CN209671150U - 一种类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于轴向柱塞液压泵领域，并具体公开了一种类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵，其包括左端盖、传动件、支架、N个单元泵、单元泵右端盖和管路，左端盖和单元泵右端盖分设于支架的两端，传动件与左端盖同轴布置，且设置于左端盖和支架之间，传动件包括传动轴及与传动轴一体加工的大齿圈，传动轴靠近左端盖的一端穿过左端盖，并与外部的动力源相连；N个单元泵沿所述传动轴的周向均匀布置，且设置在支架和单元泵右端盖之间，N个单元泵均与管路相连，并与大齿圈啮合，以此通过大齿圈将外部动力源的动力传递至单元泵中。本实用新型具有流量大、结构简单、功率大、配合液压马达定速驱动同步电机发电质量高等优点。

Description

一种类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵

技术领域

本实用新型属于轴向柱塞液压泵领域，更具体地，涉及一种类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵。

背景技术

随着风力发电技术的发展，出现了诸多风力发电装备，但传统的风力发电装备还存在以下问题：在风速较低情况下经济效益低，在一些地区风力大的时候电力需求小，造成经济性低，一次性投入成本高产能小，维护和维修成本高，发电不稳定，并入电网还会造成谐波污染。为解决上述问题，本领域的技术人员进行了研究，通过利用液压泵配合液压马达，可将风能转化为液压能，以输出稳定的机械能。

但是，目前的液压泵很难实现大功率输送，无法满足低速大功率的工况。因此，仍需进行进一步的研究，以获得可满足极端低速大功率工况的液压泵。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵，其将多个单元液压柱塞泵设置在行星轮系上，通过行星轮系采用齿轮啮合的方式带动每一个单元泵工作，具有在输入低速时总效率高、通过阀配流泄漏小、泵的功率大、流量稳定脉动小等优点。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵，其包括左端盖、传动件、支架、N个单元泵、单元泵右端盖和管路，其中：

所述左端盖和单元泵右端盖分设于所述支架的两端，所述传动件与所述左端盖同轴布置，且设置于所述左端盖和支架之间，该传动件包括传动轴以及与传动轴一体加工的大齿圈，所述传动轴靠近所述左端盖的一端穿过所述左端盖，并与外部的动力源相连；

所述N个单元泵沿所述传动轴的周向均匀布置，且设置在所述支架和单元泵右端盖之间，该N个单元泵均与所述管路相连，并均与所述大齿圈啮合，以此通过所述大齿圈将外部动力源的动力传递至各单元泵中。

作为进一步优选的，所述单元泵为定量单元泵或变量单元泵。

作为进一步优选的，所述定量单元泵包括缸体、左斜盘、左回程盘、左柱塞滑靴组、左回程球铰、回程弹簧、吸入压出阀组、右柱塞滑靴组、右斜盘、右回程盘和右回程球铰，其中，所述缸体的外部设置有与所述大齿圈啮合的齿轮，左、右柱塞滑靴组左右对称布置在所述缸体内以形成柱塞对，每对柱塞对共用一个吸入压出阀组；左、右斜盘分设于所述缸体的左右两端，并分别与左、右回程盘相连，该左、右回程盘与对应的左、右柱塞滑靴组铰接；所述左、右回程球铰分设于所述缸体左右两端的空腔内，该左、右回程球铰一端由回程弹簧顶住，另一端通过球面与左、右回程盘中心球面接触，以此将左、右柱塞滑靴组始终压向左、右斜盘。

作为进一步优选的，所述变量单元泵包括缸体、左斜盘、左回程盘、左柱塞滑靴组、左回程球铰、回程弹簧、吸入压出阀组、右柱塞滑靴组、右斜盘、右回程盘、右回程球铰以及变量调节组件，其中，所述缸体的外部设置有与所述大齿圈啮合的齿轮，左、右柱塞滑靴组左右对称布置在所述缸体内以形成柱塞对，每对柱塞对共用一个吸入压出阀组；左、右斜盘分设于所述缸体的左右两端，并分别与左、右回程盘相连，该左、右回程盘与对应的左、右柱塞滑靴组铰接；所述左、右回程球铰分设于所述缸体左右两端的空腔内，该左、右回程球铰一端由回程弹簧顶住，另一端通过球面与左、右回程盘中心球面接触；所述变量调节组件设于所述缸体的右端。

