CN214742015U - 一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构，包括阀芯本体和端面凸轮以及滚轮组件，阀芯本体外表面连接有端面凸轮，且凸轮与缸体固定在一起，阀芯本体位于两端凸轮之间的外表面依次固定连接有左台肩和右台肩，阀芯本体两端固定连接滚轮组件，两端的滚轮组件与端面凸轮相适配，通过两端设置的特殊空间凸轮机构使得活塞在旋转的过程中在缸体内限定的位置作有规律的往复运动，实现了比例换向控制和吸排水，很好地满足了某些既需要结构简单又需比例换向、有一定控制精度等的复杂柱塞泵的使用要求，避免了阀芯旋转式换向阀的应用范围具有一定局限性的问题，从而改进了一些传统往复柱塞泵的问题。

Description

一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构

技术领域

本实用新型涉及柱塞泵液压阀领域，具体涉及一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构。

背景技术

液压传动的基本原理是利用液体的流动压力能来传递能量。在液压系统工作过程中，原动机(马达)通过液压泵把机械能转变成流体压力能，然后再通过液压缸或液压马达将液体的压力能转变为机械能，驱动负载以获得从动件需要的运动。液压传动具有布置灵活、结构简单、功率密度大等许多优点，由此被各行各业广泛采用，尤其是往复柱塞泵。

在19世纪末与二十世纪初，德国的魏斯特法尔和贝格尔对往复泵的基础理论做了系统地研究，贝尔格在《活塞泵》一书中对泵阀的运动进行了分析，建立了相应的数学模型，分析了泵阀在整个工作过程时，泵腔的压力变化规律。在二十世纪后半叶，随着石油化工行业的兴起，因往复柱塞泵工作时具有可运输高粘度、高密度和高含沙量液体及泥浆的优点，往复泵在油气开采运输、化工及重型机器制造等行业应用日益广泛，许多学者和专家对往复柱塞泵的基础理论又作了进一步研究，并设计开发了一系列的新产品。往复柱塞泵在大型船舶、水利水电和矿山开采等领域应用越来越广泛。近年来，随着能源和环境问题地加剧，往复柱塞泵在汽车、工程机械、移动机械及固定机械上应用普遍，因而研发高输出压力、大流量、制造和维修方便、流量压力脉动小的往复泵将越来越迫切

往复柱塞泵主要由柱塞-泵体副、配流系统和驱动机构组成，它通过柱塞在泵体内作往复运动的柱塞，使泵体和柱塞顶之间形成可变的工作容积，旋转运动的原动机通过驱动机构使柱塞往复运动，同时配流机构在位置约束机构的作用下，使得当柱塞泵工作容积扩大时将泵腔与吸油腔接通，当柱塞泵工作容积缩小时泵腔与排油腔接通，完成由吸油腔向排油腔输送液压能。传统往复柱塞泵多采用单向阀配流，驱动方式多种多样，按动力及驱动方式可以分为：凸轮机构往复柱塞泵、曲柄连杆机构往复柱塞泵、液压驱动往复柱塞泵和直线电机往复柱塞泵四种。

往复柱塞泵的配流系统一般采用阀式配流，配流阀主要有单向阀和电磁开关阀两种。单向阀具有内部泄露少、密封性好、启闭平稳、对污染不敏感、压力冲击小、运动形式较为简单独立等优点，因而往复柱塞泵多采用单向阀配流。单向阀因其内部结构形式不同，主要有球阀、平板阀和锥阀三种。

球阀的阀球为标准钢球或其他高硬度耐磨材料的球，具有结构简单、制造安装方便、互换性好等优点，应用最为广泛。但是球阀在开启和关闭时，因实心球的质量大，运动时有较大的惯性，使得阀口启闭存在滞后现象，特别是往复柱塞泵在高速运转时滞后现象更为严重。平板阀质量小，运动惯性小，且平板阀容易加工，可以通过与配流口的环面接触来密封，但是当平板阀密封面出现磨损后，降低平板阀的密封性，造成往复柱塞泵的泄漏量增加。锥阀有柱塞式锥阀和蕈阀(菌状锥阀)两种常见的结构形式，锥阀具有良好的导向性，在工作时能保证其运动方向的准确性。锥阀采用锥面密封的形式，具有密封性能良好，较好的自位性能，使用寿命长等优点，但是其结构在加工制造时比平板阀略微复杂，锥阀结构尺寸大，使得往复柱塞泵工作的死区容积增大，特别是高压条件下对泵的容积效率有较大影响。

