CN114876755B - 螺旋往复式单作用柱塞泵 - Google Patents

Abstract

螺旋往复式单作用柱塞泵，包括泵体，泵体的左端设有端盖，端盖与泵体之间形成腔体，腔体内设有可绕泵体轴心线转动的主轴和可沿泵体轴向往复移动的柱塞组，泵体的右侧壁面开有进油口和排油口；所述腔体包括相互连通的传动腔和多个柱塞腔，传动腔位于泵体左部，多个柱塞腔位于泵体右部，且多个柱塞腔沿泵体的周向均布；每个柱塞腔的右端面都设有一个吸油道和一个排油道；传动腔内设有主轴，主轴上且位于传动腔内的轴段设有往复螺纹槽；柱塞组包括爪形架和多个对应设置在柱塞腔内的柱塞，柱塞设置在柱塞腔内，且柱塞可沿泵体轴向作直线往复运动。本发明可获得很高的排压，且流量与压力无关，吸入性能好，效率较高。

Description

螺旋往复式单作用柱塞泵

技术领域

本发明涉及液压泵技术领域，尤其涉及螺旋往复式单作用柱塞泵。

背景技术

液压泵是液压***的动力元件，是靠发动机或电动机驱动，从液压油箱中吸入油液，形成压力油排出，送到执行元件的一种元件。液压泵按结构分为齿轮泵、柱塞泵、叶片泵和螺杆泵，它们的优缺点如下：

齿轮泵：体积较小，结构较简单，对油的清洁度要求不严，价格较便宜；但泵轴受不平衡力，磨损严重，泄漏较大。

叶片泵：分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。这种泵流量均匀、运转平稳、噪音小、压力和容积效率比齿轮泵高、结构比齿轮泵复杂。

柱塞泵：容积效率高、泄漏小、可在高压下工作、大多用于大功率液压***；但结构复杂，材料和加工精度要求高、价格贵、对油的清洁度要求高。

螺杆泵：转速低一般为20r/min～90r/min，机械磨损小，不会发生汽蚀；流道宽，可以输送含有固体物的油液；泵体结构是半开的，可以观察到泵内的运行情况；但其尺寸大，占地面积也大；受机械加工条件限制，泵轴不能太长，因而扬程较低，一般不超过10m。

柱塞泵是液压***的一种依靠柱塞在泵体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油的泵。传统柱塞泵按其多个柱塞的排布形式可分为三大类：轴向柱塞泵、径向柱塞泵和往复式柱塞泵，均是借助工作腔里的容积周期性变化实现输送介质的目的。原动机的机械能经过泵之后，直接转化为输送介质的压力能。泵的流量只取决于工作腔容积变化值及其在单位时间内的变化次数频率，而在理论上与排出的压力无关。柱塞泵同其他形式的液压泵相比，更易于在保持较高容积效率的基础上实现高压化和大流量，大量应用于航空航天和工程机械等高压重载的场合。

但往复式柱塞泵的流量不是很稳定，流量比同体积的轴向柱塞泵小，同时由于传统柱塞泵内部运动部件多，构造较为复杂，高速运动时不仅转动惯量大，而且由于泵体结构中滑动摩擦副较多，零件磨损和发热也会加剧，直接影响使用寿命和耐久度。由于以上种种不足，限制了柱塞泵更加广泛的应用。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供螺旋往复式单作用柱塞泵。

本发明采用的技术方案是：螺旋往复式单作用柱塞泵，包括泵体，泵体的左端设有端盖，端盖与泵体之间形成腔体，腔体内设有可绕泵体轴心线转动的主轴和可沿泵体轴向往复移动的柱塞组，泵体的右侧壁面开有进油口和排油口；

所述腔体包括相互连通的传动腔和多个柱塞腔，其中，传动腔位于泵体左部，多个柱塞腔位于泵体右部，且多个柱塞腔沿泵体的周向均布；每个柱塞腔的右端面都设有一个吸油道和一个排油道，多个吸油道分别与泵体内设置的环形吸油道连通，环形吸油道与进油口连通，进油口内设有进油单向阀，进油单向阀只允许油液从泵体外进入柱塞腔；多个排油道分别与泵体内设置的环形排油道连通，环形排油道与排油口连通，排油口内设有排油单向阀，排油单向阀只允许油液从柱塞腔流出泵体外；

