CN114278526A - 一种轴配流式双作用轴向柱塞泵 - Google Patents

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Abstract

一种轴配流式双作用轴向柱塞泵,包括前端盖、泵壳、后端盖和泵芯组件;泵芯组件包括导轨组件,导轨组件包括两个相背贴合设置的左导轨和右导轨,左导轨和右导轨相互远离的一侧表面为空间凸轮曲面;导轨组件中心安装有配流轴,导轨组件两侧安装有缸体组件,缸体组件包括左侧缸体和右侧缸体,左侧缸体和右侧缸体之间设有柱塞组件;柱塞组件分别与左侧缸体和右侧缸体形成左、右封闭容腔。柱塞组件在缸体组件与导轨组件的约束下进行轴向往复直线运动,左、右封闭容腔的容积不断发生变化。本发明消除了传统轴向柱塞泵在启动过程中油膜的形成,可以实现快速正反转,带载启动,实现整泵的轴向惯性力平衡。

Description

一种轴配流式双作用轴向柱塞泵
技术领域
本发明涉及一种液压柱塞泵,尤其涉及一种轴配流式双作用轴向 柱塞泵。
背景技术
液压系统在航空、航天、航海等重要领域有着广泛的应用,液压 泵作为能源动力元件对液压系统性能、效率及应用领域等都起到了决 定性的影响作用,特别是轴向柱塞泵,作为液压泵的典型代表,具有 高压、高速、大流量的特点,契合液压功率密度大的发展和应用要求。 近年来,我国工业发展迅速,对液压泵的要求也日渐提高,传统的柱 塞泵由于摩擦副、尺寸等因素的限制,已经满足不了高速、稳定和轻 量化的需求。
传统轴向柱塞泵的结构原理是若干个(一般为5、7或9个)柱 塞随缸体转动,而柱塞一端在斜盘或斜轴-球铰的约束下相对缸体作 往复运动,在缸体孔内形成周期变化的工作容积,并通过缸体底部的 通道与配流盘的高、低压腰形槽相通进行吸排油。传统轴向柱塞泵的 这种工作原理决定其结构上存在着三对重要的滑动摩擦副:缸体-配 流盘摩擦副、柱塞-缸体摩擦副和滑靴-斜盘摩擦副。摩擦副是影响柱 塞泵性能和寿命的重要因素,柱塞泵油膜的性能变化对摩擦副的工作 性能影响显著:油膜太薄或形不成,摩擦副易磨损甚至烧坏;油膜太 厚,又起不到良好的密封效果,泄漏量加剧,降低容积效率,甚至无 法传递力。因此,滑动摩擦副成为影响传统轴向柱塞泵性能、噪声、 效率及寿命的关键因素。
为了突破滑动摩擦副对泵性能方面的制约,阮健等提出了二维活 塞泵。在二维活塞泵中,在二维(2D)活塞泵中,缸体和活塞采用轴 对称的结构,活塞在旋转及轴向往复运动过程中始终处于径向力平衡 状态,因而不存在缸体-配流盘摩擦副和柱塞塞-缸体摩擦副。此外, 活塞在排油时所承受的液压静压力由同一侧的滚轮-马鞍形导轨滚动 副支承,由于单个活塞所产生的液压静压力(等于环形的活塞面积乘 以泵的出口压力)有限,因而在滚轮与其轴之间可直接选用标准的高 效滚动轴承。同理,在滚子-拨叉联轴器中,滚子与其轴之间也可选 用滚动轴承。显然,在二维(2D)轴向柱塞泵中不存在滑动摩擦副, 因而完全避免了摩擦副对泵性能等方面的制约。二维活塞泵本质上也 属于容积式泵,因此也存在空化、缸体倾斜和流量脉动以及噪声等问 题。后续为了消除结构性流量脉动,阮健等还提出了二维活塞双联泵。 为了抵消泵的轴向惯性力,提出了力平衡式二维活塞泵。为了消除导 轨与滚轮之间的间隙对活塞泵效率的影响,进一步提高其转速,提出 了叠滚式二维活塞泵。然而上述的泵未能同时实现消除泵的结构性流 量脉动与抵消轴向惯性力两大性能,使得二维泵在高速化工况下仍然 面临一系列挑战。
发明内容
为克服上述问题,本发明提供一种同时实现消除泵的结构性流量 脉动与抵消轴向惯性力两大性能、并且保留二维活塞泵采用滚动支撑 代替滑动支撑优点的轴配流式双作用轴向柱塞泵。
本发明采用的技术方案是:一种轴配流式双作用轴向柱塞泵,包 括沿轴心线依次且同轴设置的前端盖、泵壳和后端盖,前端盖、泵壳 和后端盖之间形成的腔体内设有泵芯组件;
所述泵壳呈圆筒状,泵壳上从左至右依次设有低压进油口和高压 出油口;泵壳内壁对应低压进油口的位置设有第二环形槽,低压进油 口沟通第二环形槽23;泵壳内壁对应高压出油口的位置设有第三环 形槽,高压出油口沟通第三环形槽;
所述导轨组件的轴心线与泵壳的轴心线重合,导轨组件包括两个 相背贴合设置的左导轨和右导轨,左导轨和右导轨在轴心线方向的投 影呈圆环状,左导轨和右导轨相互靠近的一侧表面为平面,左导轨和 右导轨相互远离的一侧表面为空间凸轮曲面,空间凸轮曲面由等加速 等减速曲线构造而成,等加速等减速导轨曲线设有多个波峰和多个波 谷,波峰的数量等于波谷的数量;左导轨的波峰与右导轨的波谷对应, 即左导轨上的最高点与右导轨上的最低点对应;
