CN108691736A - 一种无脉动大行程隔离柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于柱塞泵技术领域，公开了一种无脉动大行程隔离柱塞泵，用于解决现有柱塞泵由于采用曲柄连杆机构导致的大排量、大行程柱塞泵实现非常困难以及脉动大的问题。本发明包括具有多个柱塞泵缸体，每一个柱塞泵缸体均配设有柱塞，两个相邻的柱塞采用一套齿轮齿条机构带动分别在柱塞泵缸体内滑动，所述齿轮齿条机构包括安装在一柱塞上的齿轮箱，齿轮箱内部的两个相对的侧壁上分别设置有第一齿条，齿轮箱的内部安装有由外部的驱动装置带动旋转的扇形齿轮，扇形齿轮与齿轮箱内部的两条第一齿条相互啮合，齿轮箱的外壁上设置有第二齿条；相邻的另一柱塞上设置有第三齿条，第二齿条与第三齿条之间通过中间传动齿轮相互配合。

Description

一种无脉动大行程隔离柱塞泵

技术领域

本发明属于柱塞泵技术领域，具体涉及一种无脉动大行程隔离柱塞泵。

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，使密封工作容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效果高和流量调节方便等优点。因此，柱塞泵广泛应用于高压、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。

柱塞泵是容易效率最高的泵，但受制于形成取决于曲柄连杆机构，柱塞泵行程受限，从而使得大排量、大行程柱塞泵实现非常困难；并且柱塞泵运动过程中柱塞与缸套之间承受曲柄连杆机构传递过来的周期性侧向压力，因此柱塞与缸套之间需要有良好的润滑；由于曲柄连杆机构固有特性，在曲柄匀速输入时连杆在缸轴线方向位移输出-即排量，呈正弦波变化，因此输出脉动大；同时为了减小泵送流体通过柱塞与缸套之间缝隙的内泄，往往采用活塞环、格莱圈等形式的接触式环形密封，这些密封大大增加了摩擦力和磨损。

发明内容

本发明为了解决现有柱塞泵由于采用曲柄连杆机构导致的大排量、大行程柱塞泵实现非常困难以及脉动大的问题，而提供一种无脉动大行程隔离柱塞泵，在保留了柱塞泵本身自由的优点之外，能够实现大行程、大排量柱塞泵的生产和制造；同时使得柱塞能够实现线性运动，解决了排量脉动及压力脉动的问题，并且消除了柱塞对缸套的侧向力加上采用无接触式密封，解决了柱塞与缸套之间的润滑、散热及接触和滑动磨损问题。

为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种无脉动大行程隔离柱塞泵，包括具有多个柱塞泵缸体，每一个柱塞泵缸体均配设有柱塞，其特征在于，两个相邻的柱塞采用一套齿轮齿条机构带动分别在柱塞泵缸体内滑动，所述齿轮齿条机构包括安装在一柱塞上的齿轮箱，齿轮箱内部的两个相对的侧壁上分别设置有第一齿条，齿轮箱的内部安装有由外部的驱动装置带动旋转的扇形齿轮，扇形齿轮与齿轮箱内部的两条第一齿条相互啮合，齿轮箱的外壁上设置有第二齿条；相邻的另一柱塞上设置有第三齿条，第二齿条与第三齿条之间通过中间传动齿轮相互配合。

优选的，每一个柱塞的上端配设有直线导向轴承，通过直线导向轴承对柱塞进行导向作用，保证柱塞在柱塞泵缸体内进行直线运动。

优选的，所述第一齿条的上下两端均设置有柔性齿，所述柔性齿开设有刚度调节槽和与刚度调节槽相互连通的刚度调节孔。

优选的，每一个柱塞的下端均安装有阻尼蓄能装置，所述阻尼蓄能装置包括开设在柱塞内的蓄能腔，蓄能腔的内部设置有弹性蓄能器，柱塞上开设有与蓄能腔连通的射流通道，蓄能腔的下部柱塞上安装有用于将蓄能腔吸收的液体排出到柱塞泵缸体内的单向溢流阀。

所述柱塞的外壁与柱塞泵缸体之间具有与射流通道连通的间隙(即阻尼环缝)，靠近柱塞泵缸体内壁侧的射流通道内安装有分离隔板，分离隔板将射流通道、柱塞和柱塞泵缸体之间的间隙分割成进液射流通道和排液射流通道，靠近柱塞泵缸体侧的射流通道的外围的柱塞上开设有凹槽。

