CN207715319U - 一种轻量化直驱式柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轻量化直驱式柱塞泵，适用于以海淡水、矿物油等作为工作介质的液压系统。主要由配流阀、吸水总管、出水总管、液压滤波器、缸筒、柱塞、杆端球轴承、直线电机、直线电机动子、承重机架、连接桁架、缸体等组成。通过伺服控制器驱动直线电机以特定的运动规划往复运动时，一端柱塞处于吸水工况，对应的配流阀中的吸入阀打开，流体通过缸体内部的导流通道从系统总吸水管吸入工作介质；与此同时，另一端柱塞处于排水工况，对应的一体式配流阀中的压出阀打开，流体通过缸体内部导流通道从系统总出水管排出工作介质，在保证系统整体稳定性的情况下，极大的提高了轻量化直驱式柱塞泵系统的在舰艇船舶、深海勘探等领域的应用前景。

Description

一种轻量化直驱式柱塞泵

技术领域

本实用新型涉及一种轻量化多运动单元直线电机驱动式柱塞泵，适用于以海淡水、矿物油等作为工作介质的液压系统，在舰艇船舶、深海勘探等领域具有广泛应用前景。

背景技术

随着船舶的大型化和船舶功能的多样化，特别是针对军用舰船特殊的工况，对舰船液压泵的运行振动和耐振性能、较小的机械噪声和流体噪声、足够的抗冲击能力、良好的耐腐蚀和耐磨蚀性能以及可靠的密封结构和密封性能等都提出了特殊的要求。

针对这些结构形式船用泵存在的问题，为了解决自身效率低、振动大、噪声高、控制非智能等缺陷，一种新型的轻量化直线电机驱动海水柱塞泵应运而生。直驱式柱塞泵采用大推力直线电机直接驱动柱塞，与高度集成化的配流阀组合而成，缸体及机架采用轻量化材料，系统仅有柱塞——缸孔这一对摩擦副，而且避免了中间传动机构，再通过伺服控制系统规划每个驱动轴的运动方式。与传统船用泵相比，在振动和噪声等方面优势明显。直线电机驱动柱塞泵由于不需要中间传动装置，相对于传统的“旋转电机+传动装置”的结构具有多方面的优势，如：振动小、噪声低，智能伺服控制等。可以预见，本实用新型专利在流体传动以及机电系统中具有广泛的应用前景。

实用新型内容

本实用新型的目的是要解决现有解决传统船用泵结构庞杂、振动噪声大、不易实现自动化控制、重量大不易维护等问题。采用直线电机作为驱动单元，探索柱塞泵新型的结构形式，进行轻量化减重设计，能够有效缓解流体传动领域多种技术难题。

一种轻量化直驱式柱塞泵，该直驱式柱塞泵由配流阀、吸水总管、出水总管、液压滤波器、缸筒、柱塞、杆端球轴承、直线电机、直线电机动子、承重机架、连接桁架和缸体组成。

缸体与承重机架之间通过螺钉连接固定，配流阀和缸筒均安装在缸体上，柱塞通过杆端球轴承与直线电机动子连接，直线电机动子在柱塞的驱动下进行往复运动，连接桁架对缸体以及直线电机直接起稳固的作用，缸体对称布置在承重机架两侧。

多组直线电机叠放在承重机架上，各组直线电机分层布置，每个直线电机的两端分别通过杆端球轴承与柱塞连接。柱塞与缸筒之间通过动密封圈的密封，每个柱塞配有一个配流阀完成吸排水工作。缸筒、缸筒支撑法兰以及配流阀安装在缸体上，缸体的内部设有导流通道，导流通道上设有液压滤波器，通过导流通道及液压滤波器完成缸体内部吸水以及排水工作；缸体的低压吸水口与吸水总管连接，缸体的高压出水口与出水总管连接。

直线电机及缸体底面都开有横向矩形槽，直线电机及缸体底面对应的底座上也开有横向矩形槽。直线电机及缸体通过键的形式与底座安装及定位，方便调整零部件间的同心度。直线电机与柱塞之间连接的端面球轴承也能够在空间内小范围扭动，使直驱泵系统在小偏差范围内具有自调心的功能。

承重机架为镂空结构，缸体、承重机架等主要零部件由钛合金等轻量化金属材料制成，在保证系统结构稳定性的前提下尽可能的减轻整体质量。

一种轻量化直驱式柱塞泵通过伺服控制器驱动直线电机以特定的运动规划往复运动时，一端的柱塞处于吸水工况，对应的一体式配流阀中的吸入阀打开，流体通过缸体内部的导流通道从系统总吸水管吸入工作介质；与此同时，另一端的柱塞处于排水工况，对应的一体式配流阀中的压出阀打开，流体通过缸体内部导流通道从系统总出水管排出工作介质。

本实用新型的有益效果是：

采用直线电机作为动力驱动的形式，相比于传统旋转电机式柱塞泵，没有了中间传统环节，能够有效降低柱塞频繁往复运动引起的流量脉动和压力脉动。

通过伺服控制器改变每个直线电机运动单元的运动轨迹和相位，易于实现流量调节以及自动化控制等功能。当柱塞运动到行程末端时，由于换向会产生瞬时冲击，采用多个运动单元对称布置的形式，能够在机械结构上产生抵消冲击的效果，有效的降低整个的系统冲击振动和噪声。

