CN203906202U - 采用直线电机的柱塞式液压泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用直线电机的柱塞式液压泵，其包括左柱塞和右柱塞，所述左柱塞和右柱塞配合地置于各自的容腔中，其特征在于：还包括两直线电机，两所述直线电机的定子均位于同一直线上，每个所述直线电机的动子上均固定一铰支滑座；所述左柱塞和右柱塞以所述直线电机的定子为对称轴对称设置，所述左柱塞和右柱塞上均铰接两肘杆，两所述肘杆的另一端分别铰接一所述铰支滑座。本实用新型柱塞运动过程的摩擦方式极为简单，不仅能够显著延长其使用寿命，而且能够提高机械效率，有利于节能。

Description

采用直线电机的柱塞式液压泵

技术领域

本实用新型属于机械领域，涉及一种采用直线电机的柱塞式液压泵，尤其是用于液压电梯驱动系统的柱塞式液压泵。

背景技术

目前，在工业领域广泛应用的节流调速系统液压调速技术，主要有定量泵与节流阀组成的节流调速系统以及由变量泵驱动的泵调速系统两种。大功率的、流量与压力连续可调的液压泵主要是斜盘式轴向柱塞泵，但是斜盘式轴向柱塞泵的结构极为复杂，特别是柱塞要承受由径向力而形成的力矩，从而使得其摩擦条件恶化，使用寿命与机械效率降低。此外，连接于柱塞下端的滑靴结构复杂，摩擦条件极其恶劣，加上复杂的配流系统等等，使得柱塞泵的制造工艺极其复杂。传统的斜盘式轴向柱塞泵还有一个不容忽视的致命缺陷，即流量不稳定，产生所谓脉动率，如欲降低流量脉动率，不仅需要增加柱塞的个数，而且需要柱塞的个数为质数，例如3、5、7、11、13、17、19、23等等。因此，过多数量的柱塞实际是一种无奈的选择，不仅造成机构复杂，而且制造成本居高不下。目前，在工业领域广泛应用的节流调速系统的能源利用率极低，仅适用于小功率传动的场合，在需要大功率、连续调速的场合，往往采用变量泵驱动的泵调速系统。而大功率的、流量与压力连续可调的液压泵主要是斜盘式轴向柱塞泵，以前高质量的斜盘式轴向柱塞泵主要依赖于进口，主要是德国力士乐及日本川崎公司的产品，价格极其昂贵。以工程机械常用规格的斜盘式轴向柱塞泵举例，单台价格一般在3万元人民币以上。最近，山东中川液压成功地生产出了能够取代进口的高质量的液压泵，单台价格也在2万元人民币左右。如此高昂的价格对下游产业造成了极大压力。

授权公告号为CN102207066B的中国专利也公开了一种对称肘杆驱动的双作用柱塞泵，但该双作用柱塞泵仅仅表示了最后一级机械传动装置，如果增加上前端的减速机构与驱动电机，就会发现该双作用柱塞泵的整体布局极为不对称。此外，该双作用柱塞泵中的肘杆机构是铰接在齿轮端面的偏心销轴上，该销轴为悬臂梁，受力状况极差。

此外，液压电梯的液压驱动系统，是一种典型的需要连续调速的液压系统，从节能及运行成本上考量，采用伺服变量轴向柱塞泵调速比较理想，但是，伺服变量轴向柱塞泵极其昂贵的价格以及故障率较高的因素，限制了其在液压电梯的应用。

直线电动机是近年来研究发展的新型电机之一，是一种将电能直接转换成直线运动的动力装置。直线电机具有许多突出的优点，如起动性能好、维护方便、结构简单等，在某些场合，直线电机有其独特的应用，是旋转电机所不能代替的。直线电机尤其适合应用于需要频繁往复运动、具有适当推力、合适的运动速度以及适当的定位精度的场合。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低廉的、可连续调节流量与压力的采用直线电机的柱塞式液压泵。

