CN1932286A - 泵传动装置 - Google Patents

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CN1932286A CNA2006101101823A CN200610110182A CN1932286A CN 1932286 A CN1932286 A CN 1932286A CN A2006101101823 A CNA2006101101823 A CN A2006101101823A CN 200610110182 A CN200610110182 A CN 200610110182A CN 1932286 A CN1932286 A CN 1932286A
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Abstract

泵传动装置具有多个缸，其轴线围绕曲轴以包含预先确定的转角地配置，并且其活塞分别与支承在曲轴的曲柄上的连杆作用连接，其中，每个连杆都支承在各自的曲柄上，并且该曲柄相互间具有一个预先确定的转角移位，曲柄的这个转角移位在与缸轴线包含的转角的协调中被选择，以便当曲轴之一回转时，在两个－依次连续操作的缸活塞之间的相移位是相同的。

Description

泵传动装置
技术领域
本发明涉及一种带有多个工作缸的泵传动装置，缸的轴线围绕曲轴以包含预先确定的转角的配置，并且缸的活塞分别与支承在曲轴的曲柄上的连杆作用连接。
背景技术
多缸泵传动装置应用在输送大输送流量的程序泵中或在高压力的情况中。其中，作为泵头，大多数考虑应用膜片泵头。由于其中所使用的膜片只具有有限的偏移能力，故对于大的输送体积来说必需具有很大直径的膜片泵头。这样，当很大的膜片泵头应用一个多缸泵传动装置并被驱动时，致使所述泵头定位件之间的间距或者缸之间的间距就必须足够大。在传统的泵传动装置中，所述的单个的缸一般是平行设置的，并且水平地支承在一个同样水平设置的曲轴上。在这种情况下，在泵头的连接区域中，较大的缸之间的间距就意味着在曲轴上存在有大的轴承间距。在多缸及大泵头情况下，曲轴就必须构造为与之相应地长结构。反过来，这就又要求曲轴具有特别的性能、尤其是关于曲轴的稳定性和抗弯刚度。并且由于所述多缸泵高的位置需求，致使在生产和仓库保管方面产生了高额成本。因此产生了有关发展效率高的且具有较小位置需求的泵传动装置的一些研究。
在德国实用新型文件的EG8521520.1U1中公开了一种多缸-膜片泵，其中缸活塞支承在曲轴的单个偏心轮上。同时，这些单个的缸是星形地围绕曲轴配置的。曲轴本身则与所述的缸相对应而比较短。为了实现上述的单个缸的部分输送流的均匀叠加，则所述的缸相互间均匀分布在转角为360°的圆周上。但是，所述缸的星形配置结构导致了明显的缺陷。一方面，由于上述的结构，致使该整个的泵是比较向外突出的，并且泵的位置需求也总是难以达到令人满意的程度，另一方面，对于一个安装好的泵，到达位于背侧的缸的接近性明显地受到了限制。另外，铺设管道还要求特别昂贵的费用。
发明内容
针对这一技术背景，本发明的目的是，提供一种泵传动装置，其具有特别紧凑的结构，并且在很好地接近单个缸的同时还具有较短的曲轴。
这一目的是通过一种具有多缸的泵传动装置解决的，缸的轴线围绕曲轴以包含预先确定的转角地配置，并且其活塞分别通过支承在曲轴的曲柄上的连杆被铰接，其中，每个连杆都支承在各自的曲柄上，并且该曲柄相互间具有预先确定的转角移位，按照本发明，这些曲柄的转角移位在与缸轴线包含的转角的协调中被选择，以便当曲轴之一回转时，在两个依次操作的缸活塞之间的相移位是相同的。