所述传动腔内设有沿泵体轴心线方向延伸至端盖左侧的主轴，主轴左端通过第一轴承贯穿安装在端盖上，主轴右端通过第二轴承安装在传动腔右侧内壁上；主轴上且位于传动腔内的轴段设有往复螺纹槽，往复螺纹槽包括两条旋向相反的螺纹槽，两条螺纹槽的螺距和导程都相同，且两条螺纹槽在所述轴段两端首尾对接形成一条闭合的往复螺纹槽；主轴上且位于传动腔内的轴段上套设有柱塞组；

所述柱塞组包括爪形架和多个对应设置在柱塞腔内的柱塞，爪形架的中心设有用于套设在主轴上的通孔，通孔内设有与往复螺纹槽相配合的滑块；爪形架的外侧设有多个沿泵体轴向向右延伸的爪足，每个爪足的右端对应连接一个柱塞；柱塞设置在柱塞腔内，且柱塞可沿泵体轴向作直线往复运动，柱塞右端面与柱塞腔围合成密闭的腔室；腔室的容积随柱塞的往复运动变化，当柱塞从最左端往最右端运动时，腔室容积逐渐变小；相反，当柱塞从最右端往最左端运动时，腔室容积逐渐变大；当主轴绕泵体轴心线旋转时，带动滑块沿泵体轴向作直线往复运动，从而带动柱塞沿泵体轴向作直线往复运动；容积逐渐变大的腔室吸油，容积逐渐减小的腔室排油。

进一步，所述柱塞腔、柱塞的数量为奇数个，以减少输出高压油的脉动性。

进一步，所述泵体的左端面设有四个沿周向均布的泵体螺纹孔，端盖上设有四个与泵体螺纹孔一一对应的端盖螺纹孔，端盖螺纹孔与泵体螺纹孔内设有螺钉，螺钉将泵体与端盖固定连接在一起。

本发明的基本原理如下：往复丝杆采用特殊的螺纹槽设计，为两条左旋和右旋的螺纹槽，两个螺纹槽的螺距和导程都相同，并且两条螺纹在丝杆两端首尾对接，形成一条闭合的螺纹槽。滑块的行程和大小与螺纹槽存在匹配关系，螺旋丝杆的两端通过轴承与端盖和泵体刚性连接。当螺旋丝杆由电机驱动其连续旋转时，滑块沿着沟槽从螺纹槽的一端运动到另一端，通过端部闭合的螺纹槽往回运动，在无需改变丝杆转动方向的情况下实现滑块的连续往复运动。在螺旋往复式柱塞泵的主轴的合适位置加工一段长度与柱塞行程匹配的往复螺纹槽。将滑块与柱塞组刚性连接，柱塞和柱塞腔存在配合关系，能形成密闭容腔。用联轴器连接主轴和电机输出轴，通过电机带动主轴连续旋转。滑块在主轴的驱动下沿着往复螺纹槽从一端到另一端往复运动，并带动刚性连接的柱塞组一起往复运动，从而实现泵腔容积大小变化。当泵腔容积变大时，腔内压强减小，在大气压作用下液压油从油缸通过进油单向阀进入泵腔，实现吸油；当泵腔容积变小时，腔内压强增大，液压油通过排油单向阀排出泵腔。滑块在往复螺纹槽内往复运动一次即完成一次吸排油。

本发明的有益效果是：

1. 可获得很高的排压，且流量与压力无关，吸入性能好，效率较高；

2. 原则上可输送任何介质，几乎不受介质的物理或化学性质的限制；

3. 减少了传统轴向柱塞泵的滑靴以及斜盘等处的摩擦副，提高了泵的使用寿命和耐久度；

4. 往复丝杆（往复螺纹槽）的换向可靠，使用周期长，制造成本低；

5. 结构简单、成本低。相比于其他的往复式柱塞泵，本发明提供的方案零部件数量少，且加工、装配均较为容易，制造成本低，有利于工业化的实际应用和大规模批量生产。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明的装配示意图；

