CN106438254A - 一种低速轴向柱塞液压泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低速轴向柱塞液压泵，凸轮传动轴由传动轴和凸轮盘组成的整体结构，凸轮箱套装于所述凸轮盘外，凸轮箱两侧依次安装有双向联体柱塞、柱塞缸体、配油盘和侧盖，凸轮传动轴通过轴承套装在左右配油盘上；双向联体柱塞由导向滑块将左、右二端的柱塞联成整体；双向联体柱塞二端的柱塞与左右柱塞缸体的柱塞缸间隙配合安装；双向联体柱塞的导向滑块套装于凸轮箱的轴向导向槽，导向滑块在轴向导向槽内往复运动；本发明的有益效果是采用凸轮传动轴的动力输入方法，凸轮传动轴由传动轴和双面空间凸轮盘组成的整体结构，双面空间凸轮盘拥有两个工作面，当凸轮传动轴旋转一周，柱塞在柱塞缸内实现两个工作循环。

Description

一种低速轴向柱塞液压泵

技术领域

本发明涉及液压传动技术领域，具体涉及一种采用双面空间曲面凸轮盘设计适合低速运转的轴向柱塞液压泵。

背景技术

柱塞泵是液压系统的一个重要装置，它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵一般分为单柱塞泵、卧式柱塞泵、轴向柱塞泵和径向柱塞泵等。轴向柱塞液压泵是活塞或柱塞的往复运动方向与缸体中心轴平行的柱塞泵。轴向柱塞液压泵利用与传动轴平行的柱塞在柱塞缸内往复运动所产生的容积变化来进行工作的。由于柱塞和柱塞缸都是圆形零件，加工时可以达到很高的精度配合，因此容积效率高。轴向柱塞液压泵具有额定压力高、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。

然而，现有的同类型柱塞泵是在凸轮和回位弹簧的共同作用下，迫使柱塞作往复运动，从而完成泵油任务，柱塞泵在压油过程中需要克服回位弹簧的作用力，从而降低了设备的工作效率；受排量的限制,要达到一定的流量,只能提高转速,转速高了就会产生流量振动,噪声且配油盘与缸体、变量头与滑履相对运动频率高，部件磨损现象较突出；其结构也较复杂，造价较高。

发明内容

为了解决现有轴向柱塞液压泵自吸特性差、输出流量脉动及，噪声大，排量小，使用寿命短等问题，本发明一种低速运转的柱塞液压泵，该泵不仅能在低速运转环境下自吸特性好、输出流量脉动及噪声小，而且具有传动阻力及摩损小、效率高、体积小，排量大,寿命长等特性。

本发明的技术方案是：

一种低速轴向柱塞液压泵，包括凸轮传动轴、凸轮箱、柱塞缸体、双向联体柱塞、配油盘及侧盖， 凸轮传动轴由传动轴和凸轮组成的整体结构，凸轮箱套装于凸轮外，凸轮箱两侧依次安装有柱塞缸体、配油盘和侧盖，凸轮箱、双向联体柱塞、柱塞缸体、配油盘及侧盖之间为固定连接，凸轮传动轴通过轴承套装在左右配油盘上；凸轮传动轴上安装有平面推力滚针轴承，平面推力滚针轴承处于凸轮盘两侧和左右柱塞体之间；双向联体柱塞由导向滑块将左、右二端的柱塞联成一个整体，导向滑块和左、右二端的柱塞三间之间构成了一个凹形空间；双向联体柱塞二端的柱塞与左右柱塞缸体的柱塞缸体间隙配合安装；双向联体柱塞的凹形的空间套装在凸轮传动轴的凸轮的外盘上；双向联体柱塞中的导向滑块安装于凸轮箱的轴向导向槽；导向滑块在轴向导向槽内往复运动时联接于两端的柱塞在其缸内将液压油通过进、出油单向阀吸入、排出；凸轮箱设有进油口、出油口和油路通道；柱塞缸体设有和凸轮箱油路通道相通的进、出油通道及出油环型槽；配油盘设有和柱塞缸体适配的进出油通道及进油环型槽、进油单向阀及出油单向阀，进油单向阀和出油单向阀控制液压油的吸入和排出。