左导轨和右导轨的中心孔内设有方形键,左导轨与右导轨的相互 靠近的一侧表面上开设有斜面槽,斜面槽内设有楔块,楔块两端分别 安装在斜面槽和配流轴的径向圆孔中;
所述配流轴呈圆柱状,配流轴安装在左导轨和右导轨的中心孔内, 配流轴的右端向右穿出后端盖中心的第一通孔;配流轴的中部设有与 导轨的方形键相嵌合的凸台,凸台上设有与楔块相配合的径向圆孔; 配流轴上沿周向均布有多个通孔流道,通孔流道的轴心线平行于配流 轴的轴心线;配流轴上且位于第一凸台的左右两侧分别设有一组矩形 配流窗口,每组矩形配流窗口包括多个大窗口和多个小窗口,大窗口 和小窗口沿周向交错设置,大窗口和小窗口分别与对应的通孔流道相 沟通;
所述缸体组件包括与泵壳同轴设置的左侧缸体和右侧缸体,左侧 缸体与右侧缸体结构相同,且朝向相反的设置在导轨组件的左右两侧;
左侧缸体的中部沿周向均布有多个径向贯通的圆形低压流道,左 侧缸体的外壁和内壁与圆形低压流道相对应的位置分别开有第五环 形槽和第六环形槽,第五环形槽和第六环形槽分别沟通圆形低压流道 的进油口和出油口;左侧缸体的左端面沿周向均布有多个轴向贯通的 沉头通孔,沉头通孔与圆形低压流道错位设置;左侧缸体的左部沿周 向开有多个径向贯通的通油口,通油口与沉头通孔相沟通;左侧缸体 的左端面还设有两个相差180°的销孔,两个相差180°的漏油口;左 侧缸体的右端设有沿左侧缸体轴向凸出的环形凸台,环形凸台上开有 多个周向均布的矩形槽;左侧缸体的外周壁上还设有用于安装密封圈 的第七环形槽和第八环形槽;
左侧缸体与右侧缸体之间通过定位销相连接,定位销呈圆柱状, 定位销从左至右依次分为第一段、第二段和第三段,第二段上设有两 个凸缘,两个凸缘分别与左侧缸体、右侧缸体上的销孔相配合;左侧 缸体、右侧缸体上沉头通孔远离导轨组件的一端设有堵头,所述堵头 呈圆柱状,堵头上开有用于安装密封圈的第九环形槽;
所述前端盖的右端面与左侧缸体的堵头相对应的位置开有第一 圆形盲孔;前端的右端面与漏油口相对应的位置开有漏油孔,漏油孔 与左侧缸体的漏油口连通;前端盖的外周壁设有用于安装密封圈的第 一环形槽;
所述后端盖的左端面与右侧缸体的堵头相对应的位置开有第二 圆形盲孔,后端盖的外周壁设有用于安装密封圈的第四环形槽;后端 盖中心开有第一通孔,后端盖的右端面开有多个周向均布的沉头孔, 沉头孔通过螺栓连接泵壳,后端盖的右端面上还开有多个周向均布的 第二通孔,第二通孔用于连接工装;
左侧缸体、右侧缸体之间的沉头通孔内设有柱塞组件;所述柱塞 组件包括柱塞、圆柱滚轮、滚针和销轴;柱塞包括桁架和连接在桁架 左右两端的柱塞体,桁架上左右对称开有销孔,销孔的轴线沿泵壳的 径向设置,销孔内安装有销轴,销轴上安装有滚轮;桁架上左右两个 滚轮分别与左导轨、右导轨的空间凸轮曲面接触;桁架左右两端的柱 塞体分别设置在左侧缸体、右侧缸体的沉头通孔内;
左侧缸体的堵头、左侧缸体的沉头通孔、位于柱塞左端的柱塞体, 三者形成左封闭容腔;右侧缸体的堵头、右侧缸体的沉头通孔、位于 柱塞右端的柱塞体,三者形成右封闭容腔;左封闭容腔、右封闭容腔 的容积随柱塞的往复运动变化,当柱塞从最左端往最右端轴向运动时, 左封闭容腔容积逐渐变大,右封闭容腔容积逐渐减小;相反,当柱塞 从最右端向最左端轴向运动时,右封闭容腔容积逐渐变大,左封闭容 腔容积逐渐减小;
左侧缸体上沉头通孔、通油口、矩形槽的数量分别是所述等加速 等减速导轨曲线中波峰波谷数量之和的两倍;配流轴上通孔流道的数 量等于所述等加速等减速导轨曲线中波峰波谷的数量之和;每组矩形 配流窗口中大窗口的数量等于所述等加速等减速导轨曲线中波峰的 数量,小窗口的数量等于所述等加速等减速导轨曲线中波谷的数量;
油液从低压进油口进入泵芯组件的低压流道,柱塞组件在缸体组 件与导轨组件的约束下,进行轴向往复直线运动,左封闭容腔、右封 闭容腔的容积不断发生变化;容积增大的封闭容腔对应的通过通油口 沟通圆形低压流道,圆形低压流道与低压进油口沟通,利用负压将油 液吸入;容积减小的封闭容腔的通油口沟通圆形高压流道,油液从圆 形高压流道进入泵壳的第三环形槽,进而从泵壳的高压出油口将油液 排出。
进一步,所述等加速等减速导轨曲线设有两个波峰和两个波谷, 左侧缸体上沉头通孔、通油口、矩形槽的数量分别为八个,圆形低压 流道的数量为六个;配流轴上的通孔流道数量为四个,每组矩形配流 窗口包括两个大窗口和两个小窗口。
进一步,所述销轴与滚轮之间设有多个滚针或滚珠。
本发明的有益效果是:(1)采用滚动支撑替代滑动支撑。本发明 中泵的传动机构采用滚动支撑替代传统轴向柱塞泵的油膜支撑。与传 统轴向柱塞泵相比,消除了传统轴向柱塞泵在启动过程中油膜的形成, 可以实现快速正反转,并且可以带载启动。
