CN103615388B - 一种往复柱塞泵用转芯式周向配流装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于液压动力传递和输出设备技术领域，涉及一种往复柱塞泵用转芯式周向配流装置；柱塞固定安装在泵体的空腔内，滑套安装在泵体内，柱塞的内腔上面开制有气孔，柱塞的内侧壁上制有径向小孔，径向小孔装有压紧弹簧和从动销；阀芯安装在滑套的下面，阀芯的外面为阀芯周壁，阀芯中轴与阀芯周壁之间形成的圆环形空腔和柱塞下端面形成泵腔，阀芯的下端面制有阀芯孔，阀芯中轴上制有凸轮槽，阀芯周壁上制有配流孔，阀芯周壁的右面为流质入口，左面为流质出口；阀芯、阀芯中轴外圆面上的凸轮槽、从动销和柱塞形成变型直动圆柱导槽凸轮机构；其结构紧凑，容积效率高，性能稳定，压力损失小，节能效果好，应用广泛，产业化前景广阔。

Description

一种往复柱塞泵用转芯式周向配流装置

技术领域：

本发明属于液压动力传递和输出设备技术领域，涉及一种往复柱塞泵用转芯式周向配流装置。

背景技术：

泵业约消耗20％电能，是世界上仅次于汽车的第二大机电产业，其中往复柱塞泵在流体发动机、原油输运、气站、泵站、移动机械和固定机械上应用非常普遍。目前，往复柱塞泵最严重的问题是配流***结构松散庞大，效率低，性能不稳定，现有的配流结构有盘式配流和阀式配流两种，盘式配流主要应用在斜盘式和斜轴式液压马达或液压泵上，在往复柱塞泵上不采用盘式配流，盘式配流利用斜盘与柱塞之间相对转动来调节进、出流质口的开闭，这种配流方式会因为斜盘在工作中的磨损而出现泄漏，导致容积效率降低；往复柱塞泵、齿轮泵等主要采用阀式配流，阀式配流主要有单向阀配流和开关阀配流两种，这两种配流方式有许多弊端：一是单向阀和开关阀体积大，需要管接头连接，管接头的尺寸也较大，且容易泄漏；二是单向阀和开关阀的口径较小，都有局部节流作用，压力损失大；三是配流***结构分散，固定安装及不方便，加大其在装载对象上的布置难度；四是一个液压泵和多个液压阀一同调节控制整个液压***流质的流动状态，尤其是作为液压***控制元件的液压阀，由于结构复杂，精度要求较高，导致制造成本高，价格昂贵；单泵多阀使流质的运动路线延长，造成压力损失，泵和阀虽然是高精度元件，但也存在着误差，单泵多阀的配流环节，使整个配流结构构件数目增多，累积误差增大；五是阀的容积效率受泵的工作频率影响较大，一旦偏离其标定工况，容积效率大幅度降低。因此，寻求一种结构紧凑、容积效率高的往复柱塞泵用转芯式周向配流装置具有重要的意义。

发明内容：

本发明目的主要在于克服往复柱塞泵用传统配流***容积效率低、压力损失大、体积大、成本高的缺点，寻求一种成本低、结构紧凑、压力损失小、容积效率高、性能稳定的往复柱塞泵用转芯式周向配流装置，实现机械能向液压能的转化和输出。

为了实现上述发明目的，本发明充分利用柱塞的往复运动，巧妙利用变型直动圆柱导槽凸轮机构将柱塞的往复直线运动转化为阀芯的连续单向旋转运动，再利用阀芯的连续单向旋转运动实现柱塞上行时泵腔与其周面的流质入口联通吸入流质、柱塞下行时泵腔与其周面的流质出口联通压出流质，完成流质输运和泵流质过程。