本实用新型的技术方案是提供一种采用直线电机的柱塞式液压泵，其包括左柱塞和右柱塞，所述左柱塞和右柱塞配合地置于各自的容腔中，其特征在于：还包括一直线电机，所述直线电机的输出轴两端各设置一丝杠，且两所述丝杠的螺纹旋向相反、导程相同；每个所述丝杠上均螺纹连接一螺母，每个所述螺母上均固定一铰支滑座；所述左柱塞和右柱塞以所述丝杠的轴线为对称轴对称设置，所述左柱塞和右柱塞上均铰接两肘杆，两所述肘杆的另一端分别铰接一所述铰支滑座。

优选的，所述直线电机为直线电机伺服电机或双输出轴交流变频电机。

优选的，两所述容腔的端部均设有进油路和排油路；所述进油路通过单向阀与油箱相通，所述排油路通过单向阀与外部液压系统相接。

优选的，所述排油路的单向阀的出口与稳压器相通，稳压器的出口通向液压执行系统。

优选的，所述稳压器上接有数字压力开关。

优选的，所述丝杠为滚珠丝杠。

本实用新型的采用直线电机的柱塞式液压泵通过驱动对称布置的丝杠-螺母-肘杆机构，继而推动两个柱塞同时进行向里或向外的对称运动，不仅能够使得柱塞液压泵的输出压力与流量在很大的范围内进行自动化控制与调节，而且柱塞液压泵的最主要的元件——柱塞，在理论上不承受任何径向力，因此，柱塞运动过程的摩擦方式极为简单，不仅能够显著延长其使用寿命，而且能够提高机械效率，有利于节能。此外，直线伺服电机具有反复过载的功能，可以形成“电子飞轮”效应，在电机输出功率相同的条件下，可以使输出力提高4-5倍，因而相对于传统的机械冲压机，省去了结构复杂而笨重的机械飞轮。通过在直线电机的定子上配置两个数控同步联动的动子，使得本来由复杂的机械传动装置来实现的对称同步运动变得智能化与柔性化；这两个动子的对称同步运动，通过对称肘杆传递给两个冲头滑块，能够在排油工作过程中，实现力放大；也能够在吸油返回时，实现行程放大。

附图说明

图1是本实用新型采用直线电机的柱塞式液压泵最佳实施例的复位状态时的结构示意图；

图2是本实用新型采用直线电机的柱塞式液压泵最佳实施例的工作状态时的结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

如附图1、附图2所示，本实用新型的采用直线电机的柱塞式液压泵包括直线电机1和直线电机1′。直线电机1和直线电机1′的定子2和定子2′位于同一直线，动子3和动子3′上设置有铰支滑座4与铰支滑座4′。动子3和动子3′由两轴联动数控系统(未图示)进行控制。铰支滑座4与铰支滑座4′上各自对称铰接有两副肘杆6与肘杆6′，两副肘杆6与肘杆6′的另一端，分别铰接于左柱塞8和右柱塞8′上，左柱塞8和右柱塞8′配合地置于各自的容腔中；左、右两个容腔10、10′(即左柱塞8和右柱塞8′对应的容腔，下同)的端部设有进排油路(未图示)；进油路(未图示)通过单向阀(未图示)与油箱(未图示)相通，排油路(未图示)通过单向阀与外部液压系统(未图示)相接。排油路的单向阀(未图示)的出口与稳压器(未图示)相通，稳压器的出口通向液压执行系统(未图示)；稳压器上接有数字压力开关(未图示)。两轴联动数控系统、进排油路、单向阀、油箱、稳压器、数字压力开关和液压执行系统为业界所熟知并广泛采用的结构，且非本实用新型创新点所在。

由附图1、2可知，直线电机1和直线电机1′工作时，动子3和动子3′进行同时向里或同时向外的对称运动，从而固定在动子3和动子3′上的铰支滑座4与铰支滑座4′也会相应对称运动。