所述柱塞的外壁与柱塞泵缸体之间具有与射流通道连通的间隙，射流通道的内径沿着从蓄能腔至柱塞外壁的方向逐渐增大，柱塞上开设有用于将柱塞泵缸体内的液体输入到射流通道内的进液通道。

柱塞泵缸体的上段开设有溢流孔。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的无脉动大行程隔离柱塞泵，柱塞通过齿轮齿条机构带动在柱塞泵缸体内运动，通过外部的驱动装置带动齿条的均匀直线运动，从而保证输出排量是线性无脉动的，解决了现有技术中采用曲柄连杆机构带动柱塞运动而存在的排量脉动及压力脉动的问题。同时齿轮齿条的结构设计使得相对于曲柄连杆机构式柱塞泵行程不再受到限制，便于制造出大行程、大排量柱塞泵。

本发明的齿轮齿条机构在使用过程中，通过第一齿条、第二齿条和第三齿条的结构设计，使得本发明能够保证相邻的两个柱塞分别处于不同的工作状态(一个柱塞压缩，一个复位)，使得相邻的两个柱塞泵缸体分别处于压程和吸程的工作状态，相比于现有技术，能够保证柱塞泵运行的平稳，能够提供最高的传动效率率；同时相比于现有技术采用复杂的曲柄轴(或者多套曲柄连杆机构)的方式，降低了结构的复杂程度和制造成本。

同时本发明由于采用齿轮齿条机构，消除了曲柄连杆机构带来的侧向力，从而使得柱塞摩擦阻力大幅下降，从而提高柱塞泵效率；并且由于摩擦阻力的减小，无需配套设置冷却系统，从而进一步简化柱塞泵的整体结构。

本发明的通过柔性齿的设计，齿轮箱一侧的第一齿条还没有脱离与扇形齿轮啮合时，另一侧齿条已进入啮合，以确保换向时齿条能够正确啮合，两侧齿条同时啮合区间为啮合重叠区。由于重叠区总有一侧齿条啮合处于制动状态，另一侧处于驱动状态，通过柔性齿的设计，利用柱塞惯性运动顺利通过死点，这样就保证了换向时扇形齿轮与第一齿条的啮合状态。解决了现有技术中齿轮齿条机构存在着换向时死点的技术难题，保障了柱塞泵的平稳运行，进一步消除脉动的情况。

本发明的阻尼蓄能装置，使得柱塞与柱塞泵缸体之间实现无密封体的密封结构，高压流体通过柱塞与柱塞泵缸体之间的间隙节流之后，又压缩被压区的蓄能器吸收通过间隙的流量，从而使得较短的柱塞与柱塞泵缸体之间间隙能够产生大压差，进而形成高压密封。由于采用无接触式的密封；在蓄能器压力高于缸内压力时，打开单向溢流阀将部分液体排出，蓄能器恢复蓄能能力，这样就形成一个完整的工作循环。相比现有技术的接触式密封(如活塞环、格莱圈等形式的接触式环形密封)，不仅大大降低了摩擦，同时能够支持更高的活塞运动速度和更长的运行寿命，并且减少了密封体造成的摩擦损失，提高了系统的运行效率。

本发明的射流通道、分离隔板和凹槽的设计使得能够形成一个动静压液膜承载区，既能够实现对柱塞的支撑，同时也保证了产生高压形成无接触式密封，消除现有技术中接触密封带来的摩擦。

本发明的射流通道的内径的结构变化，以及进液通道的结构设计，同样能够实现对柱塞的支撑和密封，同时还能够形成静压支撑能够自动摆正柱塞的位置，从而防止柱塞在高速运动的过程中出现与柱塞泵缸体的接触，进而减小摩擦和磨损。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的阻尼蓄能装置的结构示意图；

图3为图1中A出的局部放大图示意图；

图4为本发明的射流通道的另一实施例的结构示意图；

图5为本发明的柔性齿的结构示意图；

图6为本发明的扇形齿轮与驱动装置的连接示意图；

图中标记：1、柱塞泵缸体，2、柱塞，3、齿轮箱，31、第一齿条，32、扇形齿轮，33、第二齿条，34、中间传动齿轮，35、第三齿条，36、力平衡轮，37、柔性齿，38、直线导向轴承，39、刚度调节槽，310、刚度调节孔，311、驱动装置，312、飞轮，4、阻尼蓄能装置，41、蓄能腔，42、弹性蓄能器，43、单向溢流阀，44、射流通道，45、分离隔板，46、进液射流通道，47、排液射流通道，48、凹槽，49、动静压液膜承载区，410、进液通道，5、溢流孔，6、防尘气封。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。