本发明的主体结构包括泵体、流质入口、压紧弹簧、从动销、滑套、柱塞、阀芯、流质出口和泵腔，其中阀芯包括阀芯中轴、阀芯周壁、凸轮槽、阀芯孔和配流孔；起支撑和连接作用的泵体的形状根据泵体所处的使用环境和装备要求设计；中空圆柱结构的柱塞固定安装在泵体的空腔内，耐磨或自润滑材料制成的滑套嵌入式安装在泵体内，对柱塞起导向作用；滑套与柱塞紧密贴合，柱塞在外力作用下在滑套内沿轴向往复移动；柱塞的圆形内腔上面开制有与外面大气相通的气孔，柱塞上行时外面大气通过气孔进入圆形内腔，柱塞下行时圆形内腔的气体通过气孔排出；柱塞的内侧壁上制有径向小孔，径向小孔装有压紧弹簧和从动销，压紧弹簧套制在从动销上，压紧弹簧为螺旋弹簧，从动销为圆柱销，从动销与径向小孔间隙配合，当从动销随柱塞上下往复移动时，从动销在压紧弹簧的作用下，压靠在阀芯的凸轮槽内；阀芯安装在滑套的下面，阀芯在泵体的空腔中与泵体内壁间隙配合，阀芯沿轴向位移时受到滑套下端面的限制和约束，仅能绕轴线转动；阀芯的中间为阀芯中轴，阀芯中轴与柱塞的圆形内腔间隙配合；阀芯的外面为阀芯周壁，阀芯中轴与阀芯周壁之间形成的圆环形空腔和柱塞下端面形成泵腔，柱塞上下移动时泵腔变大或变小，对应吸入或泵出流质的过程；阀芯的下端面制有一个将阀芯底面和泵腔联通的阀芯孔，阀芯孔将流质引到阀芯底面与泵体接触摩擦面，起冷却和润滑作用；阀芯中轴上制有凸轮槽，凸轮槽围绕阀芯中轴转360度闭合，实现阀芯的单向连续转动，凸轮槽各处的深度不同，在柱塞带着从动销上行时，阀芯中轴上对应的半周凸轮槽从最下面到最上面深度逐渐变浅，到最上面时突然变深，此时从动销在压紧弹簧的作用下压靠到凸轮槽深处无法在柱塞换向时重复前半周走过的凸轮槽线路；柱塞带着从动销下行时，阀芯中轴上对应的另一半周的凸轮槽从上面到最下面也逐渐变浅，到最下面时突然变深，此时从动销在压紧弹簧的作用下压靠到凸轮槽深处无法在柱塞换向时重复前半周走过的凸轮槽线路；如此循环不断实现阀芯随着柱塞往复运动作单向连续转动；阀芯周壁上制有配流孔，配流孔的圆周方向的宽度不能使流质入口与流质出口联通，否则无法输运和泵压流质；配流孔轴向的长度从阀芯圆环形空腔的下缘向上最大可到周壁的上缘，使流质进出泵腔的流通面积最大、流质进出泵腔的阻力最小，使整个配流装置的容积效率最高；阀芯周壁与泵体高精度间隙配合，阀芯周壁的右面为流质入口，左面为流质出口，流质入口与流质出口在圆周方向的距离大于配流孔周向的宽度；随着柱塞往复移动和阀芯的转动，配流孔在柱塞上行时与周向的流质入口联通，泵腔变大吸入流质；配流孔在柱塞下行时与周向的流质出口联通，泵腔变小压出流质，实现流质的输运和增压；阀芯、阀芯中轴外圆面上的凸轮槽、从动销和柱塞形成变型直动圆柱导槽凸轮机构，利用该变型直动圆柱导槽凸轮机构将柱塞的往复直线运动转化为阀芯的连续单向旋转运动，再利用阀芯的连续单向旋转运动实现柱塞上行时泵腔与其周面的流质入口联通吸入流质、柱塞下行时泵腔与其周面的流质出口联通压出流质，完成流质输运和泵流质过程。

本发明在往复柱塞泵工作时，外力带动柱塞往复运动，柱塞带动压紧弹簧和从动销同步往复运动，从动销在压紧弹簧作用下压靠在凸轮槽内，当柱塞上行时，从动销通过凸轮槽拨动阀芯向右转动，此时配流孔与流质入口联通，流质通过流质入口进入泵腔，由于凸轮槽的深度逐渐变浅，从动销在凸轮槽内的长度变小，受压紧弹簧的作用力越来越大；当柱塞运动到上止点时，阀芯转动180度，从动销到凸轮槽的上端，此时凸轮槽突然变深出现一个阶跃，从动销在压紧弹簧的作用下突然外伸压靠到凸轮槽深处，当柱塞下行时从动销受凸轮槽阶跃阻止，无法回到并重复刚走过的半周凸轮槽，只能沿另半周凸轮槽移动，推动阀芯同向连续转动，配流孔与流质出口联通，流质通过流质出口被柱塞压出；柱塞下行时由于凸轮槽的深度逐渐变浅，从动销在凸轮槽内的长度变小，受压紧弹簧的作用力越来越大；当柱塞运动到下止点时，阀芯继续转动180度，从动销正好到凸轮槽的下端，此时凸轮槽突然变深出现一个阶跃，从动销在压紧弹簧的作用下突然外伸压靠到凸轮槽深处，当柱塞再上行时从动销受凸轮槽阶跃阻止，无法回到并重复刚走过的半周凸轮槽，只能沿另半周凸轮槽移动，推动阀芯同向连续转动，如此循环不断，实现流质输运和压力输出。