进一步地，上述凸轮盘为双面空间凸轮盘，空间凸轮盘的盘面由二个左螺旋面和二个右螺旋面组成，四个螺旋面均匀分布在凸轮盘两侧，螺旋面为用阿基米德等速螺线加工成左、右四段驱动曲面。

进一步地，上述的凸轮箱内壁上均匀设置9个相同的轴向导向槽，进出油通道及接口；所述的柱塞缸体上均匀分布9个安装柱塞缸的轴向柱塞缸孔，进、出油通道及出油环型漕，所述的配油盘上均匀分布9个安装柱塞缸的轴向柱塞缸孔，进、出油通道及出油环型漕。

进一步地，上述柱塞底端的钢珠与凸轮的外盘的曲面之间为滚动式点接触。

作为本发明的另一种变形的低速轴向柱塞液压泵，在上述传动轴和凸轮之间设有凸轮传动盘，凸轮传动盘沿轴向沿伸至两边侧盖，凸轮置于凸轮传动盘中为一整体结构；沿两个所述柱塞缸体径向和在凸轮传动盘之间分别设有直流电机，凸轮传动盘和所述直流电机的转子之间为花键过盈配合连接。

进一步地，上述直流电机为内转式无刷无齿低速的小功率电机。

为实现上述目的，本发明内容为：第一方面是采用封闭式油路，阀配流，进油环型漕内始终充满油，低速运转时能保证吸油充份。第二方面是采用凸轮传动轴的动力输入方法，凸轮传动轴由传动轴和双面空间凸轮盘组成的整体结构，双面空间凸轮盘拥有两个工作面，工作面由两段均分的曲线构成升程、降程、升程、降程四段曲面，当凸轮传动轴旋转一周，柱塞在柱塞缸内实现两个工作循环。第三方面是采用一种双向联体柱塞的方法，双向联体柱塞由导向滑块将左、右二柱塞联成整体，双向联体柱塞除节省柱塞回程所需动力的同时。且保证左,右柱塞同心作直线往返运动。第四方面是采用钢球与凸轮面接触，凸轮面与钢球点接触推动柱塞的圆心点，使柱塞左右作直线运动减少了摩擦，同时钢球也在滚动运转，减少了摩损。

上述内容的发明，解决了轴向柱塞液压泵自吸特性差，加大了轴向柱塞液压泵的排量，降低了输出流量脉动，提高了工作效率等；同时减小了柱塞对柱塞缸的侧向作用力，延长了使用寿命；固定了两柱塞体的距离，保证了柱塞的谐调性，提升了设备的稳定性。

本发明低速轴向柱塞液压泵的工作原理：

当动力驱动凸轮传动轴转动时，双面空间凸轮盘曲面顶着与柱塞同心底端的钢球使柱塞在柱塞缸内作左右直线往复运动。由于双面空间凸轮盘的工作频率为2，则凸轮盘每旋转180°，柱塞完成一个工作循环。

套装在凸轮盘上的双向联体柱塞，当凸轮盘从0°转到90°，一端柱塞处于回程阶段时，柱塞缸的容积逐渐增大,进油环型漕内的液压油经配油盘的进油球阀吸入缸内；同时另一端柱塞则处于升程阶段，柱塞缸容积逐渐减小，因此柱塞缸内液压油经配油盘的出油球阀压出缸外；当凸轮盘从90°转到180°则反之。因此当凸轮盘旋转一周，柱塞实现两个工作循环。

