CN108799035A - 一种同步旋转配流微型柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步旋转配流微型柱塞泵，包括排油端、缸体、回程弹簧、柱塞滑靴组件、壳体、主轴，其特征在于：还包括同步旋转套；排油端、缸体、同步旋转套、壳体和主轴位于同一几何轴线上，同步旋转套在截面径向上位于壳体与缸体的柱塞腔的腔壁之间，主轴与同步旋转套同步旋转，带动柱塞滑靴组件在缸体的柱塞腔内做往复运动，同步旋转套对缸体内的吸油流道、排油流道周期性地开启与关闭。通过结构的优化设计，可实现微型柱塞泵的微型化和高速化，亦可实现微型柱塞泵在高转速、高压力下的同步配流，改善并解决了微型柱塞泵旋转主轴的动不平衡问题和长悬臂问题。

Description

一种同步旋转配流微型柱塞泵

技术领域

本发明属于液压元器件技术领域，涉及一种微型柱塞泵，具体涉及一种同步旋转配流微型柱塞泵。

背景技术

微型柱塞泵是一类专用的特殊液压泵，主要用于石油及页岩气井井下开采设备中，在航空、航天和工业机械臂等对外部环境和体积要求比较苛刻的领域也有应用。由于体积小，输出压力高的独特优势，其已成为具有重要地位的特殊液压元件。

现有微型柱塞泵普遍采用阀配流的配流方式，如图1所示，即泵的进出油口以并列的方式各装有一个单向阀1’，柱塞腔在吸排油阶段分别打开相应油口的单向阀1’，从而完成整个吸排油动作。由于对微型柱塞泵体积要求的限制，要做到微型化，单柱塞泵更符合要求，采用阀配流的微型单柱塞泵主要存在的问题有：

1)配流阀体积限制了柱塞泵的微型化，安装在进出油口的配流阀体积过大，限制了微型柱塞泵外径的进一步缩小，使得微型柱塞泵做到微型化变得困难。

2)配流方式限制了柱塞泵的高速化，目前微型单柱塞泵皆是单向阀配流的形式，单向阀响应存在的滞后性势必导致泵的自吸能力差，尤其在高转速(大于2000r/min)下，单向阀阀芯频率已无法和柱塞往复运动频率同步，因而难以实现正常配流。

3)主轴的斜盘端面尤其在高转速下存在动不平衡的缺陷，对轴承的径向动载荷较大，易磨损寿命短，同时主轴的长悬臂结构在高速转动时不稳定、可靠性差。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种同步旋转配流的微型柱塞泵，通过结构的优化设计，可实现微型柱塞泵的微型化和高速化，亦可实现微型柱塞泵在高转速、高压力下的同步配流，改善并解决了微型柱塞泵旋转主轴的动不平衡问题和长悬臂问题，保证了微型柱塞泵工作的稳定性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种同步旋转配流微型柱塞泵，包括排油端、缸体、回程弹簧、柱塞滑靴组件、壳体、主轴；还包括同步旋转套；所述排油端、所述缸体、所述同步旋转套、所述壳体和所述主轴位于同一几何轴线上，所述同步旋转套在截面径向上位于所述壳体与所述缸体的柱塞腔的腔壁之间，所述主轴与所述同步旋转套同步旋转，带动所述柱塞滑靴组件在所述缸体的柱塞腔内做往复运动，所述同步旋转套对缸体内的吸油流道、排油流道周期性地开启与关闭。

优选地，所述同步旋转套上开有扇形缺口，与所述扇形缺口同一圆周剩余的部分为封堵部分，所述扇形缺口开启所述吸油流道时，所述封堵部分封堵所述排油流道；所述扇形缺口开启所述排油流道时，所述封堵部分封堵所述吸油流道。

优选地，所述缸体、所述壳体和所述同步旋转套之间形成环形公共腔，所述排油端上开有扇形槽，所述壳体上开有吸油孔，所述缸体上开有主流道和侧流道，所述主流道分别与所述缸体的柱塞腔和环形公共腔相通，所述侧流道与所述排油端的扇形槽相通；