(2)实现整泵的轴向惯性力平衡。传统的轴向柱塞泵在高速旋 转时,旋转组件的离心力与惯性力不能被忽略,因为此时柱塞-滑靴 组件的离心力和惯性力随转速的二次方增加,从而导致缸体倾斜。本 发明中整泵在结构上是对称设计的,在8个柱塞组件中,周向相差 180°的两个柱塞组件为一对,周向相差90°的两对柱塞组件在导轨 的约束下始终保持反向往复运动,从而实现轴向惯性力平衡。
(3)消除泵导轨与滚轮间的间隙。本发明中楔块在高压油以及 离心力的作用下,压紧左右导轨的平面端及斜面槽,将左右导轨沿轴 向撑开,使其贴紧滚轮,从而消除导轨与滚轮之间的间隙。
(4)理论上,消除整泵的结构性流量脉动。传统的轴向柱塞泵 因其活塞数量有限,会引起结构性流量脉动。本发明在8个柱塞组件 中,周向相差180°的两个柱塞组件为一对,周向相差45°的2对柱 塞组件的运动,使它们所对应的流量相位相差45°,又由于单个柱 塞组件对应的流量周期为90°,从而消除结构性流量脉动,减小整 体脉动。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为前端盖的结构示意图;
图3为泵壳的结构示意图;
图4a为后端盖的结构示意图;
图4b是后端盖的剖视图。
图5为泵芯组件的结构示意图;
图6a是缸体组件的结构示意图;
图6b为左侧缸体的结构示意图;
图6c为沉头通孔的剖视图;
图6d为低压流道的剖视图;
图7是堵头的结构示意图;
图8是定位销的结构示意图;
图9是柱塞组件的结构示意图;
图10(a)是配流轴的结构示意图;图10(b)是配流轴通孔的 剖视图;
图11(a)是导轨组件的结构示意图;图11(b)是导轨组件的 剖视图;
图12(a)~(f)是一种轴配流式双作用轴向柱塞泵的工作原理 示意图,其中图12(b)为旋转0°时的剖视图,图12(c)是旋转22.5 度的剖视图,图12(d)是旋转45度的剖视图,图12(e)是旋转 67.5度的剖视图,图12(f)是旋转90度的剖视图;
图13是柱塞组件i与柱塞组件j的流量变化曲线图。
附图标记说明:1、前端盖;11、第一圆形盲孔;12、漏油孔; 13、第一环形槽;2、泵壳;21、低压进油口;22、高压出油口;23、 第二环形槽;24、第三环形槽;3、后端盖;31、第二圆形盲孔;32、 第四环形槽;33、第一通孔;34、沉头孔;35、第二通孔;4、泵芯 组件;41、缸体组件;411、缸体;411A、圆形低压流道;411B、第 五环形槽;411C、第六环形槽;411D、沉头通孔;411E、通油口; 411F、销孔;411G、漏油口;411H、第七环形槽;411I、第八环形槽; 411J、矩形槽;412、堵头;412A、第九环形槽;413、定位销;413A、 凸缘;42、柱塞组件;42A、柱塞;42B、圆柱滚轮;42C、滚针;42D、 销轴;42E、桁架;43、配流轴;43A、通孔流道;43B、大窗口;43C、 小窗口;43D、径向圆孔;44、导轨组件;44A、导轨;44B、楔块; 44C、方形键;44D、斜面槽;a、第一配流窗口;b、第二配流窗口;c、第三配流窗口;d、第四配流窗口;e、第一通油口;f、第二通油 口;g、第三通油口;h、第四通油口;i、第一柱塞组件;j、第二柱 塞组件;k、第三柱塞组件;l、第四柱塞组件。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述, 显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动 前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,如出现术语“中心”、“上”、 “下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或 位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发 明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的 方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。 此外,如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不 能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定, 如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是 固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接, 也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连, 可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以 具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照附图,一种轴配流式双作用轴向柱塞泵,包括沿轴心线依次 且同轴设置的前端盖1、泵壳2和后端盖3,前端盖1、泵壳2和后 端盖3之间形成的腔体内设有泵芯组件4;