其中，缸轴线包含的转角是在垂直于曲轴的纵轴线的平面上的投影中看出的。事实上，缸轴线是不相交的，因为连杆在相应曲柄上的连接点是沿着曲轴的纵轴线被移位的。但是，在投影图中所述缸轴线是在曲轴中相交的并且从所述曲轴辐射状地伸出。在缸轴线之间的转角分布几乎是围绕曲轴被任意选择的。仅仅在两个相邻的缸轴线间的最小夹角是通过缸和要被连接的泵头的尺寸来预先确定的。不仅按规律安排的缸轴线转角的间隔的对称的结构配置是可能的，而且不对称的结构配置也是可能的。所述几何配置结构的各种可能方案提供的优点是，例如当它应该组合为一体，且在一个较复杂的设备中时，该泵可以适配于许多不同的结构条件。
为了使缸围绕曲轴的不对称的结构配置也可在曲轴的一个回转周期实现一个尽可能均匀的扭矩变化曲线，则曲柄相互间所处的转角是适配于缸的转角分布的。因此，其上支承了单个缸的连杆的曲柄必须围绕曲轴轴线的分别被相互地移位确定的转角。然而，如此选择在曲柄间的转角移位，以使在两个依次连续操作的活塞的工作循环间的相移位总是相同的。在三缸传动装置情况下，两个缸的工作循环之间的相位差，与缸的空间结构配置无关，亦即分别计为120°。在四缸传动装置情况下，则该相位差在两个依次连续操作的缸的情况下分别计为90°。以此方式就可确保，单个缸的部分输送流以均匀的方式叠加并且不会发生强烈的压力脉动。因此，通过曲柄的转角移位就可以采用缸轴线的任意的转角位置而实现一个均匀的输送流。
本发明的泵传动装置特别地适合于活塞膜片泵头的结构设置。为了实现活塞膜片泵头的无干扰运行，则优选的方式是水平设置的活塞轴线具有与之垂直定向的上下安置的阀门接头。由此，按此目的要求，曲轴是被垂直立置支承的，其中，缸轴线是从所述曲轴水平辐射状伸出。
活塞到连杆的铰接优选是通过一个交叉头实现，其接受连杆从曲轴传来的转动的移动分量。
用于单个连杆和缸的曲柄是沿曲轴的纵轴线分布设置的。在曲轴垂直支承的情况下，这意味着，连杆主轴承是相对地在高度上移位的，借助连杆主轴承，连杆分别支承在各自的曲柄上。在这种情况下，当连杆水平地从曲轴伸出时，连杆的外端部也是相对地在高度上移位的。在一个优选的实施方案的变型中，这个高度移位正好对应于连杆的厚度。曲柄是相互如此紧密设置的，以致于所述连杆是没有值得一提的空间分开地相对滑动的。当从连杆至交叉头和从交叉头到缸活塞的连接是在中心上时，因此缸轴线也发生相应地对应于连杆厚度的高度移位。因此，准确地说，缸轴线以扇形或类似于螺旋阶梯形地从曲轴引出。
作为优选，在本发明的泵传动装置中如此配置缸，以使由缸轴线包含的转角的总和小于或等于180°。因此缸轴线不是以圆形围绕曲轴分布的，而是只从曲轴起伸出在一个半空间中。这就意味着，优选方式是存在两个最外部的缸，其轴线相互包含一个小于180°的转角，或者所述轴线从曲轴起以相反对置的方向平行地引出。对于所述泵传动装置具有多于所述的两个最外部的缸的情况，这些缸是以扇形地分布在两个最外部的缸之间，同时没有缸轴线伸出到第二半空间中。尽管这个不对称的缸的分布通过曲柄的转角移位得以考虑，但是，这样也能实现一个均匀的输送流。在将泵安装到设备中时，将用于缸连接的空间限定到180°上是具有优点的，例如，为了维护工作，达到所有的缸都可以从一个侧面来。
作为优选，本发明的泵传动装置具有三个缸。在缸轴线之一在180°内分布的情况下，这些缸轴线可以相互间分别处于90°的转角的位置上。
