一種往復柱塞泵用轉芯式周向配流裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于液壓動力傳遞和輸出設備【技術領域】，涉及一種往復柱塞泵用轉芯式周向配流裝置；柱塞固定安裝在泵體的空腔內，滑套安裝在泵體內，柱塞的內腔上面開制有氣孔，柱塞的內側壁上制有徑向小孔，徑向小孔裝有壓緊彈簧和從動銷；閥芯安裝在滑套的下面，閥芯的外面為閥芯周壁，閥芯中軸與閥芯周壁之間形成的圓環(huán)形空腔和柱塞下端面形成泵腔，閥芯的下端面制有閥芯孔，閥芯中軸上制有凸輪槽，閥芯周壁上制有配流孔，閥芯周壁的右面為流質入口，左面為流質出口；閥芯、閥芯中軸外圓面上的凸輪槽、從動銷和柱塞形成變型直動圓柱導槽凸輪機構；其結構緊湊，容積效率高，性能穩(wěn)定，壓力損失小，節(jié)能效果好，應用廣泛，產業(yè)化前景廣闊。
【專利說明】一種往復柱塞泵用轉芯式周向配流裝置
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明屬于液壓動力傳遞和輸出設備【技術領域】，涉及一種往復柱塞泵用轉芯式周向配流裝置。
【背景技術】:
[0002]泵業(yè)約消耗20%電能，是世界上僅次于汽車的第二大機電產業(yè)，其中往復柱塞泵在流體發(fā)動機、原油輸運、氣站、泵站、移動機械和固定機械上應用非常普遍。目前，往復柱塞泵最嚴重的問題是配流系統(tǒng)結構松散龐大，效率低，性能不穩(wěn)定，現(xiàn)有的配流結構有盤式配流和閥式配流兩種，盤式配流主要應用在斜盤式和斜軸式液壓馬達或液壓泵上，在往復柱塞泵上不采用盤式配流，盤式配流利用斜盤與柱塞之間相對轉動來調節(jié)進、出流質口的開閉，這種配流方式會因為斜盤在工作中的磨損而出現(xiàn)泄漏，導致容積效率降低；往復柱塞泵、齒輪泵等主要采用閥式配流，閥式配流主要有單向閥配流和開關閥配流兩種，這兩種配流方式有許多弊端:一是單向閥和開關閥體積大，需要管接頭連接，管接頭的尺寸也較大，且容易泄漏；二是單向閥和開關閥的口徑較小，都有局部節(jié)流作用，壓力損失大；三是配流系統(tǒng)結構分散，固定安裝及不方便，加大其在裝載對象上的布置難度；四是一個液壓泵和多個液壓閥一同調節(jié)控制整個液壓系統(tǒng)流質的流動狀態(tài)，尤其是作為液壓系統(tǒng)控制元件的液壓閥，由于結構復雜，精度要求較高，導致制造成本高，價格昂貴；單泵多閥使流質的運動路線延長，造成壓力損失，泵和閥雖然是高精度元件，但也存在著誤差，單泵多閥的配流環(huán)節(jié)，使整個配流結構構件數(shù)目增多，累積誤差增大；五是閥的容積效率受泵的工作頻率影響較大，一旦偏離其標定工況，容積效率大幅度降低。因此，尋求一種結構緊湊、容積效率高的往復柱塞泵用轉芯式周向配流裝置具有重要的意義。

【發(fā)明內容】
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[0003]本發(fā)明目的主要在于克服往復柱塞泵用傳統(tǒng)配流系統(tǒng)容積效率低、壓力損失大、體積大、成本高的缺點，尋求一種成本低、結構緊湊、壓力損失小、容積效率高、性能穩(wěn)定的往復柱塞泵用轉芯式周向配流裝置，實現(xiàn)機械能向液壓能的轉化和輸出。
[0004]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明充分利用柱塞的往復運動，巧妙利用變型直動圓柱導槽凸輪機構將柱塞的往復直線運動轉化為閥芯的連續(xù)單向旋轉運動，再利用閥芯的連續(xù)單向旋轉運動實現(xiàn)柱塞上行時泵腔與其周面的流質入口聯(lián)通吸入流質、柱塞下行時泵腔與其周面的流質出口聯(lián)通壓出流質，完成流質輸運和泵流質過程。