当动子3和动子3′同时向外对称运动时，铰接在铰支滑座4上的两肘杆6和铰接在铰支滑座4′上的两肘杆6′就会带动左柱塞8和右柱塞8′同时向内侧对称运动，这时，左、右两个容腔的容积扩大，形成负压，油箱中的液压油在大气压的作用下，打开下面的单向阀，分别进入左柱塞8和右柱塞8′的容腔内。当直线电机反向旋转，动子3和动子3′在正反丝杠的作用下同时向里对称运动，左柱塞8和右柱塞8′在肘杆的作用下同时向外侧做对称运动。这时，左柱塞8和右柱塞8′对应的容腔的容积缩小，对油液形成压力，使得下面通向油箱的单向阀关闭，同时上面的单向阀打开，实现压力油输出。

本实用新型的柱塞泵，输出液体的压力计算公式为：

$p=\frac{8\mathrm{M\η}}{{\mathrm{sd}}^2\tan \mathrm{\α}}---\left(1\right)$

其中：

M——电机输出转矩；

d——柱塞直径；

α——肘杆压力角；

η——总机械效率。

由公式(1)可见，液压泵所输出的压力p，在转矩M、丝杠导程s以及柱塞直径d一定的情况下，就取决于肘杆的压力角α。压力角越大，则液压泵输出的压力越小；压力角越小，则液压泵输出的压力越大。因此，通过控制压力角的大小，可以使液压泵的输出压力在很大范围内变化。

本实用新型柱塞泵的排量计算公式为：

$V=\frac{{\mathrm{\πld}}^2(\cos {\mathrm{\α}}_1-\cos {\mathrm{\α}}_2){\mathrm{\η}}_v}{2}---\left(2\right)$

η_V——柱塞泵的容积效率。

由公式(2)可见，由于cosα在α＝0°-90°的变化区间内，是一个非线性递减的函数，所以α₁与α₂即使差值相同，在不同位置时，泵的排量也是不一样的。α₁与α₂在较大的区间取值时，排量较大；在较小的区间取值时，排量较小。综合公式(1)、(2)可以看出，通过控制系统，使得α在取值较大的区间内运行，可以得到低压大流量泵；反之，使得α在取值较小的区间内运行，可以得到高压小流量泵。

由于本实用新型的动力元件为伺服电机，并通过对称的丝杠-螺母-肘杆机构推动柱塞运动，所以，通过数控编程控制伺服电机的角位移，完全可以任意选择α所在的区间，以及α₁与α₂的差值；而通过变频器，也可以控制交流变频电机的转速，再加上其他电器控制装置，从而也可以任意选择α所在的区间，以及α₁与α₂的差值。因此本实用新型的柱塞泵所输出的压力和流量，能够在很大的范围内连续进行数字化控制与调节，非常适合需要对压力及流量进行频繁调整的场合，尤其适用于液压电梯等需要大功率、连续调速的设备。

由于本实用新型的柱塞泵的出口连接了液压稳压器，因此，能够以稳定的流量向液压执行系统输出压力液体。此外，液压稳压器上连接了数字压力开关，可以根据压力的变化，来进行自动化控制，使得所输出的压力能够满足不同的需要。

以上实施例仅为本实用新型其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种采用直线电机的柱塞式液压泵，其包括左柱塞和右柱塞，所述左柱塞和右柱塞配合地置于各自的容腔中，其特征在于：还包括两直线电机，两所述直线电机的定子均位于同一直线上，每个所述直线电机的动子上均固定一铰支滑座；所述左柱塞和右柱塞以所述直线电机的定子为对称轴对称设置，所述左柱塞和右柱塞上均铰接两肘杆，两所述肘杆的另一端分别铰接一所述铰支滑座。

2.根据权利要求1所述的采用直线电机的柱塞式液压泵，其特征在于：两所述容腔的端部均设有进油路和排油路；所述进油路通过单向阀与油箱相通，所述排油路通过单向阀与外部液压系统相接。

3.根据权利要求2所述的采用直线电机的柱塞式液压泵，其特征在于：所述排油路的单向阀的出口与稳压器相通，稳压器的出口通向液压执行系统。

4.根据权利要求3所述的采用直线电机的柱塞式液压泵，其特征在于：所述稳压器上接有数字压力开关。

5.根据权利要求4所述的采用直线电机的柱塞式液压泵，其特征在于：两所述直线电机的动子由两轴联动数控系统进行控制。