CN1329697A - 滚珠螺杆驱动泵 - Google Patents

Abstract

一种用于使一装置的可逆液压致动的泵。上述泵由缸体和一个活塞组成,上述活塞放置在上述缸体内,并通过一个设置在心轴上并连接到活塞上的滚珠螺杆套环实现在上述缸体内的直线运动。上述活塞的杆是空心的,以便在借助于套环沿着上述心运动以驱动活塞时接受心轴。一密封件设置在上述活塞杆的自由端,该活塞密封地与上述缸体的壁相接合,在上述缸体一端设置密封件以便使缸体密封地与上述活塞杆接触。本发明的另外的特征在于在活塞的端部和缸体的端部之间提供了可压缩的工作流体,以便工作流体的膨胀能够减少使活塞移出缸体所要求的功,但是当系统松缓时,可压缩工作流体提供了额外的阻力于是产生一个平稳的运动。

Description

滚珠螺杆驱动泵

本发明涉及一种流体泵，特别涉及一种可以适于提供基本均匀稳定的流体流动速度的流体泵。

虽然下面给出了对于用于民用升降机的液压驱动的流体泵的申请的说明，但是从本发明的说明书可以看出本发明用途很广，它既可以用于在泵送工作流体的过程中对控制泵送、稳定的工作流体有要求的场合，也可以用于由泵与一种液压装置一起实现液压驱动的场合，以便当泵在正、反方向运动时液压装置上有位移，泵与液压装置的相互连接能形成一种封闭式系统。

此外，本发明还可用于任何机械动作，这种机械动作要求在规定的时间内和在给定的负载条件下油或其它液压工作流体有单一主动运动的规定量，并受到在电气或电子动作排序和确定装置的作用下发生的液体流动的控制。

目前，民用升降机的驱动是通过将油液压入液压缸，以升高或降低升降机的往复泵实现的。该泵一般潜没在密封箱的储油罐中。这种工作方式对油量的要求很大，因为正如我们在同时提出的申请的中所说明的那样，液压缸出于安全的原因而比较大，因此容量也大。此外油液被压入缸体的压力也大，因此放置泵的密封油箱是一种难以管理，又很重的器件。

往复泵有一些弊端。首先，泵的往复动作常常在工作流体经过泵的叶轮时把谐波脉冲带入工作流体中。当往复泵被用于民用升降机中时，往复泵的这种内在缺陷限制了能够被泵送的可压缩工作流体的种类，因为谐波脉冲被工作流体本身的作用所阻尼，不能通过工作流体被传送到被供给工作流体的液压缸里。在其它情况中，往复式流体泵由于这个原因而不被采用。此外，液压工作流体中的谐波脉冲常常会表现为升降机室中的噪声，这种升降机室中的噪声往往需要采用消声设备才能降低。

第二，往复泵与一般的往复式机械一样噪声很大，顾客讨厌噪声，居民区的严格噪声限制规定使得放置泵的油箱必须远离升降机在其中上升运动的竖井，通常只能装设在一种能限制所产生的噪声的单独建筑物内。

第三，油液的压缩性需要有一种能控制流入缸体的油液流量速度的阀/排油设计。鉴于油液压缸体中的压缩性常常大得足以使得升降机在乘客靠近某个特定楼层进出升降机室会明显增加或减少高度时，这一点很重要。这种阀的设计或其它合适的工作流体压缩补偿装置通常被用来防止乘客在升降机内不必要地受到惊吓。由于油液的压缩特性取决于周围温度，这一问题变得更加严重。在许多情形下，需要采用复杂的电子装置来控制一个与泵马达相连接的补偿装置，以便控制进入缸体和从缸体中出来的油液的流动速度，从而确保升降机室高出某个基准水平位置而不受到机室承受负载的突然增加或减少的影响，而且还确保机室在靠近某一楼层时的加速和减速是逐渐进行而不是快速进行的，以免升降机内的乘客受到颠簸。