与凸轮盘相接触的各柱塞处于两工作曲面不同位置，各柱塞分别处于不同的升程和回程状态，如此只要传动轴不断旋转，泵便不断地工作。

轴向柱塞液压泵工作油路：液压油由进油口经左右进油通道分别流进左右配油盘中的进油环型槽，通过进油阀吸入油缸，被柱塞挤压出的压力油经出油阀分别注入左右柱塞缸体中的出油环型槽，再经出油通道从出油口排出。

作为变形的低速轴向柱塞液压泵，在液压泵内置了电机，这样在没增加泵体积时就可以使该液压泵由原来的单一的外力驱动变成了内力或外力双驱动。

本发明采用上述结构具有以下积极效果：

1、凸轮驱动盘每面设为两段凸面两段凹面，这样凸轮轴每旋转一圈，每组柱塞分别工作两次，提高了工作效率；

2、双向联体柱塞省去了柱塞体在回程中的动力，即当一端柱塞压油时，另一端同时吸油，省去单个柱塞必需的支承点及回位装置，节约材料节省了动力；.

3、设计成双向联体柱塞,同时起到两端柱塞同心作直线运动；

4、采用钢球与凸轮面接触，凸轮面与钢球点接触推动柱塞的圆心点，使柱塞左右作直线运动时减少了摩擦，同时钢球也在滚动运转，减少了摩损；

5、本双作用轴向柱塞泵，采用一个进油口，液压油由油管通过凸轮壳处接口进入后，左右两边分流进配油盘的进油环型槽内，经过单向阀被分别吸入油缸，被柱塞挤压出的压力油经出油阀汇总到出油环型槽内，再由出油通道经凸轮箱壳接口处一个出油口接出；充分利用空间,缩小了体积；

6、采用闭合式油路，利用阀配油，进油环型槽内始终充满液压油，这样保证低速时吸油充分；

7、凸轮驱动利用弧线的角度挤压柱塞作直线运动，驱动效率高，省力；

8、凸轮盘内圆左，右两端设计安装的平面推力滚针轴承，起到平衡推力，同时减少轴的径向摩擦；

9、凸轮盘的工作面采用环形螺旋曲面设计成单位角度内推力周期2为偶数，将单面柱塞设定9个为奇数，工作时分散了各点的作用力节省动力，提高了工作时的稳定性；

10、本发明轴向柱塞液压泵采用双排9个柱塞体的设计，减少了工作时震动实现了柱塞之间的有效结合，省去了回程装置，其结构合理紧凑、运行平稳；

11内置的两台直流电机,使该液压设备成为一体泵,用一个控制器同时控制两台电机同步运转,根据执成设备而异,也可以单独使用一台电机驱动,节约能源；

12、本发明轴向柱塞液压泵采用双排9个柱塞体的设计，减少了工作时震动实现了柱塞之间的有效结合，省去了回程装置，其结构合理紧凑、运行平稳；本发明轴向柱塞液压泵排量80ml，外型尺寸仅为:外径140mm，宽125mm，重量约4kg。带内置动力外径为257mm, 宽139mm, 重量约23kg。