作为进一步优选的，所述变量调节组件包括出油口接头体和变量手柄，所述出油口接头体和变量手柄通过键依次安装在右斜盘的右端。

作为进一步优选的，所述变量调节组件包括斜盘支撑弹簧座和变量滑块，所述斜盘支撑弹簧座和变量滑块均安装在所述单元泵右端盖内，所述斜盘支撑弹簧座通过弹簧与右斜盘相连，所述变量滑块可在单元泵右端盖滑动，其通过连杆与右斜盘相连。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本实用新型采用行星轮系结构从径向给单元液压柱塞泵提供动力，有别于传统液压柱塞泵直接从轴向提供动力的结构，具体在输入低速时总效率高、通过阀配流泄漏小、泵的功率大(达到1000KW以上)、流量稳定脉动小、功率密度高、空间利用率高等优点。

2.本实用新型的大功率轴向柱塞式液压泵采用齿轮啮合结构给单元液压柱塞泵提供动力，其大齿圈直接给缸体提供动力，缸体上转速与大齿圈的转速能形成一定的增速比，在一定程度上增加转速，而非传统无增速传动，通过本实用新型的设计将液压泵的转速提高，使得泵在输入转速更低的情况下也能高效运行。

3.本实用新型的大功率轴向柱塞式液压泵采用周向分布N个单元液压泵的结构，提高泵的总排量，并合理的运用空间，使得泵能达到超大的风能吸收功率。

4.本实用新型的大功率轴向柱塞式液压泵中单元液压柱塞泵有三种结构，一种为定量泵，两种为可变量单元泵，结构多样，能够根据不同风速手动调节液压泵的排量，使得液压马达始终获得稳定的液压能。

5.本实用新型在支架上安装有N个双斜盘液压柱塞泵，有别于传统的泵形式，其排量是普通的泵的2N倍，还能有效减小流量脉动，在周向分布安装时将单元泵相位角错开单元泵流量脉动周期的1/N，由于流量最后汇总在一起由叠加原理可知脉动减小，功率增加，达到超大级别。

6.本实用新型的大功率轴向柱塞式液压泵流量大、结构简单、功率大、配合液压马达定速驱动同步电机发电质量高，省去了变速箱及变频设备，节约成本，降低重量，液压还具有柔性储能。

附图说明

图1是本实用新型的类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵的主视图；

图2是图1的A向视图；

图3是本实用新型第一种定量单元泵的主视图；

图4是本实用新型第二种定量单元泵的主视图；

图5是本实用新型第一种变量单元泵的主视图；

图6是本实用新型第二种变量单元泵的主视图；

图7a是图3中的定量单元泵缸体右端流道的受力分析示意图；

图7b是图4中的定量单元泵缸体右端流道的受力分析示意图；

图8是本实用新型大齿轮为中心轮的大功率轴向柱塞式液压泵的主视图。

图中：1-左端盖，2-大齿圈，3-支架，4-单元泵，5-右斜盘，6-管路，7-左斜盘，8-左回程盘，9-压板，10-左柱塞滑靴组，11-左球铰，12-回程弹簧，13-吸入压出阀组，14-缸体，15-右柱塞滑靴组，16-右斜盘，17-右回程盘，18-右球铰，19-密封件，20-出油口接头体，21-变量手柄，23-键，24- 斜盘支撑弹簧座，25-变量滑块，26-径向流道。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型提出一种新的轴向柱塞泵并联的结构形式，采用行星轮系从径向给液压柱塞泵的缸体提供动力，有别于传统液压柱塞泵直接从轴向提供动力的结构形式，缸体上齿轮的转速与大齿圈的转速有一定的增速比，在一定程度上增加转速，行星轮系在本实用新型中起到一个增速作用。

如图1-3所示，本实用新型实施例提供的一种类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵，其包括左端盖1、传动件2、支架3、N个单元泵4、单元泵右端盖5和管路6，其中，左端盖1和单元泵右端盖5分设于支架3 的两端，传动件2与左端盖1同轴布置，且设置于左端盖1和支架3之间，该传动件2包括传动轴以及与传动轴一体加工的大齿圈，传动轴靠近左端盖1的一端穿过左端盖1，并与外部的动力源相连；N个(例如8个)单元泵4沿传动轴的周向均匀布置，且设置在支架3和单元泵右端盖5之间，该N个单元泵4均与管路6相连，并均与大齿圈啮合，以此通过大齿圈将外部动力源的动力从径向传递至每一个单元泵4中。