所述泵壳2呈圆筒状,泵壳2上从左至右依次设有低压进油口 21和高压出油口22;泵壳2内壁对应低压进油口21的位置设有第二 环形槽23,低压进油口21沟通第二环形槽23;泵壳2内壁对应高压 出油口22的位置设有第三环形槽24,高压出油口22沟通第三环形槽24;
所述泵芯组件4包括缸体组件41、柱塞组件42、配流轴43和导 轨组件44;导轨组件44的轴心线与泵壳2的轴心线重合,导轨组件 包括两个相背贴合设置的左导轨44A-1和右导轨44A-2,左导轨44A-1 和右导轨44A-2在轴心线方向的投影呈圆环状,左导轨44A-1和右导 轨44A-2相互靠近的一侧表面为平面,左导轨44A-1和右导轨44A-2 相互远离的一侧表面为空间凸轮曲面,空间凸轮曲面由等加速等减速 曲线构造而成,等加速等减速导轨曲线设有两个波峰和两个波谷;左 导轨44A-1的波峰与右导轨44A-2的波谷对应,即左导轨44A-1上的 最高点与右导轨44A-2上的最低点对应;
左导轨44A-1和右导轨44A-2的中心孔内设有方形键44C,左导 轨44A-1与右导轨44A-2的相互靠近的一侧表面上开设有斜面槽44D, 斜面槽44D内设有楔块44B,楔块44B两端分别安装在斜面槽44D 和配流轴43的径向圆孔43D中;所述楔块44B安装在斜面槽44D的一端具有一平面和一斜面,其平面与导轨平面贴合,斜面与另一导轨 斜面槽44D配合;楔块44B安装在径向圆孔43D中的一端具有一圆 柱,圆柱与径向圆孔43D相配合,且圆柱上设有用于安装密封圈的环 形槽;
所述配流轴43呈圆柱状,配流轴43安装在左导轨44A-1和右导 轨44A-2的中心孔内,配流轴43的右端向右穿出后端盖中心的第一 通孔33后与驱动装置连接;配流轴43的中部设有与导轨44A的方形 键44C相嵌合的凸台,凸台上设有与楔块44B相配合的径向圆孔43D; 配流轴43上沿周向均布有四个通孔流道43A,通孔流道43A的轴心 线平行于配流轴43的轴心线;配流轴43上且位于凸台的左右两侧分 别设有一组矩形配流窗口,每组矩形配流窗口包括两个大窗口43B和 两个小窗口43C,大窗口43B和小窗口43C沿周向交错设置,大窗口 43B和小窗口43C分别与对应的通孔流道43A相沟通;
所述缸体组件41包括与泵壳2同轴设置的左侧缸体411-1和右 侧缸体411-2,左侧缸体411-1的中部沿周向均布有六个径向贯通的 圆形低压流道411A,左侧缸体411的外壁和内壁与圆形低压流道 411A相对应的位置分别开有第五环形槽411B和第六环形槽411C,第五环形槽411B和第六环形槽411C分别沟通圆形低压流道411A的 进油口和出油口;左侧缸体411的左端面沿周向均布有八个轴向贯通 的沉头通孔411D,沉头通孔411D与圆形低压流道411A错位设置; 左侧缸体411-1的左部沿周向开有八个径向贯通的通油口411E,通油口411E与沉头通孔411D相沟通;左侧缸体411的左端面还设有两 个相差180°的销孔411F,两个个相差180°的漏油口411G,漏油口411G 与前端盖上设置的漏油孔12连通;左侧缸体411-1的右端设有沿左 侧缸体411-1轴向凸出的环形凸台,环形凸台上开有8个周向均布的矩形槽411J;左侧缸体411的外周壁上还设有用于安装密封圈的第七 环形槽411H和第八环形槽411I;左侧缸体411-1与右侧缸体411-2 结构相同,且朝向相反的设置在导轨组件44的左右两侧;
左侧缸体411-1与右侧缸体411-2之间通过定位销413相连接, 定位销413呈圆柱状,定位销413从左至右依次分为第一段、第二段 和第三段,第二段上设有两个凸缘413A,两个凸缘413A分别与左侧 缸体411-1、右侧缸体411-2上的销孔411F相配合;左侧缸体411-1、 右侧缸体411-2上沉头通孔411D远离导轨组件44的一端设有堵头 412,所述堵头412呈圆柱状,堵头412上开有用于安装密封圈的第 九环形槽412A;