所述吸油流道包括所述吸油孔、所述扇形缺口、所述环形公共腔，所述主流道、所述柱塞腔；

所述排油流道包括所述柱塞腔、所述主流道、所述扇形缺口、所述环形公共腔、所述侧流道、所述扇形槽、所述排油端。

优选地，在吸油阶段，所述柱塞滑靴组件在所述回程弹簧的作用下向外回程，所述缸体的柱塞腔内形成负压，同时所述同步旋转套的扇形缺口对应旋转至所述壳体的吸油孔处，而所述侧流道与所述环形公共腔之间被所述同步旋转套的封堵部分所封堵，外部油液从所述吸油孔吸入，经过所述扇形缺口、所述公共腔和所述主流道，进入所述柱塞腔，完成整个吸油动作；

在排油阶段，所述柱塞滑靴组件在所述主轴的斜盘端面作用下向内压缩，所述柱塞腔内压力升高，此时所述同步旋转套的扇形缺口对应旋转至所述侧流道处，将所述环形公共腔与所述侧流道连通，而所述吸油孔被所述同步旋转套的所述封堵部分所封堵，所述柱塞腔内油液从所述主流道进入所述公共腔，再从所述公共腔经过所述侧流道和所述扇形槽，从排油端排出。

优选地，所述主轴的斜盘较厚一侧开有缺口。

优选地，所述主轴的缺口为C型缺口。

优选地，该同步旋转配流微型柱塞泵还包括轴承和支撑环，所述主轴与所述壳体之间通过双排并列的所述轴承固定，双排轴承之间用所述支撑环隔离，所述主轴上还装有弹性挡圈对双排轴承进行限位。

上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、该微型柱塞泵采用同步旋转阀配流的形式，摒弃了安装在柱塞泵进出油口的两只单向阀，使得柱塞泵直径和体积可以进一步缩小，真正做到柱塞泵的微型化。

2、采用同步旋转配流的微型柱塞泵在高转速下也可实现正常配流，在提高了功率密度的同时亦解决了阀配流自吸性差的难题，充分彰显了液压驱动技术的优势。

3、主轴上的“C型缺口”结构，消除了高速旋转时的动不平衡问题，既减小了轴承受到的径向动载荷，亦降低了高速条件下轴承的磨损，同时，轴承双排并列固定的形式，避免了主轴形成长悬臂结构，提高了其转动的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是现有的采用阀配流的微型单柱塞泵的效果图；

图2是本发明的同步旋转配流微型柱塞泵的主视图；

图3是图1中用于吸、排油的流道分布图；

图4是图1中主轴和双排轴承布置示意图；

图5是本发明的整体效果示意图；

图6是图5中隐藏壳体的效果示意图；

图7是本发明另一种整体效果示意图；

图8是图7中隐藏部分构件的效果示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

作为本发明的一种较佳实施方式，如图2-4所示，本发明提供一种同步旋转配流微型柱塞泵，包括排油端1、缸体2、回程弹簧3、柱塞滑靴组件(柱塞4、滑靴6)、壳体9、泛塞封11、主轴12；还包括同步旋转套5。为便于理解，图5-8示出了本发明的多种效果示意图。

所述排油端1、所述缸体2、所述同步旋转套5、所述壳体9和所述主轴12位于同一几何轴线上，所述同步旋转套5在截面径向上位于所述壳体9与所述缸体2的柱塞腔2-3的腔壁之间，排油端1压入缸体2与其过盈配合，缸体2与壳体9通过细牙螺纹连接。所述主轴12与所述同步旋转套5同步旋转，带动所述柱塞滑靴组件在所述缸体2的柱塞腔2-3内做往复运动，所述同步旋转套5对缸体2内的吸油流道、排油流道周期性地开启与关闭。