为了解决往复柱塞泵的结构、摩擦副、泄漏量以及效率等问题，本实用新型提出一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构。该阀是一种基于2D双自由度原理设计的新型阀，区别于传统的单向阀，2D阀减少了活塞围绕中心轴周向绕转的过程，具有结构简单、摩擦副少、泄漏少，效率高的优点。且传统的柱塞泵一般通过活塞的往复运动形成周期变化的工作容腔获得吸排油的功能，这需要一个独立设计的配流机构完成工作容腔吸排油的切换，其结构复杂、噪声大。此新型阀的设计，泵在工作过程中利用活塞的旋转进行配流，省去了独立的配流机构，且配流槽均匀分布，零遮盖方式配流，避免闭死压缩和闭死膨胀。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构，解决了结构以及效率等问题，也就是传统的柱塞泵一般通过活塞的往复运动形成周期变化的工作容腔获得吸排油的功能，这需要一个独立设计的配流机构完成工作容腔吸排油的切换，其结构复杂、噪声大。另外柱塞泵本身的泄露问题和效率不是很高的问题都是本实用新型关注的点。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构，包括阀芯本体活塞和端面凸轮以及滚轮组件，所述阀芯本体的左端的外表面连接有左端面凸轮，且凸轮与缸体固定在一起，所述阀芯本体右端的外表面连接有右端面凸轮，且凸轮与缸体固定在一起，所述阀芯本体两端固定连接滚轮组件，所述阀芯本体位于两端凸轮之间的外表面依次固定连接有左台肩和右台肩，且所述左台肩的外表面开设有第一径向弧形切口，所述右台肩的外表面开设有第二径向弧形切口，所述滚轮与端面凸轮相适配。

优选的，所述阀芯本体有两个方向的自由度，通过两端设置的特殊空间凸轮机构使得活塞在旋转的过程中在缸体内限定的位置作有规律的往复运动，一个是周向旋转，包括正转和反转，一个是轴向移动，包括左移动和右移动。

优选的，所述第一径向弧形切口、第二径向弧形切口的数量均为四个，且四个所述第一径向弧形切口沿左台肩的圆周方向均匀设置，四个所述第二径向弧形切口沿右台肩的圆周方向均匀设置。

优选的，四个所述第一径向弧形切口位置开在左台肩的左边，四个所述第二径向弧形切口位置开在右台肩的右边。

优选的，相邻的所述第一径向弧形切口和第二径向弧形切口在轴向方向上相互错开，且错开的角度为45°。

优选的，所述端面凸轮有两个最高点和两个最低点，且最高点与最低点错开角度为90°。

优选的，所述端面凸轮的最高点中心所在的轴线与第一径向弧形切口和第二径向弧形切口所在的轴线完全错开。

优选的，所述端面凸轮的最低点中心所在轴线与第一径向弧形切口和第二径向弧形切口所在的轴线完全错开。

优选的，所述端面凸轮固定安装于阀芯本体以外的阀套内部，于缸体固定，无相对运动。

优选的，所述两端滚轮组件固定于活塞杆上，即固定于阀芯本体上，带动阀芯一起运动。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该阀通过在阀芯本体活塞左端外表面连接左端面凸轮，右端连接右端面凸轮，且凸轮有两个最高点两个最低点，沿周向均匀放置，阀芯本体位于两端凸轮之间固定连接有左台肩和右台肩，且左台肩的外表面开设有第一径向弧形切口、右台肩的外表面开设有第二径向弧形切口，两端的滚轮组件与端面凸轮相适配，可实现通过两端设置的特殊空间凸轮机构使得活塞在旋转的过程中在缸体内限定的位置作有规律的往复运动，同时实现其吸排水的功能。很好地达到了使液压阀进行中位和左右工位工作的目的，实现了比例换向控制，很好地满足了某些既需要结构简单又需比例换向、有一定控制精度等的复杂柱塞泵的使用要求，避免了阀芯旋转式换向阀的应用范围具有一定局限性的问题，从而改进了一些传统往复柱塞泵的问题。