图3为本发明的主轴的结构示意图；

图4为本发明的泵体的结构示意图；

图5为本发明的泵体中排油油道结构示意图；

图6为本发明的柱塞组结构示意图；

图7为是本发明的左端盖的结构示意图；

附图标记说明： 1是主轴，2是端盖，3是螺钉，4是泵体，5是柱塞组，6是轴承，7是排油单向阀，8是进油单向阀，9是往复螺纹槽，10是泵体螺纹孔，11是泵体轴承孔，12是柱塞腔，13是排油油道，14是环形排油道，15是排油口，16是滑块，17是端盖螺纹孔，18是端盖轴承孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照附图，螺旋往复式单作用柱塞泵，包括泵体4，泵体4的左端设有端盖2，所述泵体4的左端面设有四个沿周向均布的泵体螺纹孔10，端盖2上设有四个与泵体螺纹孔10一一对应的端盖螺纹孔17，端盖螺纹孔17与泵体螺纹孔10内设有螺钉3，螺钉3将泵体4与端盖2固定连接在一起。

所述端盖2与泵体4之间形成腔体，腔体内设有可绕泵体4轴心线转动的主轴1和可沿泵体4轴向往复移动的柱塞组5，泵体4的右侧壁面开有进油口和排油口15；

所述腔体包括相互连通的传动腔和多个柱塞腔12，其中，传动腔位于泵体4左部，多个柱塞腔12位于泵体4右部，且多个柱塞腔12沿泵体4的周向均布；每个柱塞腔的右端面都设有一个吸油道和一个排油道，多个吸油道分别与泵体4内设置的环形吸油道连通，环形吸油道与进油口连通，进油口内设有进油单向阀，进油单向阀只允许油液从泵体4外进入柱塞腔；多个排油道分别与泵体4内设置的环形排油道连通，环形排油道与排油口15连通，排油口15内设有排油单向阀，排油单向阀只允许油液从柱塞腔流出泵体4外；

所述传动腔内设有沿泵体4轴心线方向延伸至端盖2左侧的主轴1，主轴1左端通过第一轴承贯穿安装在端盖2上，主轴1右端通过第二轴承安装在传动腔右侧内壁上；第一轴承安装在端盖2右侧的端盖轴承孔18，第二轴承安装在传动腔右侧壁面的泵体轴承孔11上；主轴1上且位于传动腔内的轴段设有往复螺纹槽9，往复螺纹槽9包括两条旋向相反的螺纹槽，两条螺纹槽的螺距和导程都相同，且两条螺纹在所述轴段两端首尾对接形成一条闭合的往复螺纹槽9；主轴1上且位于传动腔内的轴段上套设有柱塞组5；

所述柱塞组5包括爪形架和多个对应设置在柱塞腔内的柱塞，爪形架的中心设有用于套设在主轴1上的通孔，该通孔大小与主轴1有往复螺纹槽9的轴段的直径相匹配，孔中刚性连接一个与往复螺纹槽9配合的滑块16；爪形架的外侧设有多个沿泵体4轴向向右延伸的爪足，每个爪足的右端对应连接一个柱塞；柱塞设置在柱塞腔12内，且柱塞可沿泵体4轴向作直线往复运动，柱塞右端面与柱塞腔12围合成密闭的腔室；腔室的容积随柱塞的往复运动变化，当柱塞从最左端往最右端运动时，腔室容积逐渐变小；相反，当柱塞从最右端往最左端运动时，腔室容积逐渐变大；当主轴1绕泵体4轴心线旋转时，带动滑块16沿泵体4轴向作直线往复运动，从而带动柱塞沿泵体4轴向作直线往复运动；容积逐渐变大的腔室吸油，容积逐渐减小的腔室排油。

本发明的一些实施例中，柱塞腔与柱塞组柱塞个数选用奇数，如7、9、11等，这样可以减少输出高压油的脉动性。

通过增加或减少柱塞腔与柱塞组柱塞个数，从而改变泵腔的容积大小，可以实现该柱塞泵排量增加或减少。改变柱塞的大小也能该变该柱塞泵的排量。

通过调整主轴上往复螺纹槽的长度，能够调整滑块沿主轴轴向的行程大小，与滑块刚性相连的柱塞组的行程也随之改变。由此可以调整输出油液的排量。

在螺纹槽长度不变，即柱塞组行程不变时，在适当范围内改变往复螺纹槽的螺距可以在主轴转速不变的情况下改变滑块在螺纹槽内的运动速度，即柱塞组的往复运动速率，从而改变往复柱塞泵的作用速度快慢和输出流量大小。

