于锥形弹簧对其推压。

9.根据权利要求2所述的柱塞泵，其特征是，所述的浮杯形连接件通过铰接的方式连接着缸体和方管形的柱塞套，保证方管形的柱塞套在进行角位移的同时不会滑出缸体的内孔，有着轴向定位的功能。

10.根据权利要求1～4中任一所述的柱塞泵，其特征是，所述的缸体，其端面上开设的梯形孔限制了方管形的柱塞套的自转。