左侧缸体411-1、右侧缸体411-2之间的沉头通孔411D内设有柱 塞组件42;所述柱塞组件42包括柱塞42A、圆柱滚轮42B、滚针42C 和销轴42D;柱塞42A包括桁架42E和连接在桁架42E左右两端的柱 塞体,桁架42E上左右对称开有销孔,销孔的轴线沿泵壳2的径向设置,销孔内安装有销轴42D,销轴42D上安装有滚轮42B,销轴42D 与滚轮42B之间设有多个滚针42C或滚珠。桁架42E上左右两个滚轮 42B分别与左导轨44A-1、右导轨44A-2的空间凸轮曲面接触;桁架 42E左右两端的柱塞体分别设置在左侧缸体411-1、右侧缸体411-2 的沉头通孔411D内;
左侧缸体411-1的堵头412、左侧缸体411-1的沉头通孔411D、 位于柱塞42A左端的柱塞体,三者形成左封闭容腔;右侧缸体411-2 的堵头412、右侧缸体411-2的沉头通孔411D、位于柱塞42A右端的 柱塞体,三者形成右封闭容腔;左封闭容腔、右封闭容腔的容积随柱 塞42A的往复运动变化,当柱塞42A从最左端往最右端轴向运动时, 左封闭容腔容积逐渐变大,右封闭容腔容积逐渐减小;相反,当柱塞 42A从最右端向最左端轴向运动时,右封闭容腔容积逐渐变大,左封 闭容腔容积逐渐减小;
油液从低压进油口进21入泵芯组件4的低压流道411A,导轨组 件44随配流轴43转动,柱塞组件42在缸体组件41与导轨组件44 的约束下,进行轴向往复直线运动,左封闭容腔、右封闭容腔的容积 不断发生变化;容积增大的封闭容腔对应的通过通油口411E沟通圆形低压流道411A,圆形低压流道411A与低压进油口21沟通,利用 负压将油液吸入;容积减小的封闭容腔的通油口411E沟通圆形高压 流道,油液从圆形高压流道进入泵壳的第三环形槽24,进而从泵壳2 的高压出油口22将油液排出;
所述前端盖1的右端面与左侧缸体411-1的堵头412相对应的位 置开有第一圆形盲孔11;前端盖1的右端面与漏油口411G相对应的 位置开有漏油孔12,漏油孔12与漏油口411G连通;前端盖1的外 周壁设有用于安装密封圈的第一环形槽13;
所述后端盖3的左端面与右侧缸体411-2的堵头412相对应的位 置开有第二圆形盲孔31,后端盖3的外周壁设有用于安装密封圈的 第四环形槽32;后端盖3中心开有第一通孔33,后端盖3的右端面 开有四个周向均布的沉头孔34,沉头孔34通过螺栓连接泵壳2,后端盖3的右端面上还开有四个周向均布的第二通孔35,第二通孔35 用于连接工装;
需要说明的是,本发明的滚轮除了采用滚针轴承来实现滚动支撑 外,也可以采用其他的轴承来实现滚动支撑。并且,滚轮也可以采用 静压支撑。导轨与滚轮间的间隙补偿除了采用静压支撑外,也可以采 用碟簧或弹簧来实现。传动机构除了采用导轨外,也可以采用斜盘来 实现,只需要满足波峰波谷数是柱塞数量的两倍即可。除此之外,柱 塞材料也可以使用铬铜或其他复合材料,并且柱塞表面除了采用表面 硬化的热处理外,也可以采用镀铬,DLC等直接表面处理。
本实施例的工作原理:
在工作过程中,所述配流轴43在高速电机的牵引下转动,从右 侧向左观察呈顺时针转动状态,通过导轨组件44上的方形键44C带 动导轨组件同步旋转。所述导轨44A的一端面设有空间凸轮曲面,空 间凸轮曲面由等加速等减速曲线构造而成,等加速等减速导轨曲线设 有2个波峰和2个波谷。在缸体组件41与导轨组件44的约束下,柱 塞组件42进行轴向往复直线运动,圆柱滚轮42B始终在导轨44A的 曲面上滚动。柱塞42A的左右两侧与缸体411都形成密闭容腔,所述 柱塞组件42存在的轴向往复运动。
油液从低压进油口进21入泵芯组件4的低压流道411A,由于柱 塞组件42的轴向往复运动,左右封闭容腔的容积不断发生变化,容 积增大的封闭容腔通过通油口411E沟通圆形低压流道411A,圆形低 压流道411A与低压进油口21沟通,利用负压将油液吸入;容积减小 的封闭容腔的通油口411E沟通圆形高压流道,将油液排出。油液从 圆形高压流道进入泵壳的第三环形槽24,进而从泵壳2的高压出油 口22将油液排出。在电机旋转一周的过程中,一个柱塞组件吸排油 4次。在8个柱塞组件中,周向相差180°的两个柱塞组件为一对,这两个柱塞组件的运动规律完全一致。
配流原理如图12~13所示。取4个相邻的柱塞组件i、j、k和l 进行说明;取左封闭容腔进行说明。
初始时周向转动角度为0度,此时柱塞组件l处于行程的最左端, 其对应的封闭容腔容积最小,柱塞组件j处于行程的最右端,其对应 的封闭容腔容积最大。此时柱塞组件i对应的通油口e和柱塞组件k 对应的通油口g与配流轴上的配流窗口完全不沟通。柱塞组件j对应 的通油口f和柱塞组件l所对应的通油口c与配流轴上的配流窗口完 全沟通。
