CN109973385A - 一种磁力补偿浮动侧板间隙的齿轮泵 - Google Patents

Abstract

一种磁力补偿浮动侧板间隙的齿轮泵，在后浮动侧板（7）、前浮动侧板（9）外端面分别安装圆环形永磁铁（6a、6b）、（11a、11b），在齿轮泵后泵盖（4）、前泵盖（16）外侧相对应的位置处对称安装圆弧形电磁铁（1a、1b）、（14a、14b），在齿轮泵后泵盖（4）、前泵盖（16）与侧板外端面接触处分别开设环形槽，对应安装压电晶体压力传感器（5a、5b）、（12a、12b），压电晶体压力传感器（5a、12a）、（5b、12b）的信号输出端与调节控制单元（3a）、（3b）连接，调节控制单元（3a）、（3b）的输出端分别与功率放大器（2a、2b）、（21a、21b）连接，功率放大器（2a）、（2b）、（21b）、（21a）的输出端分别与圆弧形电磁铁（1a）、（1b）、（14a）、（14b）连接。

Description

一种磁力补偿浮动侧板间隙的齿轮泵

技术领域

本发明涉及齿轮泵侧板端面密封技术，属于外啮合齿轮泵结构改进。

背景技术

外啮合齿轮泵作为动力元件被广泛用于农业机械、工程机械等行业中，而长期以来中高压大排量齿轮泵多采用浮动侧板式轴向间隙自动补偿技术，侧板可在壳体内做轴向浮动，齿轮泵工作时，侧板内端面压油腔的高压油由过油孔引至侧板外端面，作用在由耳型密封圈与补偿力凹槽形成的封闭油腔内，产生补偿力 Fb，齿轮工作腔油液作用在侧板内端面形成反推力 Ff．两者的合力将侧板压向齿轮端面，保证在各种工作压力下，侧板能够自动压紧在齿轮端面。

但由于齿轮泵侧板在多工况条件存在局部压力突变过大导致侧板磨损严重，侧板与齿轮端面间隙增大，齿轮泵容积效率下降等问题，使齿轮泵侧板使用寿命严重缩短。特别当齿轮泵在高温、高压、高转速下工作时，浮动侧板外端面的密封圈易产生变形，使补偿力达不到预期且补偿速度较慢，造成端面密封失效。为了适应齿轮泵高压化发展需要，必须从结构原理上对现有齿轮泵浮动侧板外端面与前（后）泵盖间的间隙进行控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁力补偿浮动侧板间隙的齿轮泵。

本发明是一种磁力补偿浮动侧板间隙的齿轮泵，侧板内端面为耳形高压油槽及卸荷槽，紧贴齿轮端面；外端面为耳形密封圈槽与环形永久磁铁槽，紧贴与齿轮泵后泵盖4、前泵盖16。在后泵盖4外端面安装第一圆环形永磁铁6a、第二圆环形永磁铁6b，在前泵盖16外端面安装第三圆环形永磁铁11a、第四圆环形永磁铁11b，在齿轮泵后泵盖4外侧相对应的位置处对称安装第一圆弧形电磁铁1a、第二圆弧形电磁铁1b，在齿轮泵前泵盖16外侧相对应的位置处对称安装第三圆弧形电磁铁14a、第四圆弧形电磁铁14b，在齿轮泵后泵盖4与侧板外端面接触的地方开设一个环形槽，安装第一压电晶体压力传感器5a、第二压电晶体压力传感器5b，在齿轮泵前泵盖16与侧板外端面接触的地方开设一个环形槽，安装第三压电晶体压力传感器12a、第四压电晶体压力传感器12b，第一压电晶体压力传感器5a、第三压电晶体压力传感器12a的信号输出端与第一调节控制单元3a连接，第二压电晶体压力传感器5b、第四压电晶体压力传感器12b的信号输出端与第二调节控制单元3b连接，调节控制单元3a的输出端与第一功率放大器2a、第二功率放大器2b 连接，调节控制单元3b的输出端与第三功率放大器21a、第四功率放大器21b 连接，第一功率放大器 2a的输出端与第一圆弧形电磁铁1a连接，第二功率放大器2b的输出端与第二圆弧形电磁铁1b，连接，第三功率放大器21b的输出端与第三圆弧形电磁铁14a连接，第四功率放大器21a的输出端与第四圆弧形电磁铁14b连接。