具体的，支架3是外壳和内部支撑的结合，左端盖1通过内六角螺钉固定安装于支架3的左端，支架3固定，单元泵右端盖5通过螺钉安装在支架右端对应的位置；大齿圈与传动轴加工为一体，传动轴通过两个轴承支撑在左端盖1和支架3之间，传动轴的左边轴端设置有花键与外部动力源例如电机或风力发电叶轮联接并提供动力，单元泵右端盖5的数量与单元泵4的数量一致，其通过螺钉固定安装在支架3右端对应的位置，单元泵4通过轴承支撑在支架3和单元泵右端盖5之间，并和大齿圈啮合，大齿圈将动力传递到单元泵的缸体14上。图1是大齿圈为外齿轮结构的方案，图8是大齿圈为中心轮的方案，两种方案具有相同的效果，以下所说功能和优点针对于两种方案同样适用。

本实用新型液压泵的大齿圈和传动轴设置成一体，由外部动力源例如电机或风力发电叶轮提供动力，大齿圈通过齿轮机构将动力传递给行星轮系上的每一个缸体，缸体旋转时，柱塞对在两斜盘和回程机构的作用下作周期往复运动，使得柱塞腔容积发生周期性变化，在吸入阀和压出阀周期性工作下完成吸入和压出过程，缸体只围绕缸体的轴线作自身的回转运动，不随大齿圈公转。本实用新型设计的液压泵由于大齿圈齿数比缸体上的齿数多所以具有增速比，两个齿轮之间有传动比故有增速比，因此在一定程度上增加单元泵的转速(例如增速5倍)，解决了泵在输入低速时，机械效率低、容积效率低、总效率低的问题，使得泵能够在更低的输入速度下高效率工作。

如图1所示，管道和单元泵连接处设置有单向阀，使得液体只能从吸入向压出流动，避免其中一个单元泵损坏后，高压液体通过损坏的单元液压泵和低压连通。

在本实用新型中，单元泵4在支架上自转类似行星轮系的行星轮，其优选为定量单元泵和/或变量单元泵，如图3和4所示，定量单元泵包括缸体14、左斜盘7、左回程盘8、左柱塞滑靴组10、左回程球铰11、回程弹簧12、吸入压出阀组13、右柱塞滑靴组15、右斜盘16、右回程盘17和右回程球铰18，其中，缸体14的外部设置有与大齿圈啮合的齿轮，左、右柱塞滑靴组10、15左右对称布置在缸体14内以形成柱塞对，每对柱塞对共用一个吸入压出阀组13；左、右斜盘7、16分设于缸体14的左右两端，左、右斜盘7、16分别与左、右回程盘8、17相连，该左、右回程盘8、17与对应的左、右柱塞滑靴组10、15铰接；左、右回程球铰11、18分设于缸体14左右两端的空腔内，该左、右回程球铰11、18一端由回程弹簧12顶住，另一端通过球面与左、右回程盘8、17中心球面接触，使得左、右回程盘8、17始终获得一个将左、右柱塞滑靴组10、15压向左、右斜盘7、 16的力。

具体的，左、右斜盘7、16分别固定在支架3左端相应位置和单元泵右端盖5上，左、右斜盘7、16与端盖夹角为16°的锐角，缸体14两端内部开设有安装柱塞滑靴组的柱塞腔，中部设置有开放的空腔，该空腔内的液体可通过吸入阀进入柱塞腔，液体也能通过压出阀从空腔压出，吸入压出阀组1套设在缸体的中部，其为普通的吸入阀和压出阀，吸入和压出分开完成。所述缸体14的左端还设置有压板9，用于固定柱塞套，使其与缸体成为一体，右斜盘16的右端设置有用于密封的密封件19。

如图3和4所示，定量单元泵有两种结构形式，图3所示的定量双斜盘液压柱塞泵采用机械密封，其缸体的右端与管路6连通；图4所示的定量双斜盘液压柱塞泵采用旋转格莱圈密封，在缸体右端形成径向流道26，该径向流道26与管路6导通。由图7a和图7b两个缸体受力分析图可知，图4中的缸体右端流道的左侧受到向左的大小为F1＝P×A的液压力(P是工作压力，A是缸体内部的流道横截面积)，右侧受到向右大小为F2＝P×A 的液压力，由力平衡原则缸体轴向上受到的液压力是一对平衡力，而图3 中的缸体右端流道受到一个大小为F3＝P×A液压力方向向左，故图4的结构有平衡掉液压力的优点。