在0度向22.5度转动的过程中,配流轴与导轨组件发生顺时针 转动,柱塞组件i向右轴向直动,柱塞组件j向左轴向直动,柱塞组 件k向左轴向直动,柱塞组件l向右轴向直动。进而,柱塞组件i对 应的左封闭容腔容积逐渐增大,并且其对应的通油口e与配流窗口a逐渐沟通直至完全沟通,油液被吸入左封闭腔。柱塞组件j对应的左 封闭容腔容积逐渐变小,并且其对应的通油口f与配流窗口d始终处 于完全沟通的状态,油液通过配流窗口d被压出左封闭腔,进入配流 轴的通孔流道,从右侧的大配流窗口排出。柱塞组件k对应的左封闭 容腔容积逐渐变小,并且其对应的通油口g与配流窗口d逐渐沟通直 至完全沟通,油液通过配流窗口d被压出左封闭腔,进入配流轴的通 孔流道,从右侧的大配流窗口排出。柱塞组件l对应的左封闭容腔容 积逐渐增大,并且其对应的通油口h与配流窗口c始终处于完全沟通 的状态,油液被吸入左封闭腔。
在22.5度向45度转动的过程中,柱塞组件i持续向右轴向直动, 柱塞组件j持续向左轴向直动,柱塞组件k持续向左轴向直动,柱塞 组件l持续向右轴向直动。进而,柱塞组件i对应的左封闭容腔容积 持续增大,并且其对应的通油口e与配流窗口a继续保持完全沟通的 状态,油液被吸入左封闭腔。柱塞组件j对应的左封闭容腔容积持续 逐渐变小,并且其对应的通油口f与配流窗口d的沟通面积从完全沟 通逐渐减小至完全不沟通的状态,油液通过配流窗口d被压出左封闭 腔,进入配流轴的通孔流道,从右侧的大配流窗口排出。柱塞组件k 对应的左封闭容腔容积持续逐渐变小,并且其对应的通油口g与配流 窗口d持续保持完全沟通的状态,油液通过配流窗口d被压出左封闭 腔,进入配流轴的通孔流道,从右侧的大配流窗口排出。柱塞组件l 对应的左封闭容腔容积持续逐渐增大,并且其对应的通油口h与配流 窗口c从完全沟通减小至完全不沟通的状态,油液被吸入左封闭腔。 此时柱塞组件i处于行程的最右端,其对应的封闭容腔容积最大;柱 塞组件k处于行程的最左端,其对应的封闭容腔容积最小。
在45度向67.5度转动的过程中,柱塞组件i向左轴向移动,柱 塞组件j向左轴向直动,柱塞组件k向右轴向直动,柱塞组件l向右 轴向直动。进而,柱塞组件i对应的左封闭容腔容积减小,并且其对 应的通油口e与配流窗口a继续保持完全沟通的状态,油液通过配流窗口a被压出左封闭腔,进入配流轴的通孔流道,从右侧的大配流窗 口排出。柱塞组件j对应的左封闭容腔容积持续逐渐变小,并且其对 应的通油口f与配流窗口a逐渐开始沟通直至完全沟通,油液通过配 流窗口a被压出左封闭腔,进入配流轴的通孔流道,从右侧的大配流 窗口排出。柱塞组件k对应的左封闭容腔容积逐渐变大,并且其对应 的通油口g与配流窗口d持续保持完全沟通的状态,油液被吸入左封 闭腔。柱塞组件l对应的左封闭容腔容积持续逐渐增大,并且其对应 的通油口h与配流窗口d逐渐开始沟通直至完全沟通,油液被吸入左 封闭腔。
在67.5度向90度旋转的过程中,柱塞组件i持续向左轴向移动, 柱塞组件j持续向左轴向直动,柱塞组件k持续向右轴向直动,柱塞 组件l持续向右轴向直动。进而,柱塞组件i对应的左封闭容腔容积 持续减小,并且其对应的通油口e与配流窗口a从完全沟通逐渐减小 至完全不沟通的状态,油液通过配流窗口a被压出左封闭腔,进入配 流轴的通孔流道,从右侧的大配流窗口排出。柱塞组件j对应的左封 闭容腔容积持续逐渐变小,并且其对应的通油口f与配流窗口a持续 保持完全沟通的状态,油液通过配流窗口a被压出左封闭腔,进入配 流轴的通孔流道,从右侧的大配流窗口排出。柱塞组件k对应的左封 闭容腔容积逐渐变大,并且其对应的通油口g与配流窗口d从完全沟 通减小至完全不沟通的状态,油液被吸入左封闭腔。柱塞组件l对应 的左封闭容腔容积持续逐渐增大,并且其对应的通油口h与配流窗口 d持续保持完全沟通的状态,油液被吸入左封闭腔。此时柱塞组件l 处于行程的最右端,其对应的封闭容腔容积最大;柱塞组件j处于行 程的最左端,其对应的封闭容腔容积最小。
当转角达到90度时,一个柱塞组件完成一个周期的吸排油过程, 其对应的右封闭容腔工作状态变化与左封闭容腔相反。一个柱塞组件 的左右封闭容腔交替进行吸排油,在一个90度的周期内,一个柱塞 组件完成一次吸排油,整泵有8个柱塞组件,因此完成8次吸排油。 在电机旋转一周的过程中,整泵完成32次吸排油。在8个柱塞组件 中,周向相差180°的两个柱塞组件为一对,这两个柱塞组件的运动规 律完全一致。
在电机旋转过程中,柱塞组件i与柱塞组件k始终保持相反的轴 向往复运动,柱塞组件j与柱塞组件l始终保持相反的轴向往复运动, 又因为在8个柱塞组件中,周向相差180°的两个柱塞组件为一对,这 两个柱塞组件的运动规律完全一致,所以周向相差90°的两对柱塞组 件在导轨的约束下始终保持反向往复运动,从而实现轴向惯性力平衡。