结合附图1—6，本发明的无脉动大行程隔离柱塞泵，包括具有多个柱塞泵缸体1，每一个柱塞泵缸体1均配设有柱塞2，，两个相邻的柱塞2采用一套齿轮齿条机构带动分别在柱塞泵缸体1内滑动，所述齿轮齿条机构包括安装在一柱塞上的齿轮箱3，齿轮箱3内部的两个相对的侧壁上分别设置有第一齿条31，齿轮箱3的内部安装有由外部的驱动装置311带动旋转的扇形齿轮32，其中驱动装置属于现有技术产品，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述，驱动装置311的输出端连接有飞轮312，飞轮312带动扇形齿轮32转动，作为本发明一种优选的方式，扇形齿轮32配设有止推轴承，通过止推轴承来平衡扇形齿轮32产生的相对柱塞2轴线的偏心力，进而消除侧向力；扇形齿轮32与齿轮箱3内部的两条第一齿条31相互啮合，齿轮箱3的外壁上设置有第二齿条33；相邻的另一柱塞2上设置有第三齿条35，第二齿条33与第三齿条35之间通过中间传动齿轮34相互配合，即是说中间传动齿轮34的两侧分别与第二齿条33和第三齿条35相互啮合，作为本发明一种优选的方式，设置有第三齿条35的柱塞2配设有力平衡轮36，即是说力平衡轮36和第三齿条35分别位于柱塞2的两侧，通过力平衡轮36带进一步保证柱塞的受力平衡。

本发明的无脉动大行程隔离柱塞泵，柱塞通过齿轮齿条机构带动在柱塞泵缸体内运动，通过外部的驱动装置带动齿条的均匀直线运动，从而保证输出排量是线性无脉动的，解决了现有技术中采用曲柄连杆机构带动柱塞运动而存在的排量脉动及压力脉动的问题。同时齿轮齿条的结构设计使得相对于曲柄连杆机构式柱塞泵行程不再受到限制，便于制造出大行程、大排量柱塞泵。

本发明的齿轮齿条机构在使用过程中，通过第一齿条、第二齿条和第三齿条的结构设计，使得本发明能够保证相邻的两个柱塞分别处于不同的工作状态(一个柱塞压缩，一个复位)，使得相邻的两个柱塞泵缸体分别处于压程和吸程的工作状态，相比于现有技术，能够保证柱塞泵运行的平稳，能够提供最高的传动效率率；同时相比于现有技术采用复杂的曲柄轴(或者多套曲柄连杆机构)的方式，降低了结构的复杂程度和制造成本。

同时本发明由于采用齿轮齿条机构，消除了曲柄连杆机构带来的侧向力，从而使得柱塞摩擦阻力大幅下降，从而提高柱塞泵效率；并且由于摩擦阻力的减小，无需配套设置冷却系统，从而进一步简化柱塞泵的整体结构。

优选的，每一个柱塞2的上端配设有直线导向轴承38，通过直线导向轴承38对柱塞2进行导向作用，保证柱塞在柱塞泵缸体内进行直线运动。

优选的，所述第一齿条31的上下两端均设置有柔性齿37，所述柔性齿37开设有刚度调节槽39和与刚度调节槽39相互连通的刚度调节孔310。本发明的通过柔性齿37的设计，齿轮箱一侧的第一齿条还没有脱离与扇形齿轮啮合时，另一侧齿条已进入啮合，以确保换向时齿条能够正确啮合，两侧齿条同时啮合区间为啮合重叠区。由于重叠区总有一侧齿条啮合处于制动状态，另一侧处于驱动状态，通过柔性齿的设计，利用柱塞惯性运动顺利通过死点，这样就保证了换向时扇形齿轮与第一齿条的啮合状态。解决了现有技术中齿轮齿条机构存在着换向时死点的技术难题，保障了柱塞泵的平稳运行，进一步消除脉动的情况。

结合附图2，每一个柱塞2的下端均安装有阻尼蓄能装置4，所述阻尼蓄能装置4包括开设在柱塞2内的蓄能腔41，蓄能腔41的内部设置有弹性蓄能器42，柱塞2上开设有与蓄能腔41连通的射流通道44，蓄能腔41的下部柱塞2上安装有用于将蓄能腔41吸收的液体排出到柱塞泵缸体1内的单向溢流阀13，其中弹性蓄能器和单向溢流阀属于现有技术产品，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。