本发明与现有技术相比，实现了往复柱塞泵的配流功能，工作介质可以是油、水和气体等各种流体，其结构紧凑，容积效率高，性能稳定，不受泵工作频率的影响，压力损失小，节能效果好，应用广泛，产业化前景广阔。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明的剖面俯视结构原理示意图。

图3为本发明涉及的阀芯结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例：

本实施例的主体结构泵体1、流质入口2、压紧弹簧3、从动销4、滑套5、柱塞6、阀芯7、流质出口8和泵腔9，其中阀芯7包括阀芯中轴10、阀芯周壁11、凸轮槽12、阀芯孔13和配流孔14；起支撑和连接作用的泵体1的形状根据泵体1所处的环境和装备要求设计；中空圆柱结构的柱塞6固定安装在泵体1的空腔内，耐磨或自润滑材料制成的滑套5嵌入式安装在泵体1内，对柱塞6起导向作用；滑套5与柱塞6紧密贴合，柱塞6在外力作用下在滑套5内沿轴向往复移动；柱塞6的圆形内腔上面开制有与外面大气相通的气孔，柱塞6上行时外面大气通过气孔进入圆形内腔，柱塞6下行时圆形内腔的气体通过气孔排出；柱塞6的内侧壁上制有径向小孔，径向小孔装有压紧弹簧3和从动销4，压紧弹簧3套制在从动销4上，压紧弹簧3为螺旋弹簧，从动销4为圆柱销，从动销4与径向小孔间隙配合，如图1所示，径向小孔与从动销4重合，因此，图1中未标示出径向小孔；当从动销4随柱塞6上下往复移动时，从动销4在压紧弹簧3的作用下，压靠在阀芯7的凸轮槽12内；阀芯7安装在滑套5的下面，阀芯7在泵体1的空腔中与泵体1内壁间隙配合，阀芯7沿轴向位移时受到滑套5下端面的限制和约束，仅能绕轴线转动；阀芯7的中间为阀芯中轴10，阀芯中轴10与柱塞6的圆形内腔间隙配合；阀芯7的外面为阀芯周壁11，阀芯中轴10与阀芯周壁11之间形成的圆环形空腔和柱塞6下端面形成泵腔9，柱塞6上下移动时泵腔9变大或变小，对应吸入或泵出流质的过程；阀芯7的下端面制有一个将阀芯7底面和泵腔9联通的阀芯孔13，阀芯孔13将流质引到阀芯7底面与泵体1接触摩擦面，起冷却和润滑作用；阀芯中轴10上制有凸轮槽12，凸轮槽12围绕阀芯中轴10转360度闭合，实现阀芯7的单向连续转动，凸轮槽12各处的深度不同，在柱塞6带着从动销4上行时，阀芯中轴10上对应的半周凸轮槽12从最下面到最上面深度逐渐变浅，到最上面时突然变深，此时从动销4在压紧弹簧3的作用下压靠到凸轮槽12深处无法在柱塞6换向时重复前半周走过的凸轮槽12线路；柱塞6带着从动销4下行时，阀芯中轴10上对应的另一半周的凸轮槽12从上面到最下面也逐渐变浅，到最下面时突然变深，此时从动销4在压紧弹簧3的作用下压靠到凸轮槽12深处无法在柱塞6换向时重复前半周走过的凸轮槽12线路；如此循环不断实现阀芯7随着柱塞6往复运动作单向连续转动；阀芯7周壁上制有配流孔14，配流孔14的圆周方向的宽度不能使流质入口2与流质出口8联通，否则无法输运和泵压流质；配流孔14轴向的长度从阀芯7圆环形空腔的下缘向上最大可到周壁的上缘，使流质进出泵腔9的流通面积最大、流质进出泵腔9的阻力最小，使整个配流装置的容积效率最高；阀芯周壁11与泵体1高精度间隙配合，阀芯周壁11的右面为流质入口2，左面为流质出口8，流质入口2与流质出口8在圆周方向的距离大于配流孔13周向的宽度；随着柱塞6往复移动和阀芯7的转动，配流孔13在柱塞6上行时与周向的流质入口2联通，泵腔9变大吸入流质；配流孔13在柱塞6下行时与周向的流质出口8联通，泵腔9变小压出流质，实现流质的输运和增压；阀芯7、阀芯中轴10外圆面上的凸轮槽12、从动销4和柱塞6形成变型直动圆柱导槽凸轮机构，利用该变型直动圆柱导槽凸轮机构将柱塞6的往复直线运动转化为阀芯7的连续单向旋转运动，再利用阀芯7的连续单向旋转运动实现柱塞6上行时泵腔9与其周面的流质入口2联通吸入流质、柱塞6下行时泵腔9与其周面的流质出口8联通压出流质，完成流质输运和泵流质过程。