[0005]本發(fā)明的主體結構包括泵體、流質入口、壓緊彈簧、從動銷、滑套、柱塞、閥芯、流質出口和泵腔，其中閥芯包括閥芯中軸、閥芯周壁、凸輪槽、閥芯孔和配流孔；起支撐和連接作用的泵體的形狀根據(jù)泵體所處的使用環(huán)境和裝備要求設計；中空圓柱結構的柱塞固定安裝在泵體的空腔內，耐磨或自潤滑材料制成的滑套嵌入式安裝在泵體內，對柱塞起導向作用；滑套與柱塞緊密貼合，柱塞在外力作用下在滑套內沿軸向往復移動；柱塞的圓形內腔上面開制有與外面大氣相通的氣孔，柱塞上行時外面大氣通過氣孔進入圓形內腔，柱塞下行時圓形內腔的氣體通過氣孔排出；柱塞的內側壁上制有徑向小孔，徑向小孔裝有壓緊彈簧和從動銷，壓緊彈簧套制在從動銷上，壓緊彈簧為螺旋彈簧，從動銷為圓柱銷，從動銷與徑向小孔間隙配合，當從動銷隨柱塞上下往復移動時，從動銷在壓緊彈簧的作用下，壓靠在閥芯的凸輪槽內；閥芯安裝在滑套的下面，閥芯在泵體的空腔中與泵體內壁間隙配合，閥芯沿軸向位移時受到滑套下端面的限制和約束，僅能繞軸線轉動；閥芯的中間為閥芯中軸，閥芯中軸與柱塞的圓形內腔間隙配合；閥芯的外面為閥芯周壁，閥芯中軸與閥芯周壁之間形成的圓環(huán)形空腔和柱塞下端面形成泵腔，柱塞上下移動時泵腔變大或變小，對應吸入或泵出流質的過程；閥芯的下端面制有一個將閥芯底面和泵腔聯(lián)通的閥芯孔，閥芯孔將流質引到閥芯底面與泵體接觸摩擦面，起冷卻和潤滑作用；閥芯中軸上制有凸輪槽，凸輪槽圍繞閥芯中軸轉360度閉合，實現(xiàn)閥芯的單向連續(xù)轉動，凸輪槽各處的深度不同，在柱塞帶著從動銷上行時，閥芯中軸上對應的半周凸輪槽從最下面到最上面深度逐漸變淺，到最上面時突然變深，此時從動銷在壓緊彈簧的作用下壓靠到凸輪槽深處無法在柱塞換向時重復前半周走過的凸輪槽線路；柱塞帶著從動銷下行時，閥芯中軸上對應的另一半周的凸輪槽從上面到最下面也逐漸變淺，到最下面時突然變深，此時從動銷在壓緊彈簧的作用下壓靠到凸輪槽深處無法在柱塞換向時重復前半周走過的凸輪槽線路；如此循環(huán)不斷實現(xiàn)閥芯隨著柱塞往復運動作單向連續(xù)轉動；閥芯周壁上制有配流孔，配流孔的圓周方向的寬度不能使流質入口與流質出口聯(lián)通，否則無法輸運和泵壓流質；配流孔軸向的長度從閥芯圓環(huán)形空腔的下緣向上最大可到周壁的上緣，使流質進出泵腔的流通面積最大、流質進出泵腔的阻力最小，使整個配流裝置的容積效率最高；閥芯周壁與泵體高精度間隙配合，閥芯周壁的右面為流質入口，左面為流質出口，流質入口與流質出口在圓周方向的距離大于配流孔周向的寬度；隨著柱塞往復移動和閥芯的轉動，配流孔在柱塞上行時與周向的流質入口聯(lián)通，泵腔變大吸入流質；配流孔在柱塞下行時與周向的流質出口聯(lián)通，泵腔變小壓出流質，實現(xiàn)流質的輸運和增壓；閥芯、閥芯中軸外圓面上的凸輪槽、從動銷和柱塞形成變型直動圓柱導槽凸輪機構，利用該變型直動圓柱導槽凸輪機構將柱塞的往復直線運動轉化為閥芯的連續(xù)單向旋轉運動，再利用閥芯的連續(xù)單向旋轉運動實現(xiàn)柱塞上行時泵腔與其周面的流質入口聯(lián)通吸入流質、柱塞下行時泵腔與其周面的流質出口聯(lián)通壓出流質，完成流質輸運和泵流質過程。