在8个柱塞组件中,周向相差180°的两个柱塞组件为一对,这两 个柱塞组件的运动规律完全一致。如图(13)所示,柱塞组件j为例, 其周向相差45°,因此其流量变化曲线相位相差45°,又因为单个柱 塞组件的流量变化周期为90度,因此两柱塞组件的流量变化曲线叠 加后是一条直线。整泵包括8个柱塞组件,周向相差180°的两个柱塞 组件为一对,周向相差45°的2对柱塞组件的运动,使它们所对应的 流量相位相差45°,又由于单个柱塞组件对应的流量周期为90°,从 而消除结构性流量脉动,减小整体脉动。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列 举,本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式, 本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想 到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种轴配流式双作用轴向柱塞泵,其特征在于:包括沿轴心线依次且同轴设置的前端盖(1)、泵壳(2)和后端盖(3),前端盖(1)、泵壳(2)和后端盖(3)之间形成的腔体内设有泵芯组件(4);
所述泵壳(2)呈圆筒状,泵壳(2)上从左至右依次设有低压进油口(21)和高压出油口(22);泵壳(2)内壁对应低压进油口(21)的位置设有第二环形槽(23),低压进油口(21)沟通第二环形槽(23);泵壳(2)内壁对应高压出油口(22)的位置设有第三环形槽(24),高压出油口(22)沟通第三环形槽(24);
所述泵芯组件(4)包括缸体组件(41)、柱塞组件(42)、配流轴(43)和导轨组件(44);导轨组件(44)的轴心线与泵壳(2)的轴心线重合,导轨组件包括两个相背贴合设置的左导轨(44A-1)和右导轨(44A-2),左导轨(44A-1)和右导轨(44A-2)在轴心线方向的投影呈圆环状,左导轨(44A-1)和右导轨(44A-2)相互靠近的一侧表面为平面,左导轨(44A-1)和右导轨(44A-2)相互远离的一侧表面为空间凸轮曲面,空间凸轮曲面由等加速等减速曲线构造而成,等加速等减速导轨曲线设有多个波峰和多个波谷,波峰的数量等于波谷的数量;左导轨(44A-1)的波峰与右导轨(44A-2)的波谷对应,即左导轨(44A-1)上的最高点与右导轨(44A-2)上的最低点对应;
左导轨(44A-1)和右导轨(44A-2)的中心孔内设有方形键(44C),左导轨(44A-1)与右导轨(44A-2)的相互靠近的一侧表面上开设有斜面槽(44D),斜面槽(44D)内设有楔块(44B),楔块(44B)两端分别安装在斜面槽(44D)和配流轴(43)的径向圆孔(43D)中;
所述配流轴(43)呈圆柱状,配流轴(43)安装在左导轨(44A-1)和右导轨(44A-2)的中心孔内,配流轴(43)的右端向右穿出后端盖中心的第一通孔(33);配流轴(43)的中部设有与导轨(44A)的方形键(44C)相嵌合的凸台,凸台上设有与楔块(44B)相配合的径向圆孔(43D);配流轴(43)上沿周向均布有多个通孔流道(43A),通孔流道(43A)的轴心线平行于配流轴(43)的轴心线;配流轴(43)上且位于第一凸台的左右两侧分别设有一组矩形配流窗口,每组矩形配流窗口包括多个大窗口(43B)和多个小窗口(43C),大窗口(43B)和小窗口(43C)沿周向交错设置,大窗口(43B)和小窗口(43C)分别与对应的通孔流道(43A)相沟通;
所述缸体组件(41)包括与泵壳(2)同轴设置的左侧缸体(411-1)和右侧缸体(411-2),左侧缸体(411-1)与右侧缸体(411-2)结构相同,且朝向相反的设置在导轨组件(44)的左右两侧;
左侧缸体(411-1)的中部沿周向均布有多个径向贯通的圆形低压流道(411A),左侧缸体(411)的外壁和内壁与圆形低压流道(411A)相对应的位置分别开有第五环形槽(411B)和第六环形槽(411C),第五环形槽(411B)和第六环形槽(411C)分别沟通圆形低压流道(411A)的进油口和出油口;左侧缸体(411)的左端面沿周向均布有多个轴向贯通的沉头通孔(411D),沉头通孔(411D)与圆形低压流道(411A)错位设置;左侧缸体(411-1)的左部沿周向开有多个径向贯通的通油口(411E),通油口(411E)与沉头通孔(411D)相沟通;左侧缸体(411)的左端面还设有两个相差180°的销孔(411F),两个相差180°的漏油口(411G);左侧缸体(411-1)的右端设有沿左侧缸体(411-1)轴向凸出的环形凸台,环形凸台上开有多个周向均布的矩形槽(411J);左侧缸体(411)的外周壁上还设有用于安装密封圈的第七环形槽(411H)和第八环形槽(411I);