第四，由于往复装置中和泵的叶轮与油液之间接触面的摩擦损失，也由于会产生大量的热和噪声，往复泵的效率显著较低。

在许多用途和在上述民用升降机范围中，液压工作流体通常是油。油的可燃性具有火灾危险，尤其在民用环境中，因此就需要采用一种有效密封的系统来防止漏油。这就增加了设备的总成本。

本发明的目的是克服上述缺点，并提供一种能在对与泵相连接的装置有压力的情况下提供稳定的的工作流体。

本发明的另一个目的是提供一种能够泵送一些可压缩的和基本上不可压缩的液体中的任何一种液体，而不会在泵送过程中把谐波脉冲传到液体上去。

按照本项发明的第一个方面，提供了一种用于使一装置的可逆液压致动的泵，上述装置和泵一起形成一个封闭液压系统，上述泵由缸体组成，上述缸体内放置一个能在缸体内作直线运动的活塞，上述泵还有一个与上述装置连接的工作流体出口，上述装置的致动是通过上述活塞从上述缸体中缩回或被压入上述缸体时实现的，其特征在于，上述活塞的直线运动是通过旋转驱动一个或另外的滚珠螺杆套环以及与套环连接的心轴而实现的，上述活塞与另一个非驱动的部件相连接。

优选的是，上述心轴被旋转驱动，上述滚珠螺杆套环与上述活塞连接，以便当上述套环沿着心轴运动时，上述活塞在上述缸体内运动。

优选的是，上述缸体一端的密封件与上述活塞杆接触，以防止工作流体漏出，而且活塞自由端的密封与缸体壁接触，因此工作流体保持在由缸体壁、活塞杆以及上述密封所限定的腔室内。

更加优选的是，上述缸体壁上一个工作流体出口，该出口位于上述与活塞杆连接的密封和缸体壁之间，因此当活塞从缸体中缩回时，工作流体通过上述出口从缸体排出。

在一种最佳的型式中，缸体中充有一种压缩气体，在活塞被推出时这种气体在活塞头与缸体的自由端之间进行压缩，在活塞被缩回时这种气体可以进行扩张。

这种特殊的设计在一些不同的方面是有好处的。首先，当泵活塞在泵缸体内处于完全伸入的状态，而且泵与伸缩性缸体一起使用，把工作流体压入伸缩缸体，实现液压运动时，泵缸体中的压缩气体处于一种最大压缩状态，因为泵活塞头几乎与泵缸体的自由端的内表面接触。因此，压缩气对泵活塞产生一种回复性力，并帮助泵活塞从泵缸体上缩回。压缩气对泵活塞进行的“突跳式起动”能降低驱动心轴或套环和实现液压运动所需的马达额定功率。

再者，当活塞伸入缸体内时，不要求有功率更大的马达对可压缩气体进行压缩工作，因为当泵与一个系统在处于自然放松时，例如在重力作用下，一起使用时，会迫使液压工作流体回到泵中，压缩可压缩气体所需要的附加功率是在该系统的自然放松过程中产生的。

更优选的情况是工作流体出口与一个液压驱动的装置的缸体相连接，最优选的情况是能提供一种封闭的系统，从而液压装置的运动是当活塞从缸体上缩回或压入缸体时实现的。

优选的是泵能与液压缸相连以实现民用升降机的运动。

还有更优选的是所使用的液压工作流体是水。

优选的是泵在使用中是垂直放置的，以最大限度地减少心轴被旋转驱动时重力对心轴的影响(这可能会使心轴颤振或摆动)。

根据前面的介绍，可以看到一种得到很大改进的流体泵已研制出来，首先因为马达的旋转运动通过滚珠螺杆的作用被能变成一种直线运动，而不是直接传至工作流体上，这确保工作流体能平稳地流入缸体和从缸体中流出，其次因为工作流体是水，工作流体的压缩影响被大大降低。

