CN202833140U - 一种高压叶片泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压叶片泵，每个转子槽底部装有两个柱销，并各自形成相应的柱销腔室，可采用辅助阀控制供给柱销腔室压力流体通道的通断切换，有选择地对全部腔室或部分腔室提供压力流体，以改变在泵的容积扩大区段作用于叶片的压力流体腔室受力总面积，从而合理控制不同压力阶段叶片对定子内表面的压力，较好地避免了定子磨损失效，使液压叶片泵的工作压力可以实现较大幅度提升，满足了高压液压系统使用叶片泵的需求；且在低粘度介质、高水基介质等流体条件下也具有更高的工作压力；本实用新型叶片泵的制造技术和装备与现有叶片泵基本相同，有良好的工艺性。

Description

一种高压叶片泵

技术领域

本实用新型涉及一种液压泵，尤其涉及一种改进的高压叶片泵。 

背景技术

液压叶片泵定子内表面的磨损失效是阻碍泵压力进一步提高的主要因素。现有子母式叶片泵、柱销式叶片泵是目前叶片泵高压化中采用的主要结构形式，应用也较为普通，均采取相应措施降低叶片对定子的压力，使叶片泵具有一定的工作压力，以满足部分主机液压系统的需要。流体进流区段（即低压区段）定子内表面所受叶片压力较大，容易首先失效，应控制其最大压力，确保叶片泵高压阶段叶片不穿透定子内表面保护性流体膜层，以避免磨损；而要维持叶片泵正常工作和良好的性能，泵应在运转全过程确保叶片在液体压力和回转离心力作用下有效克服与转子槽间的摩擦力并对定子内表面保持适当压力，故在泵低压阶段应合理控制叶片对定子内表面的有效压力。现有子母式叶片泵和柱销式叶片泵由于受结构设计的局限，无法在更高工作压力的情况下，保证泵从低压到高压全过程叶片对定子内表面压力的良好控制，导致在更高工作压力下产生磨损。现有子母式叶片泵每一叶片内装有一个子叶片，柱销式叶片泵每一转子槽内装有一个柱销，通过该子叶片或柱销的作用使进流区段叶片对定子内表面的压力降低至子叶片或柱销对应流体受力面积上形成的压力，但要兼顾泵低压阶段确保叶片对定子内表面有效压力和高压阶段控制叶片对定子内表面的最大压力，在泵工作压力一定范围内是可行的，若泵工作压力进一步提高则将引起工作不可靠、定子磨损和工作性能恶化，这时若确保低压阶段有效压力则造成高压阶段流体膜层穿透，若控制高压阶段最大压力则造成低压阶段有效压力不足。 

现在液压系统的设计不断向高压、节能、高效、环保方向发展。主机液压系统工作压力不断提高。柱塞泵、叶片泵、齿轮泵三大泵类各有自身优势和相应的使用场合，而叶片泵因其结构上的特点使它具有流量脉动最小、噪音较低的独特优势，如何提高其工作压力，更好地发挥其优势，满足高压液压系统需要，一直是液压行业的重要课题。液压叶片泵工作压力若得到进一步提高，一是能满足高压液压系统的需要；二是能替代部分柱塞泵使用场合，使系统噪声降低、配置成本降低；三是使用低粘度流体或高水基工作介质时，泵仍具较高工作压力和较长寿命。 

实用新型内容

为解决现有叶片泵存在的局限性，改善进流区段定子工作状况，以达到上述提高工作压力的目的，本实用新型提供了一种高压叶片泵。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的： 

一种高压叶片泵，它主要由叶片、柱销、转子、右侧板、右泵体、定子、左泵体、左侧板和辅助阀组成；其中，所述左泵体和右泵体相连，构成具有流体进出口和内腔的泵体，转子径向分布有多个转子槽，定子置于转子外、左侧板和右侧板位于定子两端，叶片位于转子槽内；每个转子槽底部装有两个柱销，两个柱销在下部与转子之间形成两个柱销腔室；两个伸出的相邻叶片与定子内表面、转子外圆、左侧板和右侧板间形成一个泵送空间。 

进一步地，所述辅助阀为安装在其中一个柱销腔室的流体通道上的二位二通的辅助阀。 

进一步地，所述辅助阀为安装在两个柱销腔室的公共流体通道上的二位三通的辅助阀。 

进一步地，所述转子为整体式转子或由两个半转子组成的分体转子。 

本实用新型的有益效果是，本实用新型由于良好地控制了容积扩大区段叶片顶部对定子内表面的压力，较好地避免了磨损失效，从而使液压叶片泵的工作压力可以实现较大幅度的提升，满足了高压液压系统使用叶片泵的需求，并替代部分柱塞泵使用场合，由于叶片泵具有较低的噪声和较低的制造成本，故使高压系统拥有较低的噪声、也降低了系统配置成本；由于上述良好的控制，本实用新型液压叶片泵在低粘度介质、高水基介质等流体条件下具有比现有叶片泵更高的工作压力和更好的工作寿命，进一步扩大了叶片泵的使用场合，这将有利于推动高水基传动元件和水传动元件技术的发展；本实用新型叶片泵制造设备与现有叶片泵基本相同，制造精度要求也基本一致，故现有叶片泵厂家不需增加新设备就可以生产本实用新型叶片泵产品。 