(2)、该阀通过阀芯本体有两个方向的自由度，一个是滚轮在凸轮上的旋转带动阀芯本体左周向旋转，且周向旋转包括正转和反转，一个是滚轮经过凸轮的最高点和最低点带动阀芯做轴向移动，且轴向移动包括左移动和右移动，可实现平动和旋转同时进行，以此改变所述滚轮和端面凸轮结构的配合关系来实现此阀的往复摆动和连续旋转，从而很好地达到了自动切换的目的。

附图说明

图1为本实用新型的阀芯结构示意图；

图2为本实用新型的端面凸轮结构示意图；

图3为本实用新型的滚轮组件结构示意图；

图4为本实用新型的端面凸轮和滚轮的结构示意图；

图5为本实用新型处于左工作位的结构示意图；

图6为本实用新型处于右工作位的结构示意图。

图中，1左滚轮、2左端面凸轮、3左台肩、4右台肩、5右端面凸轮、6右滚轮、7阀芯本体、8第一径向弧形切口、9第二径向弧形切口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-6，本实用新型实例提供了一种技术方案：一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构，包括阀芯本体7、左端面凸轮2、右端面凸轮5、左滚轮1和右滚轮6，阀芯本体7的左端连接左端面凸轮2和左滚轮1，阀芯本体7的右端连接右端面凸轮5和右滚轮6，阀芯本体7位于左端面凸轮2和右端面凸轮5之间的外表面依次固定连接有左台肩3和右台肩4，且左台肩3的外表面开设有第一径向弧形切口8，右台肩4的外表面开设有第二径向弧形切口9，左端面凸轮2与左滚轮1相适配，右端面凸轮5与右滚轮6相适配，阀芯本体 7有两个方向的自由度，一个是左滚轮1在左端面凸轮2上做周向旋转带动阀芯本体7做周向旋转，且周向旋转包括正转和反转，另一个是通过左滚轮1经过左端面凸轮2的最高点与最低点带动阀芯本体7 做轴向移动，且轴向移动包括左移动和右移动，第一径向弧形切口8 和第二径向弧形切口9的数量均为四个。且四个第一径向弧形切口8 沿着左台肩3的圆周方向均匀设置，四个第二径向弧形切口9沿着右台肩4的圆周方向均匀设置，且第一径向弧形切口8开在左台肩3的左边位置，第二径向弧形切口9开在右台肩4的右边位置，相邻的第一径向弧形切口8和第二径向弧形切口9在轴向方向上互相错开，且错开的角度为45°，左端面凸轮2的底部中心所在轴线分别于第一径向弧形切口8和第二径向弧形切口9所在轴线完全错开，左端面凸轮2的顶部中心所在轴线分别于第一径向弧形切口8和第二径向弧形切口9所在轴线完全错开，左端面凸轮2和右端面凸轮5都有两个顶部两个底部，且角度为90°。

工作原理：1、2D阀处于左工作位

参考图5，右滚轮6处于右端面凸轮5最低端中心处，左滚轮1 则处于左端面凸轮2最高端中心处。当电机带动阀芯本体7旋转时，阀芯本体7在右视方向上做逆时针运动。此刻右滚轮6沿右端面凸轮 5做向上攀爬运动，左滚轮1则沿左端面凸轮2下降，阀芯本体7在左端面凸轮2和右端面凸轮5的作用下向右做轴向的变速运动，缸体左侧腔容积逐渐变大，而左台肩3上与左侧腔相通的四个第一径向弧形切口8随阀芯本体7旋转从而与缸体的吸油孔连通，此刻左腔体开始通过吸油孔从水箱中开始吸水，随着四个第一径向弧形切口8与配流孔之间的重合面积逐渐增大，单位时间内吸水量逐渐增多；与此同时，右侧腔容积逐渐减少，阀芯本体7上与右侧腔贯通的四个第二径向弧形切口9此时与缸体的排油口相连通，左腔体将腔内水通过柱塞挤压的方式从出油口排出，这一过程缸体上配流口与径向弧形切口的配流面积逐渐增大。此时对应的便是该基于2D阀的主动配流往复柱塞泵的阀的左工作位。

