CN1033287C - 配有数控电力驱动装置的高压柱塞泵 - Google Patents

Abstract

一种配有数控电力驱动装置的高压柱塞泵，是由包括有缸体、缸套、柱塞、进液阀、排液阀组成的常规液力部分和由可编程控制器，可变频逆变电源、数控稀土同步电机和摆线行星减速器组成的数控动力驱动部分构成的机电一体化新产品，由减速器输出轴上的齿轮驱动柱塞杆上镶着的齿条往复运动，推动柱塞在缸套内吸压液体。彻底抛弃传统的传动机械，使柱塞行程可大大增长，排液压力、流量都稳定可控，能延长零部件使用寿命，提高容积效率。

Description

配有数控电力驱动装置的高压柱塞泵

本发明涉及一种新型结构的液压能源装置，确切地说，涉及一种配有数控电力驱动装置的高压柱塞泵。

往复式柱塞泵和齿轮泵、叶片泵相比较，由于往复式柱塞泵的柱塞与缸体孔是圆柱配合，容易取得较高的配合精度而密封性大大提高，因此，这种柱塞泵能承受较高的压力和有较高的容积效率。它可以得到较大的流量，自吸能力强，并且流量容易调节。所以，往复式柱塞泵被广泛应用于石油、治金、机械(如拉床、龙门刨床、行走机械)的液压***中，但是，传统的高压往复式柱塞泵传动结构复杂、易损件多，体积笨重。由于采用曲柄连杆把动力***的旋转运动转变为柱塞的往复直线运动，这种传动方式存在的缺点是：1、连杆带动柱塞的行程小、效率较低；2、曲柄连杆传动有不可避免的上下死点，机器运转不平稳，造成输出压力也随之波动。

本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷，传动机构简单，并配有数控电力驱动装置的高压柱塞泵。

本发明是这样实现的：由包括有缸体1、缸套2、柱塞3、进液阀12、排液阀11组成的液力部分和由电动机及其控制装置组成的电力驱动装置两部分组成的，柱塞杆4上镶有齿条4A，该齿条4A沿导向滚轮5作往复运动并由与其相啮合的齿轮6作驱动，其特征在于：齿轮6装在由数控稀土同步电机8为动力的摆线行星减速器7的输出轴上，数控电机8接有对其控制的可变频逆变电源9和对可变频逆变电源进行控制并和其他装置共用的可编程控制器10。齿轮6可以同时驱动两个齿条，构成双向往复式柱塞泵。

本发明是以当代微电子技术为核心的电子信息技术改造传统机械产品，实现机电一体化的范例。它主要是应用可以全方位实时数控的电力拖动装置为驱动装置，对原往复式柱塞泵的动力部分和传动部分进行改造的结果。这种全数控电力拖动装置(专利申请号CN92100001.4)是由作为电力与机械动力转换部分的稀土永磁同步电机和作为数字控制部分的对稀土电机定子线圈馈电的可变频逆变电源以及对该逆变电源进行控制的可编程控制器所组成，该装置是由***管理中枢的微型计算机(可编程控制器)对土稀同步电机的输出转速、转动加速度、转向、扭矩、行程按照实时工况的优化需要而进行实时数字控制，因而不再需要常规的、庞大而复杂的传动***把原动力的旋转运动转换成柱塞的往复运动，这样，可以彻底抛弃传统的传动机构：曲柄连杆、十字头、十字头导向机构等机构另部件，使柱塞的运动方向、速度等各种运动元素完全由微机对生产过程的各种信息数据，进行实时的采集、分析、处理、传输、利用后，发出的指令进行实时控制，这样，可以使本发明排液流量、压力尽可能地稳定，缩小乃至消除曲柄连杆机构造成的正弦规律波动影响，在整个工作过程中，实现优化被控状态。而且，取消了曲柄连杆的制约，柱塞的行程可以根据工艺需要而实现大幅度增加，这样，又大大改善了泵的工作条件，可以有效延长油泵、柱塞、阀门的使用寿命，泵的容积效率得到进一步提高。

图1是本发明的结构组成示意图。

如图1所示，本发明是包括有由缸体1、缸套2、柱塞3、进液阀11、排液阀12组成的液力部分和由电机及控制装置组成的电力驱动装置两部分组成的，其特征是柱塞杆4上镶有齿条4A，该齿条4A沿导向滚轮5作往复运动并由与其相啮合的齿轮6作驱动，齿轮6装在由数控稀土同步电机8为动力的摆线行星减速器7的输出轴上，数控电机8接有对其控制的可变频逆变电源9和对可变频逆变电源进行控制并和其他装置共用的可编程控制器10。