本发明的理想体现是，该泵的滚珠螺杆具有一种机械上的优点，因而不要求驱动马达为驱动心轴提供一个大的力矩。

本发明的一个具体实施例将在下面通过示例和参阅附图加以说明。

图1示出的是根据本发明制造的泵的剖视图。

图2示出的是图1中的泵，放在靠近一台液压驱动的民用升降机缸的附近。

图3a，3b示出的是根据本发明制造的泵的剖面，活塞分别从缸体上完全缩回和完全伸入缸体中，以及

图4示出的是说明工作流体传输系统的回路示意图，图中本发明的泵与伸缩液压缸配用，以驱动升降机室。

先看图1，此图示出的是本发明的泵20，泵上配有液压缸1，在液压缸1中布置的一个能沿着缸体中的轴作直线移动的空心园柱形活塞2。活塞的自由端上有活塞头4，活塞头4为活塞2封顶，并在其园柱形表面上有密封3，密封3与缸体上的内表面摩擦接触。

缸体1上还有密封压盖5，此压盖被固定在靠近缸体开端的缸体内表面上，一些环形密封压盖6被放在密封压盖中，与柱形活塞2的外表面接触。此外，密封压盖6、活塞2的外表面、缸体1的内表面和活塞密封3形成了环形腔室22，在此腔室中有液压工作流体，优选工作流体是水。

在活塞的另一端是活塞头4，在缸体1的外面，在密封压盖5的后面是一根导向管10，此管固定在区域24中的缸体的外表面上。滚珠螺杆套环7和心轴9置于导向管10中，而套环7则与区域26中的活塞的外表面牢固连接。

心轴9有自由端9A和另一端9B，另一端9B放置在轴承套11中，轴承套11放置在轴承壳12中，轴承壳插在导向管的端头中，缸体与导向管端头的相对连接。轴承组13(规格71910-RS1、61911-RS1、81210)也放置在轴承套与轴承壳之间，这个组件与制动马达(额定为750瓦3相4极)在联轴节15处通过齿轮箱16连接起来，齿轮箱能使马达的旋转速度降至可接受的水平并增大马达传给心轴9的扭矩。

在使用中，制动马达17通过旋转驱动心轴9，使其按顺时针和逆时针方向运动，滚珠螺杆套环7在导管10内沿着心轴作直线运动。这种直线运动被传至与套环连接的活塞2上，然后工作流体或者通过缸体外表面中的喷嘴28从腔室22中流出或流入该腔室，喷嘴是与腔室22相连接的。采用滚珠螺杆确保了工作流体能顺利平稳地流入缸体和从缸体流出，这在泵被用来驱动民用升降机的液压缸的用途中具有很大的优点。

这种民用升降机在图2中示出，一般在30位置上标出。图上显示的缸体结构就是我们共同的申请的用途的实质性内容。

泵20与邻近的液压缸32平行放置，以最大限度地减少重力对导管10内的心轴9的旋转产生的影响。需要指出的是图2中的泵20和缸体32的尺寸不成比例是无关的，该图仅提供所希望的结构的示意图。

工作流体软管34把缸体32与泵20连接起来，可以看出由于形成了一种封闭的工作流体系统，活塞在泵内的任何运动都会影响到缸体32相应的运动情况，最终升降机室36通过升降机轴40中的支撑块38被缸体32撑起。还应提及的是泵和缸体几乎可以靠近放置，因为在使用中，泵的所有外表保持不动的状态。因此就有可能提供一个外罩，在外罩可以放置泵和缸体，从而最大限度地减少泵/缸体结构所需的空间，并缩短需要用来连接泵和缸体的工作流体软管34的长度。

至于图3a、3b，在缸体自由端29的内表面和活塞头4限定的可变容量腔室51中提供可压缩的工作流体50的优点将能立即实现。马达17把活塞2推入缸体1所需的功率不因提供可压缩的工作流体50而增大，因为在图2中示出的布置中，升降机室的重量提供的回压自然地帮助把液压工作流体吸回到缸体中去，而且由于可压缩的工作流体，马达17把活塞2从缸体1上缩回以及把来自缸体的液压工作流体压回到升降机室驱动装置中去所需要的功率也被降低，如图3b中所示被压缩，能帮助活塞2通过对活塞头4上产生液力静压而从缸体1上缩回。一种可压缩的，象氮气一样的惰性气体将适合用作压缩工作流体。初始充气压力可在12巴范围内，这将能提供180kgf的“突跳式起动”力。