但是，在一个特别优选的扩展结构的方案中，这三个缸轴线只是在90°的转角范围内分布，并且因此这些单个缸相互间分别处于45°的转角的位置上。这个结构方案能实现泵的一个更加紧凑的实施方案。而且，从一个侧面来的情况还可进一步地改善接近性。但是，按照特殊的要求，例如也可实现在30°或60°的转角条件下的结构配置或另外的转角组合的配置方案。
该泵传动装置例如可以借助一个蜗轮蜗杆传动装置或一个可直接联接在曲轴上的外部驱动电机被驱动。因此，在一个优选的扩展结构的方案中，该曲轴不仅具有一个用于所述外部电机传动装置的联接器，而且具有一个用于蜗轮蜗杆传动装置的连接装置。当泵传动装置被一个壳体包围时，按照目的要求，借助一个壳体的同样的基本变型就可实现两个驱动方案。因此，该蜗轮蜗杆传动装置可以被一体的组合在壳体中，同时外部的传动装置通过将曲轴加长而在外部安装到壳体上。然后，驱动电机为了驱动，可通过蜗轮蜗杆传动装置直接旁路地安装在壳体上，或者为了驱动，可通过外部的传动装置连接到壳体上。借助两种驱动方式，都可以产生适合于膜片泵的动程频率。所述动程频率一般低于250动程/每分钟。通过蜗轮蜗杆传动装置驱动的泵传动装置具有下述的优点，即可以通过蜗杆轴的连接将多个泵传动装置水平地链接起来。并且，也可在两个驱动方式中实现多个泵传动装置的垂直链接。为此，多个泵的曲轴可以相互联接起来。其中，不仅能实现泵头在相同侧面上的一种结构配置，而且能实现泵头在交变侧面上的一种结构配置。
在一个具有三个缸的优选实施例的变型中，该缸总共包含一个90°的夹角，则曲轴通过一个蜗轮蜗杆传动装置被驱动。优选地，如此安装驱动电机，使电机的轴线按其自然属性处在垂直于曲轴的位置上被，以使所述驱动电机的轴线与中间缸的轴线包含一个小于或等于135°的夹角。因此，缸和驱动电机是以扇形围绕曲轴配置的。当蜗杆在曲柄的附近连接在曲轴上时，则可以将曲轴构造得相应地短，并且能实现泵的特别紧凑扁平的结构形式。
在所有上述的实施例的变型中，缸件是分别在曲轴的纵向轴线的方向上产生一个连杆厚度的移位，并且所述移位不位于一个平面中。这种泵的连接必然导致费用的提，例如在铺设管道时。这种结构上的缺陷可以在一个优选的实施例中避免，由于其中的一个或多个连杆是被折弯设置的，以使所有连杆远离曲轴的外端部都位于一个平面中，同时，另一个端部按自然属性相邻地或者在垂直的曲轴上上下叠置地支承在曲轴上。对于一个三缸泵，需要至少两个这样被折弯设置的连杆，因此所有的远离曲轴的连杆的外端部都可以位于一个平面中。在另外一个优选的实施例的变型中，缸轴线的高度移位是通过下述方式避免的，即，连杆在中心外部连接到交叉头上，或者交叉头在中心外部连接在活塞上。按此方式就已经可以实现交叉头的运行轨道，且至少可以使缸活塞置于一个平面中。两个所述措施的组合方案也是符合目的要求的。
对于将连杆安装在曲轴上而言，所述曲轴优选是按照长度由至少两个构件组装构成。该分开构件按目的要求处于曲柄的区域内。因此扭矩传递通过一个形状吻合的轴-轮毂连接来确保。此外可能的实施方案是一个多齿-或多角形型廓或一个棱键结构。一种可分开的曲轴能实现将多个相同形式的连杆应用于所有的缸件，且至少是将具有相同构造的闭合主轴承的连杆应用于所有的缸件。因此仓库保管成本和生产成本都可以被降低或保持在较底水平。对于三缸或四缸的泵传动装置，曲轴至少由两个构件组装构成。在具有更大数量的缸件的情况下，则必需具有相应更多的构件。