附图说明

图1是本发明的低速轴向柱塞液压泵工作原理图；

图2是本发明的低速轴向柱塞液压泵装配结构示意图；

图3是本发明的低速轴向柱塞液压泵油路原理图；

图4是本发明的低速轴向柱塞液压泵的凸轮传动轴视图；

图5是本发明的低速轴向柱塞液压泵的凸轮箱及出油口示意图；

图6是本发明的低速轴向柱塞液压泵的凸轮箱及进油口示意图；

图7是本发明的低速轴向柱塞液压泵的柱塞缸体主视示意图；

图8是本发明的图7的左视图；

图9是本发明的图8的右视图；

图10是本发明的低速轴向柱塞液压泵的凸轮盘与联体柱塞联接示意图；

图11是本发明的低速轴向柱塞液压泵双向联体柱塞的结构示意图；

图12是图11 的剖视图；

图13是本发明的低速轴向柱塞液压泵配油盘的平面示意图；

图14是本发明配油盘的油路进出原理示意图；

图15是个本发明内置动力的低速轴向柱塞液压泵工作原理图；

图16是本发明的图15的凸轮传动轴和电机的结构示意图；

图17是图16的左视图；

图18是电机定子结构示意图；

图19是图18的平面示意图；

图20是电机转子磁缸结构示意图；

图21是图20的平面示意图；

图22是凸轮传动盘和凸轮的立体结构示意图；

图23是图22的的平面示意图；

图24是图23的俯视图；

图中：101、传动轴； 102凸轮传动盘；103、右轴承 ；104、右油封；105、进油单向阀；106、出油单向阀；107、右侧盖；108、右配油盘；109、右柱塞缸体；110、凸轮箱；111、凸轮；112、双向联体柱塞；113、左柱塞缸体；114、左配油盘；115、左侧盖；116、左轴承；117、左油封；118、左平面推力滚针轴承；119、右平面推力滚针轴承；.120、左电机定子；121、左电机转子磁缸；122、右电机定子；123、右电机转子磁缸；

1121、柱塞；1122、导向滑块；1123、球型端头。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1、图2所示的低速轴向柱塞液压泵，主要由凸轮传动轴101、凸轮箱110、左右柱塞缸体113和112、双向联体柱塞111、左右配油盘114和108及左右侧盖115和107；

凸轮传动轴由传动轴101和双面空间凸轮111组成的整体结构及单向轴承构成单向传动机构，双面空间凸轮111拥有二个左螺旋面和二个右螺旋面(即升程、降程、升程、降程四段曲面构成)，当凸轮传动轴旋转一周，双向联体柱塞112在柱塞缸体113的柱塞缸内实现两个工作循环。

凸轮111的盘面的螺旋曲面是用阿基米德等速螺旋线加工成的四段驱动曲面。

其标准极坐标方程式为：

P= A t+p0

式中：

A—阿基米德螺旋线系数。mm/度，表示每旋转1度时极径的加（或减）量；

t—极角，单位为度，表示阿基米德螺旋线转过的总度数；

p0—当t=0度时的极径，mm。

本泵为例

是一个具有等速阿基米德螺旋线的凸轮，点p1至点p2为第一段阿基米德螺旋线，点p3至点p4为第二段阿基米德螺旋线，点p5至点p6为第三段阿基米德螺旋线,点p7至点p8为第四段阿基米德螺旋线。

由于凸轮盘的工作面采用阿基米德等速螺线加工成驱动曲面的设计，提高了柱塞在各工作行程中的稳定性；凸轮盘的推力角为11度，行程12mm，单位角度内推力周期为2，提高了单位转速内柱塞工作频率。

凸轮的工作面采用环形螺旋曲面设计成单位角度内推力周期2为偶数，将单面柱塞设定9个为奇数，工作时分散了各点的作用力，节省动力，提高了工作时的稳定性。

凸轮箱110内壁加工有均匀分布于圆周上9个轴向导向槽。

柱塞缸体109、113体上均匀分布9个安装柱塞缸的轴向柱塞缸孔，进出油通道及出油环型槽。

双向联体柱塞112是由导向滑块1122将左、右二端的柱塞1121联成整体，导向滑块1122和左、右二端的柱塞1121三间之间构成了一个凹形的空间；柱塞1121底端铆有钢球的球型端头1123，球型端头1123用螺栓固定在凹形空间中的两个柱塞1121顶端上。

双向联体柱塞112 的凹形空间套装在凸轮传动轴102的双面空间凸轮111的外盘上；双向联体柱塞112的柱塞1121套装于凸轮箱110的轴向导向槽内，柱塞1121在轴向导向槽内往复运动，柱塞1121底端的钢球分别套装在双面空间凸轮盘的盘面两侧；所述凸轮箱110两侧依次安装有左右柱塞缸体113和109、左右配油盘114和108和左右侧盖115和107；双向联体柱塞112二端的柱塞1121与左右柱塞缸体113和109的柱塞缸间隙配合安装；凸轮箱110、柱塞缸体113和109、配油盘114和108及侧盖115和107之间为固定连接，凸轮传动轴通过轴承套装在左右配油盘114和108上。