本发明利用闭环可控的电磁力，有效控制泵的侧板外端面与前泵盖、后泵盖之间的不可控的补偿力，实现泵的侧板外端面与前泵盖、后泵盖之间最佳补偿力的主动闭环控制，使得浮动侧板处于最佳位置状态，提高齿轮泵，特别是高温高压高转速齿轮泵的补偿速度与容积效率，避免了齿轮泵端面密封失效现象的发生，改善浮动侧板外端面高压油对密封圈造成的变形，有利于延长浮动侧板、齿轮泵的使用寿命；同时浮动侧板不必再设置过油孔，结构更简单。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，附图标记及对应名称为：第一圆弧形电磁铁1a、第二圆弧形电磁铁1b，第一功率放大器2a、第二功率放大器2b，第一调节控制单元3a、第二调节控制单元3b，后泵盖4，第一压电晶体压力传感器5a、第二压电晶体压力传感器5b，第一圆环形永磁铁6a、第二圆环形永磁铁6b，后浮动侧板7，主动齿轮8，前浮动侧板9，后侧板密封圈10，第三圆环形永磁铁11a、第四圆环形永磁铁11b，第三压电晶体压力传感器12a、第四压电晶体压力传感器12b，齿轮主动轴13，第三圆弧形电磁铁14a、第四圆弧形电磁铁14b，平键15，前泵盖16，齿轮主动轴17，主动齿轮18，前侧板密封圈19，垫片20，第三功率放大器21b、第四功率放大器21a。图2是图1的B处局部放大图，附图标记及对应名称为：压电晶体压力传感器5a，圆环形永磁铁6a，前侧板密封圈19。图3是安装有永磁铁的侧板的结构示意图，附图标记及对应名称为：第一圆环形永磁铁6a、第二圆环形永磁铁6b，前侧板密封圈19。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细阐述，使本发明的优点更易于被同行业技术人员理解。

如图1所示，本发明是一种磁力补偿浮动侧板间隙的齿轮泵，侧板内端面为耳形高压油槽及卸荷槽，紧贴齿轮端面；外端面为耳形密封圈槽与环形永久磁铁槽，紧贴在齿轮泵后泵盖4、前泵盖16的内端面。在后泵盖4外端面安装第一圆环形永磁铁6a、第二圆环形永磁铁6b，在前泵盖16外端面安装第三圆环形永磁铁11a、第四圆环形永磁铁11b，在齿轮泵后泵盖4外侧相对应的位置处对称安装第一圆弧形电磁铁1a、第二圆弧形电磁铁1b，在齿轮泵前泵盖16外侧相对应的位置处对称安装第三圆弧形电磁铁14a、第四圆弧形电磁铁14b，在齿轮泵后泵盖4与侧板外端面接触的地方开设一个环形槽，安装第一压电晶体压力传感器5a、第二压电晶体压力传感器5b，在齿轮泵前泵盖16与侧板外端面接触的地方开设一个环形槽，安装第三压电晶体压力传感器12a、第四压电晶体压力传感器12b，第一压电晶体压力传感器5a、第三压电晶体压力传感器12a的信号输出端与第一调节控制单元3a连接，第二压电晶体压力传感器5b、第四压电晶体压力传感器12b的信号输出端与第二调节控制单元3b连接，调节控制单元3a的输出端与第一功率放大器2a、第二功率放大器2b 连接，调节控制单元3b的输出端与第三功率放大器21a、第四功率放大器21b 连接，第一功率放大器 2a的输出端与第一圆弧形电磁铁1a连接，第二功率放大器2b的输出端与第二圆弧形电磁铁1b，连接，第三功率放大器 21b的输出端与第三圆弧形电磁铁14a连接，第四功率放大器21a的输出端与第四圆弧形电磁铁14b连接。