具体的，变量单元泵4有两种结构，第一种是如图5所示的转动斜盘角度变量双斜盘液压柱塞泵，其通过转动斜盘以偏摆斜盘周向角度达到变量效果，第二种是如图6所示的改变斜盘倾角变量双斜盘液压柱塞泵，其通过改变斜盘子午面内倾角达到变量效果。其中，图5中的柱塞泵包括缸体14、左斜盘7、左回程盘8、左柱塞滑靴组10、左回程球铰11、回程弹簧12、吸入压出阀组13、右柱塞滑靴组15、右斜盘16、右回程盘17、右回程球铰18以及变量调节组件，其中，缸体14的外部设置有与大齿圈啮合的齿轮，左、右柱塞滑靴组10、15左右对称布置在缸体14内以形成柱塞对，每对柱塞对共用一个吸入压出阀组13；左、右斜盘7、16分设于缸体14的左右两端，并分别与左、右回程盘8、17相连，该左、右回程盘8、 17与对应的左、右柱塞滑靴组10、15铰接；左、右回程球铰11、18分设于缸体14左右两端的空腔内，该左、右回程球铰11、18一端由回程弹簧 12顶住，另一端通过球面与左、右回程盘8、17中心球面接触；变量调节组件设于缸体14的右端，用于流量变量调节，该变量调节组件包括出油口接头体20和变量手柄21，出油口接头体20和变量手柄21通过键23依次安装在右斜盘16的右端，该出油口接头体20与管路6导通。该柱塞泵通过将变量手柄转动一个角度，通过键联接的右斜盘随之转动一个角度，则可改变单元泵的两个斜盘的相对角度，使得两柱塞的有效作用行程发生改变，从而实现变量。

图6中的柱塞泵包括缸体14、左斜盘7、左回程盘8、左柱塞滑靴组 10、左回程球铰11、回程弹簧12、吸入压出阀组13、右柱塞滑靴组15、右斜盘16、右回程盘17、右回程球铰18以及变量调节组件，其中，缸体 14的外部设置有与大齿圈啮合的齿轮，左、右柱塞滑靴组10、15左右对称布置在缸体14内以形成柱塞对，每对柱塞对共用一个吸入压出阀组13；左、右斜盘7、16分设于缸体14的左右两端，并分别与左、右回程盘8、17相连，该左、右回程盘8、17与对应的左、右柱塞滑靴组10、15铰接；左、右回程球铰11、18分设于缸体14左右两端的空腔内，该左、右回程球铰 11、18一端由回程弹簧12顶住，另一端通过球面与左、右回程盘8、17中心球面接触；变量调节组件设于缸体14的右端，变量调节组件包括斜盘支撑弹簧座24和变量滑块25，斜盘支撑弹簧座24和变量滑块25均安装在单元泵右端盖5内，斜盘支撑弹簧座24通过弹簧与右斜盘16相连，变量滑块25可在单元泵右端盖5内滑动，其通过连杆与右斜盘16相连，该变量滑块25还连接有手柄，通过手柄控制变量滑块在单元泵右端盖孔内滑动，变量滑块通过连杆带动右斜盘运动，从而控制右斜盘的倾角达到变量的目的；缸体14的右端设置有出油口接头体，并通过出油口接头体与管路6导通。

在本实用新型中每个单元泵在周向分布安装时，初始相位角分别相差1/N个流量脉动周期(当单元泵的结构确定后其流量脉动周期即为已知参数)，即以第一个单元泵为安装基准，下一单元泵安装时在上一单元泵的基准上绕单元泵的轴线转动1/N个流量脉动周期的角度后进行安装，依次类推，使得相邻单元泵的初始相位角间相差1/N个流量脉动周期，由于每个泵都是由大齿圈提供径向动力，故每个缸体是同步转动，由于相位角相差1/N个周期，故流量脉动图会相差1/N个周期，叠加之后流量脉动波峰值会和波谷值互补使得流量脉动减小，叠加之后功率增加，达到超大级别。

本实用新型的大功率轴向柱塞式液压泵的工作过程和原理如下：

如图1-3，外部动力源通过花键联接带动传动轴和大齿圈作顺时针旋转运动，大齿圈通过齿轮啮合带着每一个单元泵的缸体转动，在左斜盘6、右斜盘15以及球铰回程机构的共同作用下，各柱塞对在柱塞腔中完成周期性往复运动，使得各个柱塞孔形成高低交替的压力场；随着缸体的旋转，当柱塞腔容积不断扩大，处于低压场时，吸入阀阀芯向上打开，液体吸入，完成柱塞泵的吸入过程；随着缸体的继续旋转，当完成吸入动作的柱塞腔容积不断缩小，处于高压场时，吸入阀的阀芯向下关闭并压紧，压出阀阀芯向下打开，实现单元柱塞泵的压出动作，液体由缸体空腔经管路排出最终对外界做功。

如图5所示，斜盘转动一个角度后两个斜盘之间的相对位置发生变化，一对柱塞在一个周期内从体积最小状态到体积最大状态吸入的液体体积发生改变，所排出的体积也发生改变故排量变化。如图6所示，控制变量滑块在单元泵右端盖孔内滑动，变量滑块通过连杆控制由斜盘运动，从而控制斜盘的倾角达到变量的目的。