本实施例在往复柱塞6泵工作时，外力带动柱塞6往复运动，柱塞6带动压紧弹簧3和从动销4同步往复运动，从动销4在压紧弹簧3作用下压靠在凸轮槽12内，当柱塞6上行时，从动销4通过凸轮槽12拨动阀芯7向右转动(图1俯视时按逆时针转动)，此时配流孔与流质入口2联通，流质通过流质入口2进入泵腔9，由于凸轮槽12的深度逐渐变浅，从动销4在凸轮槽12内的长度变小，受压紧弹簧3的作用力越来越大；当柱塞6运动到上止点时，阀芯7转动180度，从动销4到凸轮槽12的上端，此时凸轮槽12突然变深出现一个阶跃，从动销4在压紧弹簧3的作用下突然外伸压靠到凸轮槽12深处，当柱塞6下行时从动销4受凸轮槽12阶跃阻止，无法回到并重复刚走过的半周凸轮槽12，只能沿另半周凸轮槽12移动，推动阀芯7同向连续转动，配流孔与流质出口8联通，流质通过流质出口8被柱塞6压出；柱塞6下行时由于凸轮槽12的深度逐渐变浅，从动销4在凸轮槽12内的长度变小，受压紧弹簧3的作用力越来越大；当柱塞6运动到下止点时，阀芯7继续转动180度，从动销4正好到凸轮槽12的下端，此时凸轮槽12突然变深出现一个阶跃，从动销4在压紧弹簧3的作用下突然外伸压靠到凸轮槽12深处，当柱塞6再上行时从动销4受凸轮槽12阶跃阻止，无法回到并重复刚走过的半周凸轮槽12，只能沿另半周凸轮槽12移动，推动阀芯7同向连续转动，如此循环不断，实现流质输运和压力输出。

Claims (2)