所述同步旋转套5上开有扇形缺口，与所述扇形缺口同一圆周剩余的部分为封堵部分；所述扇形缺口的角度范围为150°-180°，优选为178°；所述扇形缺口开启所述吸油流道时，所述封堵部分封堵所述排油流道；所述扇形缺口开启所述排油流道时，所述封堵部分封堵所述吸油流道。所述同步旋转套5与所述主轴12过盈配合，以实现二者同步旋转，并与缸体2、壳体9之间留有微小间隙，在保证泄漏量最小的情况下使得同步旋转套能够自由旋转，壳体9和主轴12之间装有泛塞封11，用于主轴旋转时的动密封，回程弹簧3使得滑靴6的底面始终紧贴主轴12的斜盘端面，同时实现柱塞滑靴组件的回程。

如图3所示，所述缸体2、所述壳体9和所述同步旋转套5之间形成环形公共腔2-4，所述排油端1上开有扇形槽1-1，所述壳体9上开有吸油孔9-1，所述缸体2上开有主流道2-1和侧流道2-2，所述主流道2-1分别与所述缸体2的柱塞腔2-3和环形公共腔2-4相通，所述侧流道2-2与所述排油端1的扇形槽1-1相通；所述吸油流道包括所述吸油孔9-1、所述扇形缺口、所述环形公共腔2-4，所述主流道2-1、所述柱塞腔2-3；所述排油流道包括所述柱塞腔2-3、所述主流道2-1、所述扇形缺口、所述环形公共腔2-4、所述侧流道2-2、所述扇形槽1-1、所述排油端1。

所述主轴12在外部电机带动下产生旋转运动，主轴12上的斜盘端面推动柱塞滑靴组件在缸体2的柱塞腔2-3内往复运动。在吸油阶段，所述柱塞滑靴组件在所述回程弹簧3的作用下向外回程，所述缸体2的柱塞腔2-3内形成负压，同时所述同步旋转套5的扇形缺口对应旋转至所述壳体9的吸油孔9-1处，而所述侧流道2-2与所述环形公共腔2-4之间被所述同步旋转套5的封堵部分所封堵，外部油液从所述吸油孔9-1吸入，经过所述扇形缺口、所述公共腔2-4和所述主流道2-1，进入所述柱塞腔2-3，完成整个吸油动作。在排油阶段，所述柱塞滑靴组件在所述主轴12的斜盘端面作用下向内压缩，所述柱塞腔2-3内压力升高，此时所述同步旋转套5的扇形缺口对应旋转至所述侧流道2-2处，将所述环形公共腔2-4与所述侧流道2-2连通，而所述吸油孔9-1被所述同步旋转套5的所述封堵部分所封堵，所述柱塞腔2-3内油液从所述主流道2-1进入所述公共腔2-4，再从所述公共腔2-4经过所述侧流道2-2和所述扇形槽1-1，从排油端1排出。

本发明的微型柱塞泵解决了阀配流柱塞泵自吸能力差的问题，特别是转速达到12000r/min时依然能够实现正常配流，同时，用同步旋转配流的方式代替传统的阀配流，消除了配流单向阀直径、体积对柱塞泵微型化的限制，真正实现了柱塞泵的高速化和微型化。

如图4所示，所述主轴12的斜盘较厚一侧开有缺口12-1。优选地，所述主轴12的缺口12-1为C型缺口。该同步旋转配流微型柱塞泵还包括轴承7和支撑环8，所述主轴12与所述壳体9之间通过双排并列的所述轴承7固定，双排轴承之间用所述支撑环8隔离，所述主轴12上还装有弹性挡圈10对双排轴承进行限位。这样的结构和固定方式有利于消除主轴高速旋转时产生的不平衡量，减小双排轴承受到的径向动载荷，并避免主轴形成长悬臂结构，增加了其转动的稳定性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种同步旋转配流微型柱塞泵，包括排油端(1)、缸体(2)、回程弹簧(3)、柱塞滑靴组件、壳体(9)、主轴(12)，其特征在于：还包括同步旋转套(5)；所述排油端(1)、所述缸体(2)、所述同步旋转套(5)、所述壳体(9)和所述主轴(12)位于同一几何轴线上，所述同步旋转套(5)在截面径向上位于所述壳体(9)与所述缸体(2)的柱塞腔(2-3)的腔壁之间，所述主轴(12)与所述同步旋转套(5)同步旋转，带动所述柱塞滑靴组件在所述缸体(2)的柱塞腔(2-3)内做往复运动，所述同步旋转套(5)对缸体(2)内的吸油流道、排油流道周期性地开启与关闭。

