CN1131233A - 装有改进的压紧机构的活塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明的泵有摇摆板，至少一个靠摇摆板作往复运动的活塞组件，和保持活塞组件与摇摆板相接触的机构。改型机构包括一个压紧板，该板有一些径向伸出的固定销。每个销伸到单独活塞组件的注油孔里，并保持该组件与泵摇摆板相接触。活塞底板则保持与摇摆板滑动接触；也就是用这种方法，基本防止活塞组件与摇摆板分离。

Description

装有改进的压紧机构的活塞泵

本发明一般涉及泵，特别是具有多个靠摇摆板作往复运动的泵送活塞的泵。

当前制造的液压泵优势归结为三种主要设计型式，即齿轮，叶齿和活塞其中之一。活塞泵进一步分为两种设计型式，即阀板泵和止回球泵。举例来说，美国专利号4,579,043(Nikolaus等人)和4,602,554(Wagenseil等人)描述的泵为阀板型，而美国专利号3,514,223(Hare)描述的泵则为止回球泵。现将阀板泵和止回球泵的一些特征作一描述。

阀板泵包括一个缸筒，有一些活塞在其中往复运动。该缸筒连接泵轴，并与泵轴一起旋转，因此，阀板泵中的活塞与泵筒一起转动同时在该筒中作往复运动。

通过相对于固定“斜板”或摇摆板转动缸筒使这些活塞往复运动。当活塞底板沿摇摆板的“升起”部分运动时，缸筒旋转推动活塞朝向液流口盖，在活塞末端与盖之间的流体，例如液压油，经过盖喷出，进入盖子或软管内，完成有用的功。当活塞沿摇摆板的“降落”部分运动时，则离开盖，将液体推入盖与活塞末端之间扩大的空腔。

在其基端，活塞常有一平面底板，搭在摇摆板的斜面上。在泵操作时，保持底板与该表面接触是很重要的，因为底板“离开”可能造成底板损坏，更严重时，使泵本身破坏。

在阀板活塞泵中，有许多方法使活塞底板与摇摆板保持接触，一种方法是采用环形板，上面有许多孔，其数量与活塞数量相同。例如，该板在Wagenseil等人的专利中展现，并作为“接触压力板”在该专利中示出，它非常类似回转拨号式电话机的拨号盘。另外一种保持活塞与阀板泵中波动面接触的方法是用内弹簧(美国专利号5,320,498(Fuchida))或用美国专利号4,860,641(Spears)所示的“头部抓紧”装置。

在典型的如在Hare专利所示止回球泵中，装有往复式活塞的缸筒不能旋转。另一方面，摇摆板(或止推板类似于摇摆板)在被泵轴驱动时旋转。泵的机壳内浸入油，当每个活塞离开前盖时，活塞末端与泵盖之间的空腔注满油。注油通过一个或一个以上的活塞“注油孔”，使流体与浸油的机壳内部和活塞空腔与流过这些孔然后再穿过活塞内入口止回阀的油保持连通。活塞行程的这一部分经常称之谓“吸入冲程”。

当摇摆板继续转动，活塞朝向前盖运动时，其排放止回阀(装在泵盖上)打开，上述空腔内的油量经过盖喷出，进入管子或软管，完成有用的功。活塞行程的这一部分经常称之谓“排放冲程”或“压力冲程”。

止回阀泵已有数十年的历史，甚至在极端困难的条件操作已证明牢固可靠，需要采取步骤从规定的机架尺寸获得更大的排量，变得更加明显。不过，这类泵表面上固有的某些结构特征，不利于这种排量有效的提高。

这种特征涉及需要压紧每个往复式活塞的底板，紧密接触旋转的摇摆板，上面提出Hare专利描述的一般技术包含有在球形活塞头与圆筒体之间异径“颈部”所连的弹簧座圈板。与各活塞孔径同心的泵缸筒上开有穿孔槽，而压缩式活塞复位弹簧则装在槽内。活塞插入缸筒时，弹簧压在支承板上，推动活塞朝向摇摆板。

这种布置的事实是：对于规定的机壳空腔尺寸(和泵尺寸与“重量”)来说，弹簧和支承板占了空腔体积的很大部分。另一个事实是：由于弹簧和支承板运动穿过空腔容有的油，必然使效率有些损失。也就是说，油阻挡了板与弹簧的运动。