附图说明

图1是本实用新型高压叶片泵的一种结构示意图； 

图2是本实用新型高压叶片泵的流体泵送示意图； 

图3是本实用新型双柱销腔室结构示意图； 

图4是双柱销腔室的一种通流方案示意图； 

图5是本实用新型高压叶片泵低压阶段处于容积扩大区段叶片的一种受力情况示意图； 

图6是本实用新型高压叶片泵高压阶段处于容积扩大区段叶片的一种受力 情况示意图； 

图中，1、叶片，2、柱销，3、转子，4、柱销腔室，5、右侧板，6、右泵体，7、定子，8、左泵体，9、左侧板，10、辅助阀。 

具体实施方式

本实用新型包括具有流体进出口和内腔的泵体（含左右泵体）、可旋转和径向分布有多个转子槽的转子（包含整体转子和两半转子组成的分体转子）、置于转子外的定子、位于转子定子两端的侧板（含左右侧板）、位于每个转子槽内可伸出和缩回的叶片、装在每个转子槽底部的两个柱销；两个伸出的相邻叶片与定子内表面、转子外圆、两侧板间形成一个泵送空间，当转子旋转和叶片伸出时泵送空间的容积交替扩大和缩小而对流体产生抽吸和排出作用，定子内表面与转子外圆之间形成一个或多个容积扩大区段和容积缩小区段，通过流体进口和上述泵送空间将低压流体导入容积扩大区段，通过上述泵送空间和流体出口从容积缩小区段排出高压流体；每个叶片在其下方与转子槽间构成一个叶片底部通道，处于不同区段位置的叶片其底部通道被供给相应的适当压力的流体；每个柱销在其下部与转子形成一个柱销腔室，根据设计需要，有选择地对全部柱销腔室或部分柱销腔室提供压力流体，通常可采用辅助阀控制供给柱销腔室压力流体通道的通断切换，以改变在容积扩大区段作用于叶片的压力流体腔室受力总面积，或采用其它控制方式实现腔室的通流变化以改变上述受力总面积，从而合理控制泵的不同压力阶段叶片对定子内表面的压力。 

上述流体包括液压油或水乙二醇液、油包水乳化液等，含现有叶片泵所用各类工作介质。上述低压流体指压力相对较低的液压流体，可以是盛于箱内的流体经泵送至上述容积扩大区段，或是液压系统工作过的流体经泵送至上述容积扩大区段。上述容积扩大区段通常也称进流区段或低压区段，上述容积缩小区段通常也称排出区段或高压区段。 

实施中，每个转子槽底部装有两个柱销，轴向对称置于尽量靠近中间的位置且流体受力面积相同，以使叶片在两个柱销腔室或一个柱销腔室压力作用下均能尽量平衡受力和平稳工作。 

实施中，供到叶片底部通道的流体可根据叶片顶部所处不同区段位置具有相应流体压力的情况被设计为取自该叶片顶部背面所在区段的流体，根据不同的设计需要，叶片底部通道流体的压力可与该叶片顶部背面流体压力相同，或使供给处于容积缩小区段叶片的底部通道流体的流道具有一定的节流作用，使处于容积缩小区段叶片的底部通道流体的压力略高于该叶片顶部背面流体的压力；该所供流体还可被设计为在容积缩小区段直接取自泵出口的高压流体或经 一定节流作用略高于出口压力，在容积扩大区段则可直接取自进流通道的低压流体，在容积扩大区段还可被设计为取自经控制阀将高压流体减压至一定压力后的流体。通过上述对叶片底部通道流体压力的控制和下述对柱销腔室流体压力的控制，使叶片对定子内表面的压力有一个适宜的控制。 