1.一种往复柱塞泵用转芯式周向配流装置，其特征在于主体结构包括泵体、流质入口、压紧弹簧、从动销、滑套、柱塞、阀芯、流质出口和泵腔，其中阀芯包括阀芯中轴、阀芯周壁、凸轮槽、阀芯孔和配流孔；起支撑和连接作用的泵体的形状根据泵体所处的使用环境和装备要求设计；中空圆柱结构的柱塞固定安装在泵体的空腔内，耐磨或自润滑材料制成的滑套嵌入式安装在泵体内，对柱塞起导向作用；滑套与柱塞紧密贴合，柱塞在外力作用下在滑套内沿轴向往复移动；柱塞的圆形内腔上面开制有与外面大气相通的气孔，柱塞上行时外面大气通过气孔进入圆形内腔，柱塞下行时圆形内腔的气体通过气孔排出；柱塞的内侧壁上制有径向小孔，径向小孔装有压紧弹簧和从动销，压紧弹簧套制在从动销上，压紧弹簧为螺旋弹簧，从动销为圆柱销，从动销与径向小孔间隙配合，当从动销随柱塞上下往复移动时，从动销在压紧弹簧的作用下，压靠在阀芯的凸轮槽内；阀芯安装在滑套的下面，阀芯在泵体的空腔中与泵体内壁间隙配合，阀芯沿轴向位移时受到滑套下端面的限制和约束，仅能绕轴线转动；阀芯的中间为阀芯中轴，阀芯中轴与柱塞的圆形内腔间隙配合；阀芯的外面为阀芯周壁，阀芯中轴与阀芯周壁之间形成的圆环形空腔和柱塞下端面形成泵腔，柱塞上下移动时泵腔变大或变小，对应吸入或泵出流质的过程；阀芯的下端面制有一个将阀芯底面和泵腔联通的阀芯孔，阀芯孔将流质引到阀芯底面与泵体接触摩擦面，起冷却和润滑作用；阀芯中轴上制有凸轮槽，凸轮槽围绕阀芯中轴转360度闭合，实现阀芯的单向连续转动，凸轮槽各处的深度不同，在柱塞带着从动销上行时，阀芯中轴上对应的半周凸轮槽从最下面到最上面深度逐渐变浅，到最上面时突然变深，此时从动销在压紧弹簧的作用下压靠到凸轮槽深处无法在柱塞换向时重复前半周走过的凸轮槽线路；柱塞带着从动销下行时，阀芯中轴上对应的另一半周的凸轮槽从上面到最下面逐渐变浅，到最下面时突然变深，此时从动销在压紧弹簧的作用下压靠到凸轮槽深处无法在柱塞换向时重复前半周走过的凸轮槽线路；如此循环不断实现阀芯随着柱塞往复运动作单向连续转动；阀芯周壁上制有配流孔，配流孔的圆周方向的宽度限制流质入口与流质出口联通，实现输运和泵压流质；配流孔轴向的长度从阀芯圆环形空腔的下缘向上到周壁的上缘，使流质进出泵腔的流通面积最大、流质进出泵腔的阻力最小，使整个配流装置的容积效率最高；阀芯周壁与泵体高精度间隙配合，阀芯周壁的右面为流质入口，左面为流质出口，流质入口与流质出口在圆周方向的距离大于配流孔周向的宽度；随着柱塞往复移动和阀芯的转动，配流孔在柱塞上行时与周向的流质入口联通，泵腔变大吸入流质；配流孔在柱塞下行时与周向的流质出口联通，泵腔变小压出流质，实现流质的输运和增压；阀芯、阀芯中轴外圆面上的凸轮槽、从动销和柱塞形成变型直动圆柱导槽凸轮机构，利用该变型直动圆柱导槽凸轮机构将柱塞的往复直线运动转化为阀芯的连续单向旋转运动，再利用阀芯的连续单向旋转运动实现柱塞上行时泵腔与其周面的流质入口联通吸入流质、柱塞下行时泵腔与其周面的流质出口联通压出流质，完成流质输运和泵流质过程。

2.根据权利要求1所述的往复柱塞泵用转芯式周向配流装置，其特征在于在往复柱塞泵工作时，外力带动柱塞往复运动，柱塞带动压紧弹簧和从动销同步往复运动，从动销在压紧弹簧作用下压靠在凸轮槽内，当柱塞上行时，从动销通过凸轮槽拨动阀芯向右转动，此时配流孔与流质入口联通，流质通过流质入口进入泵腔，由于凸轮槽的深度逐渐变浅，从动销在凸轮槽内的长度变小，受压紧弹簧的作用力越来越大；当柱塞运动到上止点时，阀芯转动180度，从动销到凸轮槽的上端，此时凸轮槽突然变深出现一个阶跃，从动销在压紧弹簧的作用下突然外伸压靠到凸轮槽深处，当柱塞下行时从动销受凸轮槽阶跃阻止，无法回到并重复刚走过的半周凸轮槽，只能沿另半周凸轮槽移动，推动阀芯同向连续转动，配流孔与流质出口联通，流质通过流质出口被柱塞压出；柱塞下行时由于凸轮槽的深度逐渐变浅，从动销在凸轮槽内的长度变小，受压紧弹簧的作用力越来越大；当柱塞运动到下止点时，阀芯继续转动180度，从动销正好到凸轮槽的下端，此时凸轮槽突然变深出现一个阶跃，从动销在压紧弹簧的作用下突然外伸压靠到凸轮槽深处，当柱塞再上行时从动销受凸轮槽阶跃阻止，无法回到并重复刚走过的半周凸轮槽，只能沿另半周凸轮槽移动，推动阀芯同向连续转动，如此循环不断，实现流质输运和压力输出。