另外上述止回阀泵设计还有一种情况是：活塞注油孔要求相当小。因此，由于活塞不能用其他办法合适注油，许多装置入口表示增压。用户常常反对要有这样的增压，故泵的最大转速多少有点限制。另外再有一个事实是：如果增压提高，每平方英寸超出几磅，则需要考虑采用高压轴密封件。

已知的布置(以Hare专利的泵作为典型)含有大量零件。另外，许多这样的零件，在某种程度上需要加工，按照本发明的观点，是不需要的，例如Hare专利所示的泵活塞有机加工的“颈缩”部分，它靠近活塞底板。在该缩颈部分上加工一扣环槽，接受扣环，将底板压紧在活塞的端部，而且由于零件众多，需要化费相当多的时间组装该专利所示型式的泵。

一种改型活塞克服已知泵的某些问题和缺点，在工艺上是一次重大的进步。

本发明的一个目的是提出一种克服以前工艺上某些问题和缺点具有改进的活塞压紧机构的泵。

本发明的另一个目的是提出一种包括简单活塞结构在内装有改进的活塞压紧机构的泵。

本发明还有一个目的是提出一种包括简单活塞底板在内装有改进的活塞压紧机构的泵。

本发明再有一个目的是提供一种装有改进的活塞压紧机构的泵，它与摇摆板接触的止动活塞底板产生高的效率。

本发明另外一个目的是提供一种装有改进的活塞压紧机构的泵，能够在规定泵的“机架”尺寸内大幅度增加泵的排量。

本发明还有另外一个目的是提供一种装有改进的活塞压紧机构的泵，能够高速操作泵的转速。

本发明另外还有一个目的是提供一种装有改进的活塞压紧机构的泵，便于改进泵的注油特性。

本发明再有另外一个目的是提供一种泵，在操作转速有可能至少高于以前转速情况下，减少或排除对入口增压的需要。

本发明另外再有一个目的是提供一种装有改进的活塞压紧机构的泵，这种泵逐渐增加更高的效率。

本发明最后一个目的是提供一种装有改进的活塞压紧机构的泵，便于泵迅速组装。如何达到上述这些目的，从下述说明和附图中显得更明显。

本发明涉及的这种活塞泵型式，装有一个摇摆板和至少一个活塞组件，通过摇摆板作往复运动。这样的每个组件包括一个活塞和一个活塞底板，活塞至少有一个注油孔，通过活塞壁进入活塞内部。改进的机构保持活塞组件与摇摆板接触，该机构包括一个压紧板，它有一个或一个以上的径向凸出固定销。每个固定销伸到各个活塞组件的注油孔，接触该组件，保持与摇摆板接触。因而，基本避免了活塞组件与摇摆板分离。

本发明另外一种情况是泵有一个旋转轴，摇摆板与摇摆板主动轴围绕它旋转。摇摆板有一个旋转中心和一个相对于该旋转轴的斜面。在一项极佳的实施例中，压紧板支承在“球窝”式枢轴装置上，使得该压紧板在轴与摇摆板转动时作波浪运动。以此，保持压紧板相对于摇摆板斜面的位置关系。

枢轴装置的极佳实施例包括一个连接压紧板的球形导向件和一个有球形窝眼的管状套筒件，眼窝接受导向件。这种枢轴装置使导向件相对套筒件作波浪运动。

于是，使用上述枢轴装置，按照两种方法的任何一种可产生活塞压紧力。有一项布置，套筒件能限制相对于摇摆板旋转中心的轴向运动，即朝向和离开该中心的运动，在一项称之谓“强制压紧”装置的最好布置中，采用止动器约束套筒件在相对于旋转中心的位置上。

选择这种“固定间隙”位置时，要使得活塞底板用一点很小的力保持与摇摆板表面接触，而避免对该底板和表面使用不适当的重力。过度压紧力可能造成“过热点”，不必要地加速底板和/或摇摆板磨损。至少是由于制造机加公差的原因，最好机械止动器是可调的，以此在泵最终装配时，可最后调整套筒件的位置。

在另一项产生活塞压紧力的最好布置中，泵包括一个位于套筒件与泵缸筒之间的压缩弹簧。该弹簧推动套筒朝向摇摆板，从而推动活塞底板与该摇摆板相接触。在这种布置中，由于弹簧“绷紧”，消除了活塞底板与摇摆板表面之间的间隙，活塞压紧与否不受制造公差的制约。