结合附图3，所述柱塞2的外壁与柱塞泵缸体1之间具有与射流通道44连通的间隙(即阻尼环缝)，靠近柱塞泵缸体1内壁侧的射流通道44内安装有分离隔板45，分离隔板45将射流通道44、柱塞2和柱塞泵缸体1之间的间隙分割成进液射流通道46和排液射流通道47，靠近柱塞泵缸体1侧的射流通道44的外围的柱塞2上开设有凹槽48，本发明的射流通道、分离隔板和凹槽的设计使得能够形成一个动静压液膜承载区49，既能够实现对柱塞的支撑，同时也保证了产生高压形成无接触式密封，消除现有技术中接触密封带来的摩擦。

结合附图4，所述柱,2的外壁与柱塞泵缸体1之间具有与射流通道连通的间隙，射流通道44的内径沿着从蓄能腔41至柱塞2外壁的方向逐渐增大，柱塞2上开设有用于将柱塞泵缸体1内的液体输入到射流通道44内的进液通道410，本发明的射流通道的内径的结构变化，以及进液通道的结构设计，同样能够实现对柱塞的支撑和密封，同时还能够形成静压支撑能够自动摆正柱塞的位置，从而防止柱塞在高速运动的过程中出现与柱塞泵缸体的接触，进而进一步减小摩擦和磨损。

作为本发明一种优选的方式，柱塞泵缸体1的上段开设有溢流孔5，通过溢流孔5将液体进行回流。

作为本发明一种优选的方式，柱塞泵缸体1的上端设置有与柱塞2相互使得防尘气封6，通过防尘气封6来实现柱塞与柱塞泵缸体1之间的密封作用。

Claims (6)

1.一种无脉动大行程隔离柱塞泵，包括具有多个柱塞泵缸体(1)，每一个柱塞泵缸体均配设有柱塞(2)，其特征在于，两个相邻的柱塞采用一套齿轮齿条机构带动分别在柱塞泵缸体内滑动，所述齿轮齿条机构包括安装在一柱塞上的齿轮箱(3)，齿轮箱内部的两个相对的侧壁上分别设置有第一齿条(31)，齿轮箱的内部安装有由外部的驱动装置带动旋转的扇形齿轮(32)，扇形齿轮(32)与齿轮箱内部的两条第一齿条相互啮合，齿轮箱的外壁上设置有第二齿条(33)；相邻的另一柱塞上设置有第三齿条(35)，第二齿条与第三齿条之间通过中间传动齿轮(34)相互配合。

2.根据权利要求1所述的无脉动大行程隔离柱塞泵，其特征在于，每一个柱塞的上端配设有直线导向轴承(38)。

3.根据权利要求1所述的无脉动大行程隔离柱塞泵，其特征在于，所述第一齿条的上下两端均设置有柔性齿(37)，所述柔性齿开设有刚度调节槽(39)和与刚度调节槽相互连通的刚度调节孔(310)。

4.根据权利要求1所述的无脉动大行程隔离柱塞泵，其特征在于，每一个柱塞(2)的下端均安装有阻尼蓄能装置(4)，所述阻尼蓄能装置包括开设在柱塞内的蓄能腔(41)，蓄能腔的内部设置有弹性蓄能器(42)，柱塞(2)上开设有与蓄能腔连通的射流通道(44)，蓄能腔的下部柱塞上安装有用于将蓄能腔吸收的液体排出到柱塞泵缸体内的单向溢流阀(43)。

5.根据权利要求4所述的无脉动大行程隔离柱塞泵，其特征在于，所述柱塞(2)的外壁与柱塞泵缸体(1)之间具有与射流通道连通的间隙，靠近柱塞泵缸体(1)内壁侧的射流通道(44)内安装有分离隔板(45)，分离隔板(45)将射流通道、柱塞和柱塞泵缸体之间的间隙分割成进液射流通道(46)和排液射流通道(47)，靠近柱塞泵缸体(1)侧的射流通道(44)的外围的柱塞上开设有凹槽(48)。

6.根据权利要求4所述的无脉动大行程隔离柱塞泵，其特征在于，所述柱塞的外壁与柱塞泵缸体之间具有与射流通道连通的间隙，射流通道(44)的内径沿着从蓄能腔至柱塞外壁的方向逐渐增大，柱塞(2)上开设有用于将柱塞泵缸体内的液体输入到射流通道(44)内的进液通道(410)。