柱塞1121底端为球形端头1123，球形端头柱塞1121是将钢球铆在球窝内，再用螺栓将球窝联接固定在柱塞1121中。

凸轮箱110外壁设有进油口和出油口。

传动轴101上安装有平面推力滚针轴承，两平面推力滚针轴承118、119处于凸轮的盘的两侧和左、右柱塞缸体113和109之间。

轴向柱塞液压泵在工作时，其柱塞底端的球形端头与凸轮盘之间运动转速较快、工作条件要求高，两者之间的接触部往往是薄弱环节，柱塞底面镶有钢球的设计是为了延长其使用寿命。

本发明低速轴向柱塞液压泵的工作原理：

当动力驱动凸轮传动轴转动时，双面空间凸轮盘面顶着钢球使柱塞在柱塞缸内做往复运动。由于双面空间凸轮盘的工作频率为2，则凸轮盘每旋转180°，每组柱塞完成一个工作循环。

套装在凸轮盘上的双向联体柱塞111，当凸轮盘从0°转到90°，一端柱塞处于回程阶段时，柱塞孔容积逐渐增大，因此液压油经配油盘的进油球阀吸入缸内；同时另一柱塞则处于升程阶段，柱塞缸容积逐渐减小，因此柱塞缸内液压油经配油盘的出油球阀压出缸外；当凸轮盘从90°转到180°则反之。因此当凸轮盘旋转一周，柱塞实现两个工作循环。

与凸轮盘相接触的各柱塞处于两工作曲面不同位置，各柱塞分别处于不同的升程和回程状态，如此只要传动轴不断旋转，泵便不断地工作。

轴向柱塞液压泵工作油路：液压油由进油口经进油通道到配油盘上的进油环型槽，通过进油阀105吸入油缸，被柱塞挤压的压力油经出油阀106注入柱塞缸体上的出油环型槽，再经出油通道从出油口排出。

左、右配油盘114、108上均匀分布有9个相同的配油窗口，每个配油窗口由进油单向阀和出油单向阀控制液压油的吸入或排出，进油单向阀和出油单向阀分别与进油环型槽、出油环型槽连通。

凸轮箱110内壁上均匀分布有9个相同的轴向导向槽，肩式导向滑块套装于导向槽内，肩式导向滑块在轴向导向槽内可作往复运动；肩式导向滑块将两端的球形端头柱联为一体，保证了柱塞作同心运动。

凸轮的外盘的两作用面分别用阿基米德等速螺旋线加工成四段驱动曲面。

凸轮固定安装在传动轴上，凸轮箱套装于凸轮外，凸轮箱两侧依次安装有柱塞缸体、配油盘和侧盖，凸轮盘箱、柱塞缸体、配油盘及侧盖之间为采用螺栓固定连接，凸轮传动轴通过轴承套装在左右配油盘上。球形端头柱塞底端的钢珠与凸轮的外盘的曲面之间为滚动式点接触。

参见图15，作为本发明的另外一种变体，其主是是在传动轴101和凸轮111之间设有凸轮传动盘102，凸轮传动盘102沿传动轴101向沿伸至两边侧盖，其中，凸轮传动盘102和凸轮111连为一体；沿两个柱塞缸体113和109径向和在凸轮传动盘102之间分别设有直流电机，凸轮传动盘102和直流电机的转子121和123之间为花键过盈配合连接。