在另一项最好实施例中，枢轴装置为一球形件与轮状环形外座圈组成的轴承，座圈装在球形件上，作波浪运动。压紧板支承在外座圈上，而衬有弹簧垫圈的压缩弹簧则推动轴承朝向摇摆板，并保持活塞底板与摇摆板表面相接触。

而且，那还不是全部。新型压紧机构包括一个由活塞和活塞底板组成的活塞组件，与以前工艺止回球泵的相应活塞与活塞底板相比，有了大大简化。特别是新型活塞组件包括一个普通圆筒形，并在其基端有一球形头的活塞。活塞底板有一球形空腔，接受球形头，底板夹在球形头与摇摆板之间。完全被“俘获”在其中。换个样说，最好的活塞组件无机加“向内弯曲”部分，也无附属装置，例如，啮合活塞底板边缘的扣环，两者均在Hare专利中示出。

本发明还有另外一种情况，活塞含有销接触部分，即靠固定销接触的部分，保持活塞组件(特别是活塞底板)与摇摆板表面相接触。在一项最好布置中，销接触部分在活塞内部空腔，活塞基端处有一滚珠。另外最好的布置，销接触部分含有凸起部分，与活塞成一整体，并伸向活塞末端。而在另外一项最好布置中，销接触部分含有注油孔边缘。

图1为装有本发明的压紧装置的止回阀活塞泵剖面侧向正视图，其中部分被剖开并省略其他一些零件的剖面线。

图2为用于图1泵上的压紧套筒剖面侧向正视图。

图3为用于图1所示泵中的导向件的端视图。

图4为沿图3中4-4平面导向件剖面图。

图5为用于图1泵中的压紧板端视图。

图6为图5压紧板剖面图，取自该图6-6视向平面。

图7为用于图1中的泵中的活塞的侧视图，部分被剖开示出剖面。

图8为图7活塞剖面图，取自该图8-8视向平面。

图9为本发明压紧机构结合另一型式止回阀泵所示的另一实施例侧向正视图。

图10为剖面活塞底板及与该底板相连活塞侧向正视图，部分剖示。

图11为装有另一新型压紧机构实施例的又一种型式止回阀活塞泵剖面侧向正视图，部分剖示并省略其他一些零件的剖面线。

图12为装有又一新型压紧机构实施例的再一种型式止回阀活塞泵剖面侧向正视图，部分被剖开。

图13为用于图12泵的压紧板端视图。

图14为图13压紧板剖面图，取自该图14-14视向平面。

图15为图1泵一部分的剖面侧向正视图，表示代替图1所示机械止动器的压缩件。

在描述本发明压紧机构10的许多新特征之前，对一种型式的止回球泵11的结构和操作作一般性描述。假设泵11用于某些类型的液体压力介质，例如乙二醇，液压油等(本说明书中，术语如“左”“右”等是相对图纸而言，只是便于说明而不起限制作用)

参见图1，泵11有一机壳13，上面有入口15，液体从容器17引向内部空腔19。缸筒21和盖23用螺栓25与机壳13连在一起。泵主动轴27伸过轴壳13，分别由装在机壳13和缸筒21中的相间设置的滚针轴承组31和33支承围绕轴线29转动，主轴27与原动机，如内燃机或电动机(图中未示出)连接并由它驱动。

主轴27用键或其他方法连接到一环状楔形摇摆板35上，板35左平面37通常垂直于轴线29，而右平面39则相对于该轴线29倾斜。泵11还有一个环形平面左止推板41和一个布置在平面37与止推板41之间的“盘型”止推轴承43。同样，还有一个右止推板45和一个布置在该止推板45与摇摆板35的右平面39之间的止推轴承47。

推板41，45和止推轴承43，47均不与主轴27或摇摆板35连接，以避免该板41，45或轴承43，47以主轴转速旋转。然而，使用液压油比使用稀释液体(如乙二醇)更经常发生的“粘性阻力”易于使该板41，45和轴承43，47以相对合适的速率围绕轴线29旋转。上述机壳13，缸筒21，主轴27，摇摆板35，止推板41，45以及止推轴承43，47的布置已为人们熟知。

现对具体活塞组件49输送流体到加压出口51，然后再到液压“作功”线路53的方式予以描述。摇摆板35转动时，每一组件，如组件49向左运动，其入口止回阀55打开。因此，使液体从机壳空腔19经过一个或一个以上的活塞注油孔57进入活塞内部。该液体注满活塞末端或右端与盖23上出口止回阀61之间的空腔59。最好，在组件49向左运动过程中，空腔59的体积增加。