本发明使齿轮泵浮动侧板外端面与前（后）泵盖间的间隙保持最佳状态，使齿轮泵浮动侧板补偿力 Fb与反推力Ff保持一个动态平衡，既避免补偿力Fb过大，造成端面间隙过大、容积效率下降；又避免反推力Ff过大，造成浮动侧板间隙过小产生磨损，提供一种结构简单、补偿快速、闭环可控、使用寿命长的磁力补偿式齿轮泵。

如图1、图2所示，第一圆环形永磁铁 6a与第一圆弧形电磁铁 1a的极性相同；第二圆环形永磁铁 6b与第二圆弧形电磁铁 1b的极性相同；第三圆环形永磁铁11a与第三圆弧形电磁铁14a的极性相同；第四圆环形永磁铁11b与第四圆弧形电磁铁 14b的极性相同。

第一圆弧形电磁铁 1a、第二圆弧形电磁铁1b通过过盈配合安装在齿轮泵后泵盖4外侧端面上；第三圆弧形电磁铁 14a、第四圆弧形电磁铁14b通过过盈配合安装在齿轮泵前泵盖16外侧端面上。

如图2所示，第一圆环形永磁铁 6a、第二圆环形永磁铁6b通过过盈配合安装在后浮动侧板7外端面的永磁铁槽内；第三圆环形永磁铁11a、第四圆环形永磁铁11b通过过盈配合安装在前浮动侧板9外端面的永磁铁槽内。

第一调节控制单元 3a、第二调节控制单元 3b和第一功率放大器 2a、第二功率放大器2b；第三功率放大器21b、第四功率放大器21a安装在齿轮泵泵盖4外侧端面上或端面外。

如图3所示，第一压电晶体压力传感器5a、第二压电晶体压力传感器5b安装在齿轮泵后泵盖4内侧环形槽内；第三压电晶体压力传感器12a、第四压电晶体压力传感器12b安装在齿轮泵前泵盖16内侧环形槽内。

第一压电晶体压力传感器5a、第三压电晶体压力传感器12a的信号电缆通过齿轮泵后泵盖4、前泵盖16上的小孔与第一调节控制单元3a连接, 第一调节控制单元3a与第一功率放大器 2a、第二功率放大器 2b连接；第二压电晶体压力传感器5b、第四压电晶体压力传感器12b的信号电缆通过齿轮泵后泵盖4、前泵盖16上的小孔与第二调节控制单元3b连接,第二调节控制单元3b与第三功率放大器 21b、第四功率放大器 21a连接，孔出口处进行电缆密封。

第一调节控制单元3a、第二调节控制单元3b可由微控制器，或模拟电路构成；第一调节控制单元 3a对第一压电晶体压力传感器 5a第三压电晶体压力传感器 12a反馈来的压力信号进行滤波、放大和线性化，再与设定值相比较得出偏差，通过控制策略对偏差进行运算，进而产生控制信号控制第一圆弧形电磁铁1a、第二圆弧形电磁铁1b的电流，实现泵的后浮动侧板7外端面与后泵盖4之间最佳补偿力的主动闭环控制；第二调节控制单元 3b对第二压电晶体压力传感器 5b、第四压电晶体压力传感器 12b反馈来的压力信号进行滤波、放大和线性化，再与设定值相比较得出偏差，通过控制策略对偏差进行运算，进而产生控制信号控制第三圆弧形电磁铁14a、第四圆弧形电磁铁14b的电流，实现泵的前浮动侧板9外端面与前泵盖16之间最佳补偿力的主动闭环控制。