在将一种不可分开的曲轴应用于具有至少三个缸的泵传动装置的情况下，优选是一个连杆的至少一个主轴承具有一个可分开的轴承套。因此在三缸传动装置的情况下，按目的要求该中间的连杆的主轴承被设计为可分开的结构。作为选择，将多于两个的连杆安装在一个不可分开的曲轴上也可以通过连杆主轴承的不同的直径来实现。特别是对于具有更多数量缸件的泵传动装置而言，一个可分开的曲轴与可分开的连杆主轴承或不同直径的连杆主轴承的组合方案也是很有意义的。在曲柄的两侧，曲轴本身优选是在其端部上被支承在至少两个主轴承中。其中既可考虑应用滑动轴承技术也可以应用滚动轴承技术。
按目的要求，泵传动装置安装在壳体中。壳体优选是由一个部件制成，并且为了将泵传动装置装配在底部和后侧壁上，在所述底部和背部各设有可封闭的开口。通过这些开口可以装配泵的内部结构(-leben)，亦即一件式或多件式曲轴和连杆的装配。
在一个优选的扩展结构方案中，缸的交叉头运行轨道和泵头定位件一体的组合在壳体中。因此，所述的单个的泵头定位件可以是相互连接的。所述结构的优点在于，即使在被密封的壳体开口情况下，在壳体中的压力差也可以被平衡，该压力差是通过交叉头和活塞的振荡式的运动产生的，但是在缸件之间可以产生必要的空气质量将其平衡。另外，这些相互连接的壳体容积在膜片泵头的特殊的结构变型的情况下可以作为液压油的贮存器。
本发明任务还通过一个具有本发明泵传动装置的泵解决。作为优选，在缸的泵头定位件上连接膜片泵头。
附图说明
下面参照附图中描述的具体实施例进一步地解释本发明。附图示意地表明：
图1是标注了围绕曲轴的转角分布的具有三个缸的泵传动装置；
图2是具有三个缸的泵传动装置并垂直安置之曲轴的水平截面图；
图3是图2所示的泵传动装置的垂直截面图；
图4是沿带曲柄的曲轴的纵轴线的垂直截面图；
图5是标明了曲柄的转角移位的曲轴的俯视图；
图6是具有缸轴线的对称转角分布的，及安装了膜片泵头的三缸泵传动装置的在中间缸端侧面上的主视图；
图7是沿具有折弯的连杆的曲轴的纵轴线的截面图；
图8是在具有折弯的连杆的曲轴端侧面上的俯视图；
图9是一个具有垂直曲轴和水平地安置在一平面中的多缸的泵传动装置的垂直截面图；
图10是从连杆到交叉头的连接在三个不同位置上的细节图；
图11是从交叉头至活塞的连接在三个不同位置上的细节图；
图12是一个具有垂直安置的曲轴和直接联接到曲轴上的外部传动装置及驱动电机的泵传动装置的垂直截面图；
图13是通过可分开曲轴的纵轴线的垂直截面图；
图14是具有一体组合到壳体中的交叉头运行轨道及泵头定位件的泵传动装置水平截面图。
具体实施方式
图1表明了从上方观看时本发明的具有三个缸11的泵传动装置10的一个可能的几何配置方案。所述缸11表明了从垂直定向的曲轴12水平辐射形地离开。在这个实施例中，缸11是对称配置的，并在垂直于曲轴12的平面上的投影中分别地相互间包含一个转角Wz。在图2中以更具体的方式描述了具有相同几何轮廓的泵传动装置10。附图的剖切平面是通过最上方支承的连杆15延伸的。而两个另外的连杆15是没有间隔地直接在最上方连杆15的下方被支承在曲轴12上。该垂直安置的曲轴12通过水平安置的蜗轮蜗杆传动装置18由驱动电机19驱动。在曲轴12上，三个连杆15分别支承在各自的曲柄14上。在所述三个连杆15的另外的远离曲轴12的端部上，它们被铰接在交叉头16上。这将使得连杆15的旋转运动转换为线性的运动。所述线性运动通过一个活塞杆传递到一个活塞13上。该活塞又连接到该被连接的泵头22的膜片上。该同一个实施例在图3中描述为垂直截面图。此处，这些上下相叠无间隔地支承在曲轴12上的连杆15是可以看到的。在图4中进一步以侧视图对曲轴12具有直接上下相叠安置的曲柄14的结构进行了详细描述。