在活塞组件49开始向右运动时，入口止回阀55关闭，空腔59中的压力迅速升高，当这种压力稍微超过出口线路63的压力时，出口止回阀61打开。空腔59的体积缩小，因而空腔59中的流体送到该线路63。从上面所述可以知道，对于摇摆板35的转动，每个活塞组件49造成一次向左“吸入”偏移和一次向右“压力”偏移。

经常地从数个活塞空腔59喷出的流体引向连接出口51的共用线路63。不过，“分流”^配置是可能的，按照这种配置，活塞组件49组给各单独出口51提供动力，每组组件包括的组件49少于泵11中全部的组件49。

现对新型压紧机构10的实施例细节加以描述。随后说明这种机构10如何操作。也参见图2，3，4，5和6，新型机构10具有枢轴装置64，它包括压紧套筒65，球形导向件67和压紧板69。下面依次对其进行描述。

压紧套筒65为管状，通常为圆筒形，并在一端构成一个球形窝71。泵轴27伸过中心孔73，套筒65夹在缸筒21中形成的圆筒形空腔75中。缸筒21还带有一个可调式机械止动器77，其作用描述如下。

球形导向件67有一个中心孔79，供主轴27穿过。导向件67的“支承”面81为球形，配合套筒65上的凹窝71的形状，使导向件67与套筒65组成一个所谓的“球窝”节。对着支承面81的表面83通常为平面，上面有孔85，用来接受连接压紧板69与导向件67的紧固件。

特别参见图1，5和6，圆盘状压紧板69通常为扁平，上面有中心孔87，环形体89和许多从这种体89径向向外伸出的固定销或压紧销91。在最佳的布置中，泵11中的活塞组件49数量与销91的数目彼此相等。压紧板69上也有一些孔93，如上所述，用来连接压紧板69与导向件67。

特别参见图1，7和8，现对活塞组件49加以描述。该活塞组件49带有一个空心，通常为圆筒形的活塞95，它有一个“方形”末端97和一个球形基端99。入口止回阀55和滚珠保持架101固定在端部97。有一个或一个以上的活塞注油孔57穿过活塞壁103，这些孔57可使来自机壳空腔19的液体，在每一活塞组件49按照上面所述作往复运动时，流入并穿过活塞95。

在最佳实施例中，壁103上有三个细长孔57，该孔57围绕活塞圆周相隔120°分开。这些孔的长轴105通常平行于活塞95的长轴107，也平行于泵的旋转轴29。尽管对特定的注油孔配置进行了描述，但在不违反本发明精神的条件下，这种注油孔57的配置和数量可有所变化。

每个活塞组件49还包括销接触部分109，上面压着压紧销91，保持活塞底板111与板45相接触。在图1实施例中，部分109在活塞内部活塞的基端113包含一滚珠109a。(装配时，该滚珠109a靠少量润滑脂固定就位，此后“俘获”在销91与基端113之间)。在图9所示另一实施例中，销接触部分109包括活塞壁103的圆边109b(特别包括有注油孔57的圆端)，压紧销91压在上面。

再次参见图1，活塞组件49包括位于板45与活塞95的基端113之间的底板111。该底板111为普通圆筒形，有一个支承平面115和球形面117，后者配合球形基端113的形状。

再参见图10，环形凸肩119外接球形面117，要注意，从表面117中心121至表面115的尺寸“D1”小于从凸肩119至该表面115的尺寸“D2”。当活塞95和底板111协同按这种方式配置时，底板111夹持在活塞95与板45中间，完全被“俘获”在其中。换句话说，不需要复杂的底板与活塞配置，包括如上述Hare的专利所示使用底板连接扣环。

泵的零件按图1所示组装。单独的压紧销91伸到每个活塞95的注油孔57，并压在活塞销接触部分109上，是滚珠109a，或是活塞壁109b。调整螺纹机械止动器77，使得导向件67在套筒65的凹窝71里自由波动，也使得活塞底板111围绕与底板表面115垂直的轴123自由波动。换言之，调整到这些零件没有“粘接”。然后，止动器77拧上锁定螺钉125，使底板111保持相对于板45的“固定间隙”关系。在这种“强制压紧”布置中，底板111不向板45推动，相反地，被阻止运动离开该板45。

操作时，泵轴27与摇摆板35转动，从而使活塞组件49往复动作，这样将液体泵入线路63中，在这样的操作过程中，压紧板69和导向件67作波动运动。由于压紧板69总是与摇摆板平面39分隔与平行，所以活塞组件49(特别是活塞底板111)不断“压紧”贴在板45上。