本实用新型的大功率轴向柱塞式液压泵采用多个柱塞泵并联的方案用于风力发电具有：能够满足极端的低速大功率的工况，配合液压马达定速驱动同步电机发电，省去了现有风电装置的增速设备及变频设备，节约成本，降低重量，液压还具有柔性储能等优点。由于柱塞式液压泵在低转速下运行效率低，本实用新型设计的类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵能够满足转速低大功率的工况，还具备轴向柱塞泵的高压力易变量优点，适用于风力发电和海洋能发电。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵，其特征在于，包括左端盖(1)、传动件(2)、支架(3)、N个单元泵(4)、单元泵右端盖(5)和管路(6)，其中：

所述左端盖(1)和单元泵右端盖(5)分设于所述支架(3)的两端，所述传动件(2)与所述左端盖(1)同轴布置，且设置于所述左端盖(1)和支架(3)之间，该传动件(2)包括传动轴以及与传动轴一体加工的大齿圈，所述传动轴靠近所述左端盖(1)的一端穿过所述左端盖(1)，并与外部的动力源相连；

所述N个单元泵(4)沿所述传动轴的周向均匀布置，且设置在所述支架(3)和单元泵右端盖(5)之间，该N个单元泵(4)均与所述管路(6)相连，并均与所述大齿圈啮合，以此通过所述大齿圈将外部动力源的动力传递至各单元泵(4)中。

2.如权利要求1所述的类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵，其特征在于，所述单元泵(4)为定量单元泵或变量单元泵。

3.如权利要求2所述的类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵，其特征在于，所述定量单元泵包括缸体(14)、左斜盘(7)、左回程盘(8)、左柱塞滑靴组(10)、左回程球铰(11)、回程弹簧(12)、吸入压出阀组(13)、右柱塞滑靴组(15)、右斜盘(16)、右回程盘(17)和右回程球铰(18)，其中，所述缸体(14)的外部设置有与所述大齿圈啮合的齿轮，左、右柱塞滑靴组(10、15)左右对称布置在所述缸体(14)内以形成柱塞对，每对柱塞对共用一个吸入压出阀组(13)；左、右斜盘(7、16)分设于所述缸体(14)的左右两端，并分别与左、右回程盘(8、17)相连，该左、右回程盘(8、17)与对应的左、右柱塞滑靴组(10、15)铰接；所述左、右回程球铰(11、18)分设于所述缸体(14)左右两端的空腔内，该左、右回程球铰(11、18)一端由回程弹簧(12)顶住，另一端通过球面与对应的左、右回程盘(8、17)中心球面接触。

4.如权利要求2所述的类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵，其特征在于，所述变量单元泵包括缸体(14)、左斜盘(7)、左回程盘(8)、左柱塞滑靴组(10)、左回程球铰(11)、回程弹簧(12)、吸入压出阀组(13)、右柱塞滑靴组(15)、右斜盘(16)、右回程盘(17)、右回程球铰(18)以及变量调节组件，其中，所述缸体(14)的外部设置有与所述大齿圈啮合的齿轮，左、右柱塞滑靴组(10、15)左右对称布置在所述缸体(14)内以形成柱塞对，每对柱塞对共用一个吸入压出阀组(13)；左、右斜盘(7、16)分设于所述缸体(14)的左右两端，并分别与左、右回程盘(8、17)相连，该左、右回程盘(8、17)与对应的左、右柱塞滑靴组(10、15)铰接；所述左、右回程球铰(11、18)分设于所述缸体(14)左右两端的空腔内，该左、右回程球铰(11、18)一端由回程弹簧(12)顶住，另一端通过球面与对应的左、右回程盘(8、17)中心球面接触；所述变量调节组件设于所述缸体(14)的右端。

5.如权利要求4所述的类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵，其特征在于，所述变量调节组件包括出油口接头体(20)和变量手柄(21)，所述出油口接头体(20)和变量手柄(21)通过键(23)依次安装在右斜盘(16)的右端。

6.如权利要求4所述的类似行星轮系结构的大功率轴向柱塞式液压泵，其特征在于，所述变量调节组件包括斜盘支撑弹簧座(24)和变量滑块(25)，所述斜盘支撑弹簧座(24)和变量滑块(25)均安装在所述单元泵右端盖(5)内，所述斜盘支撑弹簧座(24)通过弹簧与右斜盘(16)相连，所述变量滑块(25)通过连杆与右斜盘(16)相连。