供到柱销腔室的压力流体优选地设计为取自处于泵出口压力下的流体，合理设计柱销腔室的流体受力面积，通过流道设置和辅助阀切换控制，使叶片处于容积扩大区段时，该叶片所在转子槽对应的两个柱销腔室或其中一个柱销腔室被供给压力流体，叶片则受到该压力流体的作用，并在低压阶段和高压阶段有不同的作用于叶片的压力流体腔室受力总面积，且泵高压阶段作用于叶片的压力流体腔室受力面积小于低压阶段作用于叶片的压力流体腔室受力总面积，低压阶段作用于叶片的压力流体腔室受力总面积小于叶片底部通道流体受力面积，这样在高压阶段压力流体作用于容积扩大区段叶片的力由于较小的受力面积而被减少了，低压阶段压力流体作用于容积扩大区段叶片的力相对于压力流体作用于叶片底部的力也被减少了，于是在整个压力范围减少了容积扩大区段叶片对定子内表面的压力，该力的大小以保证泵在容积扩大区段的叶片有效接触定子内表面而不造成叶片穿透定子内表面流体膜层引起磨损为宜。 

关于辅助阀在低压和高压阶段对供给各腔室压力流体流道的通断切换控制做以下分析。泵在工作时，一定受力腔室总面积上的流体压力作用于处于容积扩大区段上的叶片，当在工作压力更高时，若受力面积一定则作用于叶片的力将更大，达到一定压力时，叶片将穿透定子内表面保护性膜层引起磨损，于是限制了泵工作压力的提高。为避免上述磨损，在实施中，根据泵的具体要求，设计一个预定压力值，以取自处于泵出口压力下的流体作为控制辅助阀工作的压力流体，该预定压力值作为辅助阀切换柱销腔室压力流体通断的控制信号，泵出口压力低于该预定压力为低压阶段，高于该预定压力为高压阶段，于是通过辅助阀的流道切换控制低压阶段作用于叶片的压力流体腔室和高压阶段作用于叶片的压力流体腔室。优选地，在低压阶段压力流体被设计为供给全部柱销腔室，在高压阶段压力流体被设计为供给部分腔室，这样辅助阀的结构相对简单。该辅助阀所控制流量较小，其体积也可做的较小，优选地与泵中零件设计成一体，具体位置应便于流道安排，如设计在泵体上或侧板处相应零件上。该阀加工方便，精度易保证，且由于对腔室通流的控制为通断型切换方式，控制功能简单，可确保通流控制稳定，泵工作可靠，有效避免磨损。 

现设计一种通流方案并分析本实用新型。供给每一转子槽对应两个柱销腔室的其中一个柱销腔室的压力流体取自处于泵出口压力下的流体，该流体经辅 助阀和流道供到柱销腔室，柱销腔室流体压力与泵出口压力相同；供给另一个柱销腔室的压力流体也取自处于泵出口压力下的流体，该流体不经过辅助阀，经流道直接供到柱销腔室，柱销腔室流体的压力与泵出口压力相同；辅助阀可对预定压力做出响应，使泵在超过预定压力即高压阶段时供给容积扩大区段对应的一个柱销腔室压力流体的通道被切断，辅助阀是受预定流体压力控制的二位二通切换阀；供到叶片底部通道的流体取自该叶片顶部背面所处区段的流体，叶片底部通道流体的压力与该叶片顶部背面流体的压力相同，在容积缩小区段为泵出口压力，在容积扩大区段为泵进口压力。根据上述对叶片底部通道和柱销腔室流体压力的控制，当叶片处于泵的容积扩大区段时，低压阶段通过两个柱销腔室流体压力共同作用使叶片对定子内表面形成适当压力，高压阶段仅通过一个柱销腔室流体压力的作用使叶片对定子内表面产生适当压力，从而确保泵可靠工作且不造成磨损。 