现在参见图11，12和15，可采用压缩件127代替机械止动器77。该压缩件127可包括圈簧127a或例如波形簧127b的高速簧(波形簧为环状，有径向波峰和波谷。波形簧的来源是伊利诺斯州惠林市的Smalley Steel Ring公司)。在这种布置中，活塞底板111通过压缩件127推向摇摆板表面39，如果压缩件127的作用力被克服，至少可以稍微离开该表面39。

下面参见图12，13和14，现对新型压紧机构10的另一实施例加以描述。在图12，13和14的布置中(涉及6活塞泵11)，枢轴装置64为轴承129，它有一个底座131，装在承窝133里，还有球形件135和装在球形件135上作波浪运动的环形外座圈137。

在剖面图中，压紧板69为“帽形”，有一止动环缘139，筒状环形侧壁141和固定销91，该销与侧壁141垂直，并径向向外伸出该壁。环缘139与侧壁141啮合，支承在外座圈137上。衬有弹簧垫圈143的压缩弹簧127a将轴承129推向摇摆板35，并保持活塞底板111与摇摆板35相接触。

图11的实施例与上述实施例仅有少许差别，它有一个导向件67，通过波形簧127b的作用，推向承载轴支承凸肩145。压紧板69搭在导向件67上，当泵11操作时，相对于该件呈现波浪运动。在剖面图中，压紧板69一般为帽形(如图13和14那样)，但是不与销91垂直，在朝主轴旋转轴线29方向，侧壁141多少对其有点倾斜，主轴27右端靠滚针轴承147和圆盘状止推轴承149定位。

根据上面所述，本说明书包括图11和12的泵11的描述，图中，活塞底板111搭在按主轴转速旋转的摇摆板35表面上。按照本说明书使用的术语“摇摆板”，“摇摆板表面”等等指的是或涉及那些活塞底板111搭在泵11上的零件，而不管该零件是以主轴转速旋转的摇摆板35还是止推板45。

上面参照最佳实施例对本发明的原理进行了描述，但应理解这些实施例只作为实例，而不起限制作用。

Claims (10)

1.一种泵，具有(a)摇摆板，(b)至少一个由摇摆板带动作往复运动的活塞组件，该组件包括一个带注油孔的活塞，和(c)保持活塞组件与摇摆板相接触的机构，其特征在于，所述机构包括：

—固定销，伸到注油孔中并接触活塞组件，以保持该组件与摇摆板相接触，因此，基本防止活塞组件离开摇摆板。

2.权利要求1所述的泵，其特征在于包括与摇摆板有间隔的压紧板，还包括许多固定销，其中：

—泵包括许多活塞组件；

—每个活塞组件包括有注油孔；和

—各种固定销，伸到各活塞组件的注油孔里。

3.权利要求2所述的泵，其特征在于包括旋转轴，其中：

—摇摆板具有相对于旋转轴的斜面；和

—压紧板支承在枢轴装置上，使该压紧板作波浪运动，

以此，保持压紧板相对于表面的位置关系。

4.权利要求3所述的泵，其特征在于：

—枢轴装置包括与压紧板相连的球形导向件；和

—导向件支承在套筒件上，使导向件相对于套筒件作波浪运动。

5.权利要求4所述的泵，其特征在于：

—摇摆板有一与旋转轴重合的旋转中心；

—安装套筒件，用作相对于旋转中心的轴向运动；和

—利用机械止动器将套筒件限制在相对于旋转中心的位置。

6.权利要求5所述的泵，其特征在于，机械止动器可调，这样，可调整套筒件相对于旋转中心的位置。

7.权利要求1所述的泵，其特征在于：

—活塞组件包括(a)有球形头的活塞，和(b)接触摇摆板，有接受头部球形空腔的活塞底板，

以此，使底板夹在头部与摇摆板之间。

8.权利要求1所述的泵，其特征在于：

—活塞包括销接触部分；和

—固定销啮合销接触部分，保持组件与摇摆板相接触。

9.权利要求8所述的泵，其特征在于：

—活塞包括内腔和基端；和

—销接触部分包括基端内腔中的滚珠。

10.权利要求2所述的泵，其特征在于包括：

—轴承，该轴承具有(a)球形件和(b)装在球形件上作波浪运动的外座圈；和

—支承在外座圈上的压紧板。

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