上述柱塞泵是单作用式往复螺纹槽柱塞泵，本发明的实施另一些例中，通过在主轴上加工两段往复螺纹，安装两套柱塞组，并与两套泵腔配合，即可改作双作用泵使用。

本螺旋往复式单作用柱塞泵的工作原理如下：

当主轴1在电机或马达驱动下连续旋转时，固连在柱塞组5上的滑块16在摩擦力的作用下沿着往复螺纹槽9往复运动，从而带动各个柱塞在柱塞腔12内往复运动，形成容积变化。当柱塞向柱塞腔12外运动时，泵腔容积增大，腔内压强减小，在大气压的作用下，油液从油缸中通过吸油油道和进油单向阀8进入柱塞腔12；当柱塞向柱塞腔12内运动时，泵腔容积减小，腔内压强增大，油液通过排油油道13和排油单向阀7流出柱塞腔12。滑块16在往复螺纹槽9内往复运动一次即完成一次吸排油。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (1)

1.螺旋往复式单作用柱塞泵，其特征在于：包括泵体（4），泵体（4）的左端设有端盖（2），端盖（2）与泵体（4）之间形成腔体，腔体内设有可绕泵体（4）轴心线转动的主轴（1）和可沿泵体（4）轴向往复移动的柱塞组（5），泵体（4）的右侧壁面开有进油口和排油口（15）；

所述腔体包括相互连通的传动腔和多个柱塞腔，其中，传动腔位于泵体（4）左部，多个柱塞腔位于泵体（4）右部，且多个柱塞腔沿泵体（4）的周向均布；每个柱塞腔的右端面都设有一个吸油道和一个排油道，多个吸油道分别与泵体（4）内设置的环形吸油道连通，环形吸油道与进油口连通，进油口内设有进油单向阀，进油单向阀只允许油液从泵体（4）外进入柱塞腔；多个排油道分别与泵体（4）内设置的环形排油道连通，环形排油道与排油口（15）连通，排油口（15）内设有排油单向阀，排油单向阀只允许油液从柱塞腔流出泵体（4）外；

所述传动腔内设有沿泵体（4）轴心线方向延伸至端盖（2）左侧的主轴（1），主轴（1）左端通过第一轴承贯穿安装在端盖（2）上，主轴（1）右端通过第二轴承安装在传动腔右侧内壁上；主轴（1）上且位于传动腔内的轴段设有往复螺纹槽（9），往复螺纹槽（9）包括两条旋向相反的螺纹槽，两条螺纹槽的螺距和导程都相同，且两条螺纹槽在所述轴段两端首尾对接形成一条闭合的往复螺纹槽（9）；主轴（1）上且位于传动腔内的轴段上套设有柱塞组（5）；

所述柱塞组（5）包括爪形架和多个对应设置在柱塞腔内的柱塞，爪形架的中心设有用于套设在主轴（1）上的通孔，通孔内设有与往复螺纹槽（9）相配合的滑块（16）；爪形架的外侧设有多个沿泵体（4）轴向向右延伸的爪足，每个爪足的右端对应连接一个柱塞；柱塞设置在柱塞腔内，且柱塞可沿泵体（4）轴向作直线往复运动，柱塞右端面与柱塞腔围合成密闭的腔室；腔室的容积随柱塞的往复运动变化，当柱塞从最左端往最右端运动时，腔室容积逐渐变小；相反，当柱塞从最右端往最左端运动时，腔室容积逐渐变大；当主轴（1）绕泵体（4）轴心线旋转时，带动滑块（16）沿泵体（4）轴向作直线往复运动，从而带动柱塞沿泵体（4）轴向作直线往复运动；容积逐渐变大的腔室吸油，容积逐渐减小的腔室排油；

所述柱塞腔、柱塞的数量为奇数个，以减少输出高压油的脉动性；

所述泵体（4）的左端面设有四个沿周向均布的泵体螺纹孔（10），端盖（2）上设有四个与泵体螺纹孔（10）一一对应的端盖螺纹孔（17），端盖螺纹孔（17）与泵体螺纹孔（10）内设有螺钉（3），螺钉（3）将泵体（4）与端盖（2）固定连接在一起。