[0006]本發(fā)明在往復柱塞泵工作時，外力帶動柱塞往復運動，柱塞帶動壓緊彈簧和從動銷同步往復運動，從動銷在壓緊彈簧作用下壓靠在凸輪槽內，當柱塞上行時，從動銷通過凸輪槽撥動閥芯向右轉動，此時配流孔與流質入口聯(lián)通，流質通過流質入口進入泵腔，由于凸輪槽的深度逐漸變淺，從動銷在凸輪槽內的長度變小，受壓緊彈簧的作用力越來越大；當柱塞運動到上止點時，閥芯轉動180度，從動銷到凸輪槽的上端，此時凸輪槽突然變深出現(xiàn)一個階躍，從動銷在壓緊彈簧的作用下突然外伸壓靠到凸輪槽深處，當柱塞下行時從動銷受凸輪槽階躍阻止，無法回到并重復剛走過的半周凸輪槽，只能沿另半周凸輪槽移動，推動閥芯同向連續(xù)轉動，配流孔與流質出口聯(lián)通，流質通過流質出口被柱塞壓出；柱塞下行時由于凸輪槽的深度逐漸變淺，從動銷在凸輪槽內的長度變小，受壓緊彈簧的作用力越來越大；當柱塞運動到下止點時，閥芯繼續(xù)轉動180度，從動銷正好到凸輪槽的下端，此時凸輪槽突然變深出現(xiàn)一個階躍，從動銷在壓緊彈簧的作用下突然外伸壓靠到凸輪槽深處，當柱塞再上行時從動銷受凸輪槽階躍阻止，無法回到并重復剛走過的半周凸輪槽，只能沿另半周凸輪槽移動，推動閥芯同向連續(xù)轉動，如此循環(huán)不斷，實現(xiàn)流質輸運和壓力輸出。[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，實現(xiàn)了往復柱塞泵的配流功能，工作介質可以是油、水和氣體等各種流體，其結構緊湊，容積效率高，性能穩(wěn)定，不受泵工作頻率的影響，壓力損失小，節(jié)能效果好，應用廣泛，產業(yè)化前景廣闊。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0008]圖1為本發(fā)明的主體結構原理示意圖。
[0009]圖2為本發(fā)明的剖面俯視結構原理示意圖。
[0010]圖3為本發(fā)明涉及的閥芯結構原理示意圖。
【具體實施方式】:
[0011]下面通過實施例并結合附圖作進一步說明。
[0012]實施例:
[0013]本實施例的主體結構泵體1、流質入口 2、壓緊彈簧3、從動銷4、滑套5、柱塞6、閥芯7、流質出口 8和泵腔9，其中閥芯7包括閥芯中軸10、閥芯周壁11、凸輪槽12、閥芯孔13和配流孔14 ;起支撐和連接作用的泵體I的形狀根據(jù)泵體I所處的環(huán)境和裝備要求設計；中空圓柱結構的柱塞6固定安裝在泵體I的空腔內，耐磨或自潤滑材料制成的滑套5嵌入式安裝在泵體I內，對柱塞6起導向作用；滑套5與柱塞6緊密貼合，柱塞6在外力作用下在滑套5內沿軸向往復移動；柱塞6的圓形內腔上面開制有與外面大氣相通的氣孔，柱塞6上行時外面大氣通過氣孔進入圓形內腔，柱塞6下行時圓形內腔的氣體通過氣孔排出；柱塞6的內側壁上制有徑向小孔，徑向小孔裝有壓緊彈簧3和從動銷4，壓緊彈簧3套制在從動銷4上，壓緊彈簧3為螺旋彈簧，從動銷4為圓柱銷，從動銷4與徑向小孔間隙配合，如圖1所示，徑向小孔與從動銷4重合,因此，圖1中未標示出徑向小孔；當從動銷4隨柱塞6上下往復移動時，從動銷4在壓緊彈簧3的作用下，壓靠在閥芯7的凸輪槽內；閥芯7安裝在滑套5的下面，閥芯7在泵體I的空腔中與泵體I內壁間隙配合，閥芯7沿軸向位移時受到滑套5下端面的限制和約束，僅能繞軸線轉動；閥芯7的中間為閥芯中軸10，閥芯中軸10與柱塞6的圓形內腔間隙配合；閥芯7的外面為閥芯周壁11，閥芯中軸10與閥芯周壁11之間形成的圓環(huán)形空腔和柱塞6下端面形成泵腔9，柱塞6上下移動時泵腔9變大或變小，對應吸入或泵出流質的過程；閥芯7的下端面制有一個將閥芯7底面和泵腔9聯(lián)通的閥芯孔13，閥芯孔13將流質引到閥芯7底面與泵體I接觸摩擦