轻量化直驱式柱塞泵系统由于直线电机驱动单元数量较多，具备冗余功能，而且整个系统对称式布置，使得部分运动单元发生故障时，仍然能够通过规划适应的运动曲线输出稳定的流量，保持直驱泵系统低振动低噪声的工作状态。

缸体、称重机架以及配流阀等零部件采用钛合金等轻量化金属材料，并通过减重优化设计，在保证系统整体稳定性的情况下，尽可能的减轻重量，满足舰船用泵的复杂工况，极大的提高了轻量化直驱式柱塞泵系统的在舰艇船舶、深海勘探等领域的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的一种轻量化直驱式结构图。

图中：1、配流阀，2、吸水总管，3、出水总管，4、液压滤波器，5、缸筒，6、柱塞，7、杆端球轴承，8、直线电机，9、直线电机动子，10、承重机架，11、连接桁架，12、缸体。

具体实施方式

以下结合附图1，通过实施例对本实用新型做进一步说明。

一种轻量化直驱式柱塞泵，该柱塞泵由配流阀1、吸水总管2、出水总管3、液压滤波器 4、缸筒5、柱塞6、杆端球轴承7、直线电机8、直线电机动子9、承重机架10、连接桁架 11、缸体12组成。

缸体12与称重机架10之间通过螺钉连接固定，配流阀1和缸筒5安装在缸体12上，柱塞6通过杆端球轴承7与直线电机动子9直接连接进行往复运动，连接桁架11对缸体12以及直线电机8直接起稳固的作用，缸体12等主要零部件在承重机架11上呈对称布置。

所述一种轻量化直驱式柱塞泵由多组直线电机叠放在承重机架上，分多层布置，每个直线电机运动单元两端分别与两个柱塞通过杆端球轴承连接。柱塞与缸筒之间通过动密封圈形式密封，每个柱塞配一个一体式配流阀完成吸排水工作。缸筒、缸筒支撑法兰以及一体式配流阀安装在缸体上缸体内部有导流通道，完成内部吸水以及排水工作，最终通过低压吸水口和高压出水口与直驱式柱塞泵系统总吸水管和出水管路连接。

直线电机的运动由伺服控制器来调节，可以根据具体工况的需求通过上位机完成直线电机的控制。当直线电机内的位置反馈装置检测到直线电机动子到达右极限位置时，伺服控制器给出控制信号使直线电机动子再从右极限位置向左运动，右侧柱塞进入吸水行程，左侧柱塞进入排水行程，工作过程与前述相同。一个周期内，直线电机动子9往复运动一次，两侧柱塞均完成吸液、排液工况各一次。

同理，其他几台直线电机也按照伺服控制器给出的控制信号，以三角波或其他运动曲线规划以一定的相位差运动，实现整个多运动单元直线电机驱动式柱塞泵吸液和排液。例如八组直线电机运动单元以三角波运动曲线分别错开90度相位差运行，形成的系统组合流量即可达到一个稳定的值。或者当检测到其中两台直线电机出现故障无法运行时，剩下直线电机可以新的运动规划及相位差例如梯形波、相差120度运行，保证直驱式柱塞泵系统的输出流量稳定。

轻量化直驱式柱塞泵系统由于直线电机驱动单元数量较多，具备冗余功能，而且整个系统对称式布置，使得部分运动单元发生故障时，仍然能够通过规划适应的运动曲线输出稳定的流量，保持直驱泵系统低振动低噪声的工作状态。

一种轻量化直驱泵系统的缸体、称重机架以及配流阀等零部件采用钛合金等轻量化金属材料，并通过减重优化设计，在保证系统整体稳定性的情况下，尽可能的减轻重量，满足舰船用泵的复杂工况。

Claims (3)

1.一种轻量化直驱式柱塞泵，其特征在于：该直驱式柱塞泵由配流阀(1)、吸水总管(2)、出水总管(3)、液压滤波器(4)、缸筒(5)、柱塞(6)、杆端球轴承(7)、直线电机(8)、直线电机动子(9)、承重机架(10)、连接桁架(11)和缸体(12)组成；

缸体(12)与承重机架(10)之间通过螺钉连接固定，配流阀(1)和缸筒(5)均安装在缸体(12)上，柱塞(6)通过杆端球轴承(7)与直线电机动子(9)连接，直线电机动子(9)在柱塞(6)的驱动下进行往复运动，连接桁架(11)对缸体(12)以及直线电机(8)直接起稳固的作用，缸体(12)对称布置在承重机架(10)两侧；

多组直线电机(8)叠放在承重机架(10)上，各组直线电机(8)分层布置，每个直线电机(8)的两端分别通过杆端球轴承(7)与柱塞(6)连接；柱塞(6)与缸筒(5)之间通过动密封圈密封，每个柱塞(6)配有一个配流阀(1)完成吸排水工作；缸筒(5)、缸筒支撑法兰以及配流阀(1)安装在缸体(12)上，缸体(12)的内部设有导流通道，导流通道上设有液压滤波器(4)，通过导流通道及液压滤波器(4)完成缸体(12)内部吸水以及排水工作；缸体(12)的低压吸水口与吸水总管(2)连接，缸体(12)的高压出水口与出水总管(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种轻量化直驱式柱塞泵，其特征在于：直线电机(8)及缸体(12)底面都开有横向矩形槽，直线电机(8)及缸体(12)底面对应的底座上也开有横向矩形槽；直线电机(8)及缸体(12)通过键的形式与底座安装及定位。

3.根据权利要求1所述的一种轻量化直驱式柱塞泵，其特征在于：承重机架(10)为镂空结构。