左侧缸体(411-1)与右侧缸体(411-2)之间通过定位销(413)相连接,定位销(413)呈圆柱状,定位销(413)从左至右依次分为第一段、第二段和第三段,第二段上设有两个凸缘(413A),两个凸缘(413A)分别与左侧缸体(411-1)、右侧缸体(411-2)上的销孔(411F)相配合;左侧缸体(411-1)、右侧缸体(411-2)上沉头通孔(411D)远离导轨组件(44)的一端设有堵头(412),所述堵头(412)呈圆柱状,堵头(412)上开有用于安装密封圈的第九环形槽(412A);
所述前端盖(1)的右端面与左侧缸体(411-1)的堵头(412)相对应的位置开有第一圆形盲孔(11);前端盖(1)的右端面与漏油口(411G)相对应的位置开有漏油孔(12),漏油孔(12)与左侧缸体(411)的漏油口(411G)连通;前端盖(1)的外周壁设有用于安装密封圈的第一环形槽(13);
所述后端盖(3)的左端面与右侧缸体(411-2)的堵头(412)相对应的位置开有第二圆形盲孔(31),后端盖(3)的外周壁设有用于安装密封圈的第四环形槽(32);后端盖(3)中心开有第一通孔(33),后端盖(3)的右端面开有多个周向均布的沉头孔(34),沉头孔(34)通过螺栓连接泵壳(2),后端盖(3)的右端面上还开有多个周向均布的第二通孔(35),第二通孔(35)用于连接工装;
左侧缸体(411-1)、右侧缸体(411-2)之间的沉头通孔(411D)内设有柱塞组件(42);所述柱塞组件(42)包括柱塞(42A)、圆柱滚轮(42B)、滚针(42C)和销轴(42D);柱塞(42A)包括桁架(42E)和连接在桁架(42E)左右两端的柱塞体,桁架(42E)上左右对称开有销孔,销孔的轴线沿泵壳(2)的径向设置,销孔内安装有销轴(42D),销轴(42D)上安装有滚轮(42B);桁架(42E)上左右两个滚轮(42B)分别与左导轨(44A-1)、右导轨(44A-2)的空间凸轮曲面接触;桁架(42E)左右两端的柱塞体分别设置在左侧缸体(411-1)、右侧缸体(411-2)的沉头通孔(411D)内;
左侧缸体(411-1)的堵头(412)、左侧缸体(411-1)的沉头通孔(411D)、位于柱塞(42A)左端的柱塞体,三者形成左封闭容腔;右侧缸体(411-2)的堵头(412)、右侧缸体(411-2)的沉头通孔(411D)、位于柱塞(42A)右端的柱塞体,三者形成右封闭容腔;左封闭容腔、右封闭容腔的容积随柱塞(42A)的往复运动变化,当柱塞(42A)从最左端往最右端轴向运动时,左封闭容腔容积逐渐变大,右封闭容腔容积逐渐减小;相反,当柱塞(42A)从最右端向最左端轴向运动时,右封闭容腔容积逐渐变大,左封闭容腔容积逐渐减小;
左侧缸体(411-1)上沉头通孔(411D)、通油口(411E)、矩形槽的数量分别是所述等加速等减速导轨曲线中波峰波谷数量之和的两倍;配流轴(43)上通孔流道(43A)的数量等于所述等加速等减速导轨曲线中波峰波谷的数量之和;每组矩形配流窗口中大窗口(43B)的数量等于所述等加速等减速导轨曲线中波峰的数量,小窗口(43C)的数量等于所述等加速等减速导轨曲线中波谷的数量;
油液从低压进油口(21)进入泵芯组件(4)的低压流道(411A),柱塞组件(42)在缸体组件(41)与导轨组件(44)的约束下,进行轴向往复直线运动,左封闭容腔、右封闭容腔的容积不断发生变化;容积增大的封闭容腔对应的通过通油口(411E)沟通圆形低压流道(411A),圆形低压流道(411A)与低压进油口(21)沟通,利用负压将油液吸入;容积减小的封闭容腔的通油口(411E)沟通圆形高压流道,油液从圆形高压流道进入泵壳的第三环形槽(24),进而从泵壳(2)的高压出油口(22)将油液排出。
2.如权利要求1所述的一种轴配流式双作用轴向柱塞泵,其特征在于:所述等加速等减速导轨曲线设有两个波峰和两个波谷,左侧缸体(411-1)上沉头通孔(411D)、通油口(411E)、矩形槽的数量分别为八个,圆形低压流道(411A)的数量为六个;配流轴(43)上的通孔流道(43A)数量为四个,每组矩形配流窗口包括两个大窗口(43B)和两个小窗口(43C)。
3.如权利要求1所述的一种轴配流式双作用轴向柱塞泵,其特征在于:所述销轴(42D)与滚轮(42B)之间设有多个滚针(42C)或滚珠。
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