曲柄在所述视图4中表明了是被水平地移位的，但是事实上如在图5所示的俯视图中看出的一样，所述曲柄相互间具有一个转角移位Wk。这个转角移位Wk是适配于在缸之间的转角Wz的。在具有三个缸的对称的由图1和2描述的实施方案的变型中，适用的关系式为Wk＝120°-Wz，其中，Wk表示曲柄14的转角移位，并且Wz表示缸11的之间的转角。在具有相同结构形式的连杆和等同结构设置的交叉头运行轨道25，活塞13和泵头22情况下，泵头22相互间具有一个高度移位b，其对应于连杆的厚度。图6表明了在图1和2的实施方案的变型中，以中间的泵头的角度观看时地高度移位b。缸的该高度移位b使得本发明的泵传动装置的安装变得困难，并且因此导致了不必要地在垂直方向上提高的位置需求。为了避免这一缺陷，可以将一个或多个连杆15作折弯地结构设置，因此使所述的远离曲轴12的连杆端部全部地位于一个水平的平面中。图7表明了一个垂直曲轴12带有三个支承于其上的连杆，其中，中间的连杆设置为直线的结构，并且在该中间连杆的上边的和下边的连杆15都被折弯设置，以便使所有的端部都位于这个中间连杆15的平面A-A中。在图8中还再一次以在垂直立置的曲轴12上的俯视图表明了这点。两个外边的连杆中的折弯结构是通过线条24描述的。
一个另外的补偿该高度移位的可能的方案可以应用在图9-11表示的扩展结构的方案中。图9又表明了一个泵传动装置的垂直截面图。在截面图的中央可看到交叉头运行轨道25，并在其后边是以透视画法描绘的通向一相邻交叉头运行轨道的开口。尽管两个交叉头运行轨道上下重叠并支承在曲轴12的未折弯的连杆15上，但却位于相同的高度上。此处，高度移位b是如此被补偿的，即，连杆不是连接在交叉头的中心上，而是按照在曲轴上的位置，要么在交叉头16的中心的下方，要么在交叉头16的中心的上方连接到交叉头上。因此，支承在最下边曲柄14上的最下边的连杆15也就连接在交叉头16的中心下方的位置上。这可完全在图10的左侧的图中看出。在图10的中间的图中可看出，中间的连杆15连接在交叉头16的中心上。图10的右侧的图是最上边的连杆15，该最上边的连杆15对应地连接在交叉头16的中心上方的位置上。
图11表明了另一个实施方案的变型，其中，交叉头运行轨道25也具有一个高度移位。该高度移位在将运动传递到活塞13上时得以补偿，其中，所述活塞是相应地被铰接在交叉头中心的上方或下方。
泵传动装置10的驱动，可通过蜗轮蜗杆传动装置18或通过可直接联接在曲轴12上的借助驱动电机19的外部传动装置17实现。图12表明了对应于图2和3的实施方案的泵传动装置的垂直剖面图，但是，此处具有一个外部的传动装置17。该传动装置17联接在垂直支承的曲轴12的上端，且其上连接驱动电机19。
为了可以将多于两个的相同形式的连杆15安装在曲轴12上，在一个特别的实施方案中，曲轴12被设计为可分开的结构。图13表明了这种曲轴12的纵剖图。这个可分开的曲轴12位于曲柄14的区域内。该曲轴12是由三个构件12.1，12.2和12.3组装构成的。
图14表明了设置在壳体20中紧凑的泵传动装置10。这些单个的交叉头运行轨道25是通过壳体开口23相互连接的。这个实施方案变型，同样如图1-3所表明的，缸件具有在90°范围上的对称的转角分布。另外，驱动电机是相对于中间缸以转角135°配置。这个特殊的配置结构能实现本发明泵传动装置的特别紧凑的实施方案。按照所应用的泵头的参数，在缸件和驱动电机之间的夹角还可以选得更小些。

Claims (20)