面，起冷卻和潤滑作用；閥芯中軸10上制有凸輪槽12，凸輪槽12圍繞閥芯中軸10轉360度閉合，實現(xiàn)閥芯7的單向連續(xù)轉動，凸輪槽12各處的深度不同，在柱塞6帶著從動銷4上行時，閥芯中軸10上對應的半周凸輪槽12從最下面到最上面深度逐漸變淺，到最上面時突然變深，此時從動銷4在壓緊彈簧3的作用下壓靠到凸輪槽12深處無法在柱塞6換向時重復前半周走過的凸輪槽線路；柱塞6帶著從動銷4下行時，閥芯中軸10上對應的另一半周的凸輪槽12從上面到最下面也逐漸變淺，到最下面時突然變深，此時從動銷4在壓緊彈簧3的作用下壓靠到凸輪槽12深處無法在柱塞6換向時重復前半周走過的凸輪槽線路；如此循環(huán)不斷實現(xiàn)閥芯7隨著柱塞6往復運動作單向連續(xù)轉動；閥芯7周壁上制有配流孔14，配流孔14的圓周方向的寬度不能使流質入口 2與流質出口 8聯(lián)通，否則無法輸運和泵壓流質；配流孔14軸向的長度從閥芯7圓環(huán)形空腔的下緣向上最大可到周壁的上緣，使流質進出泵腔9的流通面積最大、流質進出泵腔9的阻力最小，使整個配流裝置的容積效率最高；閥芯周壁11與泵體I高精度間隙配合，閥芯周壁11的右面為流質入口 2，左面為流質出口 8，流質入口 2與流質出口 8在圓周方向的距離大于配流孔13周向的寬度；隨著柱塞6往復移動和閥芯7的轉動，配流孔13在柱塞6上行時與周向的流質入口 2聯(lián)通，泵腔9變大吸入流質；配流孔13在柱塞6下行時與周向的流質出口 8聯(lián)通，泵腔9變小壓出流質，實現(xiàn)流質的輸運和增壓；閥芯7、閥芯中軸10外圓面上的凸輪槽12、從動銷4和柱塞6形成變型直動圓柱導槽凸輪機構，利用該變型直動圓柱導槽凸輪機構將柱塞6的往復直線運動轉化為閥芯7的連續(xù)單向旋轉運動，再利用閥芯7的連續(xù)單向旋轉運動實現(xiàn)柱塞6上行時泵腔9與其周面的流質入口 2聯(lián)通吸入流質、柱塞6下行時泵腔9與其周面的流質出口 8聯(lián)通壓出流質，完成流質輸運和泵流質過程。
[0014]本發(fā)明在往復柱塞6泵工作時，外力帶動柱塞6往復運動，柱塞6帶動壓緊彈簧3和從動銷4同步往復運動，從動銷4在壓緊彈簧3作用下壓靠在凸輪槽12內，當柱塞6上行時，從動銷4通過凸輪槽12撥動閥芯7向右轉動(圖1俯視時按逆時針轉動)，此時配流孔與流質入口 2聯(lián)通，流質通過流質入口 2進入泵腔9，由于凸輪槽12的深度逐漸變淺，從動銷4在凸輪槽12內的長度變小，受壓緊彈簧3的作用力越來越大；當柱塞6運動到上止點時，閥芯7轉動180度，從動銷4到凸輪槽12的上端，此時凸輪槽12突然變深出現(xiàn)一個階躍，從動銷4在壓緊彈簧3的作用下突然外伸壓靠到凸輪槽12深處，當柱塞6下行時從動銷4受凸輪槽12階躍阻止，無法回到并重復剛走過的半周凸輪槽，只能沿另半周凸輪槽12移動，推動閥芯7同向連續(xù)轉動，配流孔與流質出口 8聯(lián)通，流質通過流質出口 8被柱塞6壓出；柱塞6下行時由于凸輪槽12的深度逐漸變淺，從動銷4在凸輪槽12內的長度變小，受壓緊彈簧3的作用力越來越大；當柱塞6運動到下止點時，閥芯7繼續(xù)轉動180度，從動銷4正好到凸輪槽12的下端，此時凸輪槽12突然變深出現(xiàn)一個階躍，從動銷4在壓緊彈簧3的作用下突然外伸壓靠到凸輪槽12深處，當柱塞6再上行時從動銷4受凸輪槽12階躍阻止，無法回到并重復剛走過的半周凸輪槽12，只能沿另半周凸輪槽12移動，推動閥芯7同向連續(xù)轉動，如此循環(huán)不斷，實現(xiàn)流質輸運和壓力輸出。
【權利要求】
1.一種往復