2.如权利要求1所述的同步旋转配流微型柱塞泵，其特征在于：所述同步旋转套(5)上开有扇形缺口，与所述扇形缺口同一圆周剩余的部分为封堵部分，所述扇形缺口开启所述吸油流道时，所述封堵部分封堵所述排油流道；所述扇形缺口开启所述排油流道时，所述封堵部分封堵所述吸油流道。

3.根据权利要求2所述的同步旋转配流微型柱塞泵，其特征在于：所述缸体(2)、所述壳体(9)和所述同步旋转套(5)之间形成环形公共腔(2-4)，所述排油端(1)上开有扇形槽(1-1)，所述壳体(9)上开有吸油孔(9-1)，所述缸体(2)上开有主流道(2-1)和侧流道(2-2)，所述主流道(2-1)分别与所述缸体(2)的柱塞腔(2-3)和环形公共腔(2-4)相通，所述侧流道(2-2)与所述排油端(1)的扇形槽(1-1)相通；

所述吸油流道包括所述吸油孔(9-1)、所述扇形缺口、所述环形公共腔(2-4)，所述主流道(2-1)、所述柱塞腔(2-3)；

所述排油流道包括所述柱塞腔(2-3)、所述主流道(2-1)、所述扇形缺口、所述环形公共腔(2-4)、所述侧流道(2-2)、所述扇形槽(1-1)、所述排油端(1)。

4.如权利要求3所述的同步旋转配流微型柱塞泵，其特征在于：在吸油阶段，所述柱塞滑靴组件在所述回程弹簧(3)的作用下向外回程，所述缸体(2)的柱塞腔(2-3)内形成负压，同时所述同步旋转套(5)的扇形缺口对应旋转至所述壳体(9)的吸油孔(9-1)处，而所述侧流道(2-2)与所述环形公共腔(2-4)之间被所述同步旋转套(5)的封堵部分所封堵，外部油液从所述吸油孔(9-1)吸入，经过所述扇形缺口、所述公共腔(2-4)和所述主流道(2-1)，进入所述柱塞腔(2-3)，完成整个吸油动作；

在排油阶段，所述柱塞滑靴组件在所述主轴(12)的斜盘端面作用下向内压缩，所述柱塞腔(2-3)内压力升高，此时所述同步旋转套(5)的扇形缺口对应旋转至所述侧流道(2-2)处，将所述环形公共腔(2-4)与所述侧流道(2-2)连通，而所述吸油孔(9-1)被所述同步旋转套(5)的所述封堵部分所封堵，所述柱塞腔(2-3)内油液从所述主流道(2-1)进入所述公共腔(2-4)，再从所述公共腔(2-4)经过所述侧流道(2-2)和所述扇形槽(1-1)，从排油端1排出。

5.如权利要求1-4任一项所述的同步旋转配流微型柱塞泵，其特征在于：所述主轴(12)的斜盘较厚一侧开有缺口(12-1)。

6.如权利要求5任一项所述的同步旋转配流微型柱塞泵，其特征在于：所述主轴(12)的缺口(12-1)为C型缺口。

7.如权利要求1-4、6任一项所述的同步旋转配流微型柱塞泵，其特征在于：该同步旋转配流微型柱塞泵还包括轴承(7)和支撑环(8)，所述主轴(12)与所述壳体(9)之间通过双排并列的所述轴承(7)固定，双排轴承之间用所述支撑环(8)隔离，所述主轴(12)上还装有弹性挡圈(10)对双排轴承进行限位。

8.如权利要求5所述的同步旋转配流微型柱塞泵，其特征在于：该同步旋转配流微型柱塞泵还包括轴承(7)和支撑环(8)，所述主轴(12)与所述壳体(9)之间通过双排并列的所述轴承(7)固定，双排轴承之间用所述支撑环(8)隔离，所述主轴(12)上还装有弹性挡圈(10)对双排轴承进行限位。