本发明的液力部分与传统的往复式柱塞泵或活塞式泵基本一样：工作液从进口14流入，通过进液阀12进入缸体，由柱塞3在缸套2中作往复运动引起缸内液体容积发生变化，将液体由进液阀12吸入缸中后加压再经排液阀11和出口13排出泵外，工作原理与常规的往复泵是一致的。其传动部分也是十分简单的：在柱塞3后端的柱塞杆4上镶有齿条4A，该齿条可以沿其导向滚轮5作往复滑动，并与齿轮6相啮合和受其驱动。齿轮6可以驱动一个齿条，构成单缸柱塞泵，也可以同时驱动两个齿条，使之作同步异向往复运动而构成双缸柱塞泵。齿轮6装在摆线行星减速器7的输出轴上，由数控稀土同步电机8经摆线行星减速器7减速后带动轮6转动。摆线行星减速器减速比大、效率高、体积小；也可采用可正反向旋转的其他减速器，只是工作效率不如前者。数控稀土同步电机8是由可变频逆变电源9和可编程控制器10控制其运转的。这种电机采用稀土永磁材料做电机转子，在该电机的定子线圈中通入交变电流时，交变电流产生一个旋转磁场，该旋转磁场与转子的永磁场相互作用，带动转子旋转，产生输出扭矩。转子的转动速度与交变电流产生的旋转磁场旋转速度相同，即电力与机械动力转换部分的作用与同步电动机相同。而给定子线圈馈电的可变频逆变电源则把普通定频交流电或直流电变成频率和相位都可变的交流电输出，它不仅可以被控改变输出电流的频率和相位关系，还可以被控改变输出电流的大小。通过控制改变可变频逆变电源的输出电流频率和相位关系就可控制转子的输出转动速度和转动方向，通过控制改变可变频逆变电源的输出电流大小还可以调节转子的输出扭矩，从而控制该稀土永磁电机的工况。可变频逆变电源则由可编程控制器控制的，也就是通过数字控制的方法可以控制该电机的输出转速、运动方向和扭矩。通过可编程控制器对被控的可变频逆变电源输出电流频率进行积分，还可以得到对行程的控制。总之，本发明的数控动力驱动装置体积小，功率大，超载性能优越，可以在数控条件下对其输出转速、转向、扭矩和行程进行实时调整而达到变工况运行的最佳优化操作。而这是由泵的用户根据使用状况和要求在PC机上编制好柱塞泵的实时控制运行程序后通过RS232C串行通信接口送入可编程控制器后发出的实时指令给数控可变频逆变电源9里，使该可逆变电源9输出频率、脉宽、幅度都可调的脉冲给全速稀土永磁电机励磁，实现对电机的转速、转向的控制，从而通过齿轮、齿条的传动实现对柱塞泵随机改变其运行参数的功能，实时改变其工作时的排液量和压力不稳定的缺陷，从根本上改善传统结构往复式柱塞泵的工作状况和容积效率。如果需要，也可以把泵的输出参数和流程参数，以及监测这些参数的传感器也与可编程控制器接通，使泵能实时采集这些参数，参照优选工况参数进行实时控制，使本发明成为可变工况操作的高压柱塞泵。

本发明可以取代各种高压往复泵，包括单缸柱塞泵和双缸的柱塞泵，尤其适用于取代石油工业***中的泥浆泵、水泥车泵、压裂车泵。以泥浆泵为例，采用本发明后，可使重量由原先的20吨减少到不超过10吨，而且，具备本发明中前述的诸项优点。

Claims (2)

1、一种配有数控电力驱动装置的高压柱塞泵，由包括有缸体(1)、缸套(2)、柱塞(3)、进液阀(12)、排液阀(11)组成的液力部分和由电动机及其控制装置组成的电力驱动装置两部分组成的，柱塞杆(4)上镶有齿条(4A)，该齿条(4A)沿导向滚轮(5)作往复运动并由与其相啮合的齿轮(6)作驱动，其特征在于：齿轮(6)装在由数控稀土同步电机(8)为动力的摆线行星减速器(7)的输出轴上，数控电机(8)接有对其控制的可变频逆变电源(9)和对可变频逆变电源进行控制并和其他装置共用的可编程控制器(10)。

2、根据权利要求1所述的高压柱塞泵，其特征在于：齿轮(6)可以同时驱动两个齿条，构成双向往复式柱塞泵。

Images