1、泵传动装置(10)具有多个缸(11)，其轴线围绕曲轴(12)以包含预先确定的转角(Wz)地配置，并且其活塞(13)分别与支承在曲轴(12)的曲柄(14)上的连杆(15)作用连接，其特征在于：
每个连杆(15)都支承在各自的曲柄(14)上，该曲柄(14)相互间具有一个预先确定的转角移位(Wk)，并且这个转角移位(Wk)在与缸轴线包含的转角(Wz)的协调中被选择，以便当曲轴(12)之一回转时，在两个依次连续操作的缸(11)、活塞(13)之间的相移位是相同的。
2、按照权利要求1所述的泵传动装置，其特征在于：
活塞(13)通过交叉头(16)与连杆(15)连接。
3、按照前述的权利要求之一所述的泵传动装置，其特征在于：
在曲轴(12)的纵轴线方向上相邻的连杆(15)，以使它们相互间没有空间上分开地滑动而被支承。
4、按照前述的权利要求之一所述的泵传动装置，其特征在于：
由缸轴线所包含的转角(Wz)之总和小于或等于180°。
5、按照前述权利要求之一所述的泵传动装置，其特征在于：
它具有三个缸(11)。
6、按照权利要求5所述的泵传动装置，其特征在于：
两个相邻缸(11)的轴线分别包含一个45°的转角(Wz)，并且两个外侧的缸(11)的轴线包含一个90°的转角。
7、按照前述权利要求之一所述的泵传动装置，其特征在于：
曲轴(12)不仅具有联接装置以用于借助外部驱动电机(19)通过外部传动装置(17)进行驱动，而且具有连接装置以用于借助蜗轮蜗杆传动装置(18)进行驱动。
8、按照权利要求6或7所述的泵传动装置，其特征在于：
为了驱动该曲轴(12)，装备一个蜗轮蜗杆传动装置(18)，其驱动电机(19)，使其轴线垂直于曲轴的纵轴线安装，并且与中间缸的轴线包含一个小于或等于135°的转角。
9、按照前述权利要求之一所述的泵传动装置，其特征在于：
至少一个连杆(15)被折弯，以使至少两个连杆(15)的远离曲轴(12)的端部位于个垂直于曲轴的纵轴线的平面中。
10、按照前述权利要求之一所述的泵传动装置，其特征在于：
至少一个连杆(15)在交叉头中心的外部铰接在该交叉头(16)上。
11、按照前述权利要求之一所述的泵传动装置，其特征在于：
至少一个活塞(13)在交叉头中心外部铰接在交叉头(16)上。
12、按照前述权利要求之一所述的泵传动装置，其特征在于：
曲轴(12)按照长度可由至少两个构件组装构成，构件是在曲柄的区域内相互形状吻合地连接。
13、按照前述权利要求之一所述的泵传动装置，其特征在于：
至少一个连杆主轴承具有一个可分开的轴承套。
14、按照前述权利要求之一所述的泵传动装置，其特征在于：
连杆主轴承具有不同的直径。
15、按照前述权利要求之一所述的泵传动装置，其特征在于：
曲轴(12)具有至少两个主轴承，所述曲轴(12)安置在曲柄(14)的两侧。
16、按照前述权利要求之一所述的泵传动装置，其特征在于：
它被装在一个壳体(20)中。
17、按照权利要求16所述的泵传动装置，其特征在于：
壳体(20)被制成一个部件，并且为了装配，在底部和在后侧壁各设有一个可封闭的开口。
18、按照权利要求16或17所述的泵传动装置，其特征在于：
交叉头运行轨道(25)和泵头定位件(21)一体组合在壳体(20)中，并且单个泵头定位件(21)的体积是相互连接的。
19、一种泵，其特征在于：具有前述权利要求之一所限定的泵传动装置。
20、按照权利要求19所述的泵，其特征在于：
膜片泵头(22)连接在泵头定位件(21)上。
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