本发明的工作过程如下：浮动侧板在工作中受到的力包括：不同齿槽内工作油液在侧板内端面上产生的作用力、齿轮端面与侧板内端面间的油膜挤压力、困油压力在侧板内端面产生的作用力，侧板外侧补偿面上密封圈产生的弹力，第一圆环形永磁铁6a、第二圆环形永磁铁6b与第一圆弧形电磁铁1a、第二弧形电磁铁1b之间的磁斥力和第三圆环形永磁铁11a、第四圆环形永磁铁11b与第三圆弧形电磁铁14a、第四圆弧形电磁铁14b之间的磁斥力。上述诸力中除了永磁铁与电磁铁之间的磁斥力可控外，其它力均不可控。安装在前泵盖内的第一压电晶体压力传感器 5a、第二压电晶体压力传感器5b感受前侧板外端面与前泵盖内侧间的压力；安装在后泵盖内的第三压电晶体压力传感器 12a、第四压电晶体压力传感器12b感受后侧板外端面与后泵盖内侧间的压力，第一压电晶体压力传感器 5a与第三压电晶体压力传感器 12a的压力信号通过信号电缆送给第一调节控制单元 3a；第二压电晶体压力传感器 5b与第四压电晶体压力传感器 12b的压力信号通过信号电缆送给第二调节控制单元 3b，第一调节控制单元 3a、第二调节控制单元3b据此计算出后浮动侧板7外端面与后泵盖4、前浮动侧板9外端面与前泵盖16之间的间隙变化情况，判断是否发生摩擦，同时将压力信号与最佳设定值比较产生偏差，通过控制算法产生控制量，由第一功率放大器2a、第二功率放大器2b、第三功率放大器21b、第四功率放大器21a对控制信号进行功率放大驱动电磁铁，补偿由于工况变化造成的前侧板外端面和前泵盖、后侧板外端面和后泵盖间的间隙变化，实现前浮动侧板外端面和前泵盖、后浮动侧板外端面和后泵盖间的最佳间隙，使得侧板处于最佳位置状态。

压电传感器设置在齿轮泵泵盖内端面槽内可以避免压电传感器受到径向力。

电磁铁在齿轮泵壳外侧，发出的热量可自由散热，使得控制性能进一步提高。

Claims (7)

1.一种磁力补偿浮动侧板间隙的齿轮泵，侧板内端面为耳形高压油槽及卸荷槽，紧贴齿轮端面；外端面为耳形密封圈槽与环形永久磁铁槽，紧贴在齿轮泵的后泵盖（4）、前泵盖（16）的内端面，其特征在于在后泵盖（4）的外端面安装第一圆环形永磁铁（6a）、第二圆环形永磁铁（6b），在前泵盖（16）的外端面安装第三圆环形永磁铁（11a）、第四圆环形永磁铁（11b），在齿轮泵的后泵盖（4）的外侧相对应的位置处对称安装第一圆弧形电磁铁（1a）、第二圆弧形电磁铁（1b），在齿轮泵的前泵盖（16）的外侧相对应的位置处对称安装第三圆弧形电磁铁（14a）、第四圆弧形电磁铁（14b），在齿轮泵的后泵盖（4）与侧板外端面接触的地方开设一个环形槽，安装第一压电晶体压力传感器（5a）、第二压电晶体压力传感器（5b），在齿轮泵的前泵盖（16）与侧板外端面接触的地方开设一个环形槽，安装第三压电晶体压力传感器（12a）、第四压电晶体压力传感器（12b），第一压电晶体压力传感器（5a）、第三压电晶体压力传感器（12a）的信号输出端与第一调节控制单元（3a）连接，第二压电晶体压力传感器（5b）、第四压电晶体压力传感器（12b）的信号输出端与第二调节控制单元（3b）连接，调节控制单元（3a）的输出端与第一功率放大器（2a）、第二功率放大器（2b）连接，调节控制单元（3b）的输出端与第三功率放大器（21a）、第四功率放大器（21b）连接，第一功率放大器 （2a）的输出端与第一圆弧形电磁铁（1a）连接，第二功率放大器（2b）的输出端与第二圆弧形电磁铁（1b），连接，第三功率放大器（21b）的输出端与第三圆弧形电磁铁（14a）连接，第四功率放大器（21a）的输出端与第四圆弧形电磁铁（14b）连接。