上述凸轮传动盘102和所述直流电机的转子121和123为异型花键连接。

内置的直流电机为内转式电机 ，无刷无齿低速两台独立的低速小功率电机。

利用一个控制器同时控制两台电机同步运转，产生10—30Nm的扭矩驱动凸轮盘旋转工作。双作用力驱动的液压泵，利用一个控制器同时控制两台电机同步运转，根据执行设备而异，也可用一台电机驱动，利用内置动力驱动时,联接外力驱动的油泵轴由于单向轴承的作用而静止不动。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种低速轴向柱塞液压泵，包括凸轮传动轴、凸轮箱、柱塞缸体、双向联体柱塞、配油盘及侧盖，其特征在于，

所述的凸轮传动轴由传动轴和凸轮组成的整体结构，

所述凸轮箱套装于所述凸轮外，所述凸轮箱两侧依次安装有柱塞缸体、配油盘和侧盖，所述凸轮箱、双向联体柱塞、柱塞缸体、配油盘及侧盖之间为固定连接，

所述凸轮传动轴通过轴承套装在左右配油盘上；

所述凸轮传动轴上安装有平面推力滚针轴承，平面推力滚针轴承处于凸轮盘两侧和左右柱塞体之间；

所述双向联体柱塞由导向滑块将左、右二端的柱塞联成一个整体，所述导向滑块和左、右二端的柱塞三间之间构成了一个凹形空间；

所述双向联体柱塞二端的柱塞与左右柱塞缸体的柱塞缸体间隙配合安装；

所述双向联体柱塞的凹形的空间套装在凸轮传动轴的凸轮的外盘上；

所述双向联体柱塞中的导向滑块安装于凸轮箱的轴向导向槽；导向滑块在轴向导向槽内往复运动时联接于两端的柱塞在其缸内将液压油通过进、出油单向阀吸入、排出；

所述凸轮箱设有进油口、出油口和油路通道；

所述的柱塞缸体设有和所述凸轮箱油路通道相通的进、出油通道及出油环型槽；

所述配油盘设有和柱塞缸体适配的进出油通道及进油环型槽、进油单向阀及出油单向阀，所述进油单向阀和出油单向阀控制液压油的吸入和排出。

2.如权利要求1所述的低速轴向柱塞液压泵，其特征在于，所述凸轮为双面空间凸轮盘，空间凸轮盘的盘面由二个左螺旋面和二个右螺旋面组成，四个螺旋面均匀分布在凸轮盘两侧，螺旋面用阿基米德等速螺线加工成左、右四段驱动曲面。

3.如权利要求1或2所述的低速轴向柱塞液压泵，其特征在于，所述的凸轮箱内壁上均匀设置9个相同的轴向导向槽，进出油通道及接口；所述的柱塞缸体上均匀分布9个安装柱塞缸的轴向柱塞缸孔，进、出油通道及出油环型槽，所述的配油盘上均与所述柱塞缸体相适配的进、出油通道及出油环型槽。

4.如权利要求1或2所述的低速轴向柱塞液压泵，其特征在于，所述柱塞底端的钢珠与凸轮的外盘的曲面之间为滚动式点接触。

5.如权利要求1～4任意一种所述的低速轴向柱塞液压泵，其特征在于，在所述传动轴和凸轮之间设有凸轮传动盘，所述凸轮传动盘沿传动轴向沿伸至两边侧盖，沿两个所述柱塞缸体径向和凸轮传动盘之间分别设有直流电机，电机的定子通过花健分别固定安装在柱塞缸体的内孔内， 转子通过花健分别固定安装在凸轮传动盘的两侧，传动轴通过左右两个单向轴承安装在凸轮传动盘内。

6.如权利要求5所述的低速轴向柱塞液压泵，其特征在于，所述直流电机为内转式无刷无齿低速小型小功率电机；其定子外径仅为123mm， 宽度40mm， 功率120w，空载最高转速每分钟300转。

7.如权利要求6所述的低速轴向柱塞液压泵，其特征在于，所述低速轴向柱塞液压泵利用控制器同时控制两台电机同步运转或单机驱动，当利用内置动力驱动时，联接外力驱动的油泵轴由于单向轴承的作用而静止不动。