在如上所述的泵缸体中提供压缩工作流体的另一好处是，泵和与其相连接的液压驱动装置的操作速度能更大。

理想的是，缸体内充入可压缩工作流体可以通过一种单向、单操作阀52，例如一种易熔阀来实现。

最后关于图4，图中示出了由工作流体传输单元102组成的工作流体传输系统100，工作流体传输单元如上面所介绍的那样，在单元中供有压缩工作流体104以帮助也在其中提供的液压工作流体106的排出。液压工作流体106经过一只止流阀108和/或一个可以通过杆112手动操作的紧急下降阀110。该液体然后经过压力补偿固定流量控制阀114流入伸缩曳引缸体116，该缸体的类型如上所示，并在我们共同申请的专利号GB9826452.6中作更详细的介绍。

Claims (13)

1.一种用于使一装置的可逆液压致动的泵，上述装置和泵一起形成一个封闭液压系统，上述泵由缸体组成，上述缸体内放置一个能在缸体内作直线运动的活塞，上述泵还有一个与上述装置连接的工作流体出口，上述装置的致动是通过上述活塞从上述缸体中缩回或被压入上述缸体时实现的，其特征在于，上述活塞的直线运动是通过旋转驱动一个或另外的滚珠螺杆套环以及与套环连接的心轴而实现的，上述活塞与另一个非驱动的部件相连接。

2.按照权利要求1的泵，其特征在于，上述心轴被旋转驱动，上述滚珠螺杆套环与上述活塞连接，以便当上述套环沿着心轴运动时，上述活塞在上述缸体内运动。

3.按照任何一个上述权利要求的泵，其特征在于，上述活塞包括一个杆，杆和上述心轴两者中有一个是空心的，以便在心轴和活塞杆作轴向相对运动时接纳相互另外的部件。

4.按照权利要求3的泵，其特征在于，上述活塞杆在它在缸体内运动时接在其中接受心轴。

5.按照任何一个上述权利要求的泵，其特征在于，上述缸体一端的密封件与上述活塞杆接触，以防止工作流体漏出，而且活塞自由端的密封与缸体壁接触，因此工作流体保持在由缸体壁、活塞杆以及上述密封所限定的腔室内。

6.按照权利要求5的泵，其特征在于，上述缸体壁上一个工作流体出口，该出口位于上述与活塞杆连接的密封和缸体壁之间，因此当活塞从缸体中缩回时，工作流体通过上述出口从缸体排出。

7.按照任何一个上述权利要求的泵，其特征在于，上述缸体内有两种工作流体，但在不同的缸腔内，因而两者互相密封隔开，一种工作流体基本上是不可压缩的，并会从上述缸体上排出，引起上述装置的可逆运动，上述泵借助与正向的活塞运动与装置连接；受到压力的第二工作流体在本质上是可被压缩的，当不可压缩工作流体通过活塞的反向运动注入缸体时上述第二工作流体的压缩就会发生，整个作用是一个平衡补偿的作用。

8.按照权利要求7的泵，其特征在于，上述活塞头密封接触缸体壁，部分地形成缸腔，缸腔的容量随着活塞在缸体内运动而发生变化。

9.按照任何一个上述权利要求的泵，其特征在于，泵和与民用升降机连接的液压缸配用。

10.按照任何一个上述权利要求的泵，其特征在于，使用的液压工作流体是水。

11.按照任何一个上述权利要求的泵，其特征在于，上述泵在使用中是垂直放置的，以最大限度地减少心轴被旋转驱动时重力对它的影响。

12.按照任何一个上述权利要求的液压运动装置和泵的组合，其特征在于，在工作流体从泵缸体中排出运动后，所产生的全部能量要大于上述运动之前的能量。

13.按照权利要求9进行的组合，其特征在于，上述装置受制于使上述装置恢复到运动前位置的力度，由于缸体内可压缩工作流体的同时膨胀，使在致动过程中克服这一力度所需的工作量大大减少。

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