2、2D阀处于右工作位

参考图6，当阀芯本体7从最低点转过45°时，阀芯本体7处于行程中的中位状态，此时径向弧形切口与缸体上配流口之间的配流面积达到最大。随着阀芯本体7的继续转动，其配流面积又开始逐渐变小。当右滚轮6达到右端面凸轮5轨道最高点时，阀芯本体7上的第一径向弧形切口8和第二径向弧形切口9以及左右腔与缸体之间处于密闭状态，径向弧形切口与进出油口没有交汇。当滚轮沿凸轮轨道继续滚动时，此时阀芯本体7向相反方向运动，左右腔的工作状态与之前相比正好相反，右侧的排油腔从其最小容积状态开始与吸油口连通，转变为吸油腔；而左侧原来的吸油腔容积达到最大，与左腔连通的第一径向弧形切口8此时则开始与缸体的排油口连通，转变为排油腔。

单侧腔旋转半周，从最高点到达最低点即完成一次吸水与排水的工作，旋转一周则完成两次吸水排水，左右腔工况相反，但吸排水次数相同，由此可知阀芯本体7在一个工作周期内总共完成四次吸排水的工作，与同样行程和工作面积的轴向柱塞泵相比，工作效率是轴向柱塞泵的四倍，可见其具有较高的吸排系数。通过电机带动左滚轮1 右滚轮6旋转，左滚轮1右滚轮6带动阀芯本体7连续在左端面凸轮 2右端面凸轮5轨道上往复运动的方式，促使缸体的左右腔不断的进行吸排油腔的切换，实现将油箱中的油液泵送出来的功能。

Claims (9)

1.一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构，包括阀芯本体(7)、左端面凸轮(2)、右端面凸轮(5)、左滚轮(1)和右滚轮(6)，其特征在于：所述阀芯本体(7)的左端连接左端面凸轮(2)和左滚轮(1)，所述阀芯本体(7)的右端连接右端面凸轮(5)和右滚轮(6)，所述阀芯本体(7)位于左端面凸轮(2)和右端面凸轮(5)之间的外表面依次固定连接有左台肩(3)和右台肩(4)，且所述左台肩(3)的外表面开设有第一径向弧形切口(8)，所述右台肩(4)的外表面开设有第二径向弧形切口(9)，所述左端面凸轮(2)与左滚轮(1)相适配，所述右端面凸轮(5)与右滚轮(6)相适配。

2.根据权利要求1所述的一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构，其特征在于：所述阀芯本体(7)有两个方向的自由度，一个是左滚轮(1)在左端面凸轮(2)上做周向旋转带动阀芯本体(7)做周向旋转，且周向旋转包括正转和反转，另一个是通过左滚轮(1)经过左端面凸轮(2)的最高点与最低点带动阀芯本体(7)做轴向移动，且轴向移动包括左移动和右移动。

3.根据权利要求1所述的一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构，其特征在于：所述第一径向弧形切口(8)和第二径向弧形切口(9)的数量均为四个，且四个第一径向弧形切口(8)沿着左台肩(3)的圆周方向均匀设置，四个第二径向弧形切口(9)沿着右台肩(4)的圆周方向均匀设置。

4.根据权利要求3所述的一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构，其特征在于：所述第一径向弧形切口(8)开在左台肩(3)的左边位置，第二径向弧形切口(9)开在右台肩(4)的右边位置。

5.根据权利要求1所述的一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构，其特征在于：相邻的所述第一径向弧形切口(8)和第二径向弧形切口(9)在轴向方向上互相错开，且错开的角度为45°。

6.根据权利要求1所述的一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构，其特征在于：所述左端面凸轮(2)的底部中心所在轴线分别于第一径向弧形切口(8)和第二径向弧形切口(9)所在轴线完全错开，左端面凸轮(2)的顶部中心所在轴线分别于第一径向弧形切口(8)和第二径向弧形切口(9)所在轴线完全错开。

7.根据权利要求1所述的一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构，其特征在于：所述左端面凸轮(2)和右端面凸轮(5)都有两个顶部两个底部，且错开角度为90°。

8.根据权利要求1所述的一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构，其特征在于：所述左端面凸轮(2)和右端面凸轮(5)固定安装于阀芯本体(7)以外的阀套上，与缸体固定。

9.根据权利要求1所述的一种主动配流往复柱塞泵的液压阀结构，其特征在于：所述左滚轮(1)和右滚轮(6)固定于活塞杆上，即固定于阀芯本体(7)上，带动阀芯一起运动。

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