2.根据权利要求1所述的磁力补偿浮动侧板间隙的齿轮泵，其特征是，第一圆环形永磁铁（6a）与第一圆弧形电磁铁（1a）的极性相同；第二圆环形永磁铁（6b）与第二圆弧形电磁铁（1b）的极性相同；第三圆环形永磁铁（11a）与第三圆弧形电磁铁（14a）的极性相同；第四圆环形永磁铁（11b）与第四圆弧形电磁铁（14b）的极性相同。

3.根据权利要求1所述的磁力补偿浮动侧板间隙的齿轮泵，其特征是，第一调节控制单元（3a）和第一功率放大器（2a）、第二功率放大器（2b）安装在齿轮泵的后泵盖（4）的外侧端面上或端面外；第二调节控制单元（3b）和第三功率放大器（21b）、第四功率放大器（21a）安装在齿轮泵的前泵盖（16）的外侧端面上或端面外。

4.根据权利要求1所述的磁力补偿浮动侧板间隙的齿轮泵，其特征是，第一圆环形永磁铁（6a）、第二圆环形永磁铁（6b）通过过盈配合安装在后浮动侧板（7）的外端面的永磁铁槽内；第三圆环形永磁铁（11a）、第四圆环形永磁铁（11b）通过过盈配合安装在前浮动侧板（9）外端面的永磁铁槽内。

5.根据权利要求1所述的磁力补偿浮动侧板间隙的齿轮泵，其特征是，第一压电晶体压力传感器（5a）、第二压电晶体压力传感器（5b）安装在齿轮泵的后泵盖（4）的内端面的环形槽内；第三压电晶体压力传感器（12a）、第四压电晶体压力传感器（12b）安装在齿轮泵的前泵盖（16）内端面的环形槽内。

6.根据权利要求1所述的磁力补偿浮动侧板间隙的齿轮泵，其特征是第一压电晶体压力传感器（5a）、第三压电晶体压力传感器（12a）的信号电缆通过齿轮泵的后泵盖（4）、前泵盖（16）上的小孔与第一调节控制单元（3a）连接，第一调节控制单元（3a）与第一功率放大器（2a）、第二功率放大器（2b）连接；第二压电晶体压力传感器（5b）、第四压电晶体压力传感器（12b）的信号电缆通过齿轮泵的后泵盖（4）、前泵盖（16）上的小孔与第二调节控制单元（3b）连接，第二调节控制单元（3b）与第三功率放大器（21b）、第四功率放大器（21a）连接，孔出口处进行电缆密封。

7.根据权利要求1所述的磁力补偿浮动侧板间隙的齿轮泵，其特征是，第一调节控制单元（3a）、第二调节控制单元（3b）由微控制器，或模拟电路构成；第一调节控制单元（3a）对第一压电晶体压力传感器 （5a）、第三压电晶体压力传感器（12a）反馈来的压力信号进行滤波、放大和线性化，再与设定值相比较得出偏差，通过控制策略对偏差进行运算，进而产生控制信号控制第一圆弧形电磁铁（1a）、第二圆弧形电磁铁（1b）的电流，实现泵的后浮动侧板（7）的外端面与后泵盖（4）之间最佳补偿力的主动闭环控制；第二调节控制单元（3b）对第二压电晶体压力传感器 （5b）、第四压电晶体压力传感器（12b）反馈来的压力信号进行滤波、放大和线性化，再与设定值相比较得出偏差，通过控制策略对偏差进行运算，进而产生控制信号控制第三圆弧形电磁铁（14a）、第四圆弧形电磁铁（14b）的电流，实现泵的前浮动侧板（9）的外端面与前泵盖（16）之间最佳补偿力的主动闭环控制。