上述通流的变化则通过辅助阀切换供给柱销腔室流体的通道来实现。辅助阀还可以是受预定流体压力控制的二位三通切换阀。 

为利于结构设计或实现更好的设计需求，在一些情况下，转子可设计为两半转子组合的结构，两半转子采用焊接或紧固形式连接，结合面上可设计有相关流道。 

下面结合附图进一步描述实施本实用新型的优选方式。本实用新型不受附图特征和所述优选方式的限定。 

如图1所示，本实用新型主要由叶片1、柱销2、转子3、右侧板5、右泵体6、定子7、左泵体8、左侧板9和辅助阀10组成。 

左泵体8和右泵体6相连，构成具有流体进出口和内腔的泵体、转子3为整体式转子或两半转子组成的分体转子，可旋转，其径向分布有多个转子槽，定子7置于转子3外、左侧板9和右侧板5位于定子7两端，叶片1位于转子槽内，可伸出和缩回；两个伸出的相邻叶片1与定子7内表面、转子3外圆、左侧板9和右侧板5间形成一个泵送空间，当转子3旋转和叶片1伸出时，泵送空间的容积交替扩大和缩小而对流体产生抽吸和排出作用，定子7内表面与转子3外圆之间形成一个或多个容积扩大区段和容积缩小区段，通过流体进口和上述泵送空间将低压流体导入容积扩大区段，通过上述泵送空间和流体出口从容积缩小区段排出高压流体；每个叶片1在其下方与转子槽间构成一个叶片底部通道，处于不同区段位置的叶片1，其底部通道被供给相应的适当压力的流体；每个转子槽底部装有两个柱销2，柱销2在下部与转子3形成柱销腔室4；两个伸出的相邻叶片1与定子7内表面、转子3外圆、左侧板9、右侧板5之间 形成一个泵送空间，当转子3旋转和叶片1伸出时泵送空间的容积交替扩大和缩小而对流体产生抽吸和排出作用，定子7内表面与转子3外圆之间形成两个容积扩大区段和容积缩小区段，通过流体进口和上述泵送空间将低压流体导入容积扩大区段，通过上述泵送空间和流体出口从容积缩小区段排出高压流体；每个叶片1在其下方与转子槽间构成一个叶片底部通道，处于不同区段位置的叶片1其底部通道被供给相应的适当压力的流体；压力流体通过控制辅助阀10有选择地供给柱销腔室4，合理设计在容积扩大区段作用于叶片1的压力流体腔室受力总面积，从而合理控制泵在不同压力阶段叶片1对定子7内表面的压力。 

图2示出了双柱销腔室结构：两个柱销2轴向对称位于转子3两端，柱销位置尽量靠近中间的位置，一个柱销2下部与转子3形成一个柱销腔室4a，另一柱销2下部与转子3形成一个柱销腔室4b。 

图3示出了双柱销腔室的一种通流方案：两轴向对称柱销2与转子3形成柱销腔室4b和柱销腔室4a，柱销腔室4a被直接供给压力流体，柱销腔室4b通过二位二通阀被供给压力流体，当泵处于低压阶段时，压力流体供给柱销腔室4b及柱销腔室4a全部腔室，当泵处于高压阶段时，辅助阀10切换，供给柱销腔室4b的压力流体被切断，压力流体仅供给柱销腔室4a。 

图4示出了本实用新型高压叶片泵低压阶段处于容积扩大区段叶片的一种受力情况：供给叶片1底部通道的流体取自该叶片1顶部背面所处区段的流体，叶片1底部通道流体的压力与该叶片1顶部背面流体的压力相同，为泵进口压力，柱销腔室4的流体压力与泵出口压力相同，压力流体作用于所有柱销腔室4，确保泵低压阶段叶片1对定子7内表面的有效压力。 

图5示出了本实用新型高压叶片泵高压阶段处于容积扩大区段叶片的一种受力情况：供给叶片1底部通道的流体取自该叶片1顶部背面所处区段的流体，叶片1底部通道流体的压力与该叶片1顶部背面流体的压力相同，为泵进口压力，泵高压阶段时柱销腔室4b的压力流体通道被辅助阀切断，柱销腔室4a的流体压力与泵出口压力相同，压力流体仅作用于柱销腔室4a，确保泵高压阶段叶片1对定子7内表面的压力不造成流体膜层穿透。 

图6示出了双柱销腔室的另一种通流方案：两轴向对称柱销2与转子3形成有柱销腔室4b和柱销腔室4a，柱销腔室4a和柱销腔室4b通过二位三通阀被供给压力流体，当泵处于低压阶段时，压力流体供给柱销腔室4b及柱销腔室4a全部腔室，当泵处于高压阶段时，辅助阀切换，供给柱销腔室4b的压力流体被切断，压力流体仅供给柱销腔室4a。 

Claims (4)

1.一种高压叶片泵，其特征在于，它主要由叶片（1）、柱销（2）、转子（3）、右侧板（5）、右泵体（6）、定子（7）、左泵体（8）、左侧板（9）和辅助阀（10）组成；其中，所述左泵体（8）和右泵体（6）相连，构成具有流体进出口和内腔的泵体，转子（3）径向分布有多个转子槽，定子（7）置于转子（3）外、左侧板（9）和右侧板（5）位于定子（7）两端，叶片（1）位于转子槽内；每个转子槽底部装有两个柱销（2），两个柱销（2）在下部与转子（3）之间形成两个柱销腔室（4）；两个伸出的相邻叶片（1）与定子（7）内表面、转子（3）外圆、左侧板（9）和右侧板（5）间形成一个泵送空间。

2.如权利要求1所述的高压叶片泵，其特征在于，所述辅助阀（10）为安装在其中一个柱销腔室（4）的流体通道上的二位二通的辅助阀。

3.如权利要求1所述的高压叶片泵，其特征在于，所述辅助阀（10）为安装在两个柱销腔室（4）的公共流体通道上的二位三通的辅助阀。

4.如权利要求1所述的高压叶片泵，其特征在于，所述转子（4）为整体式转子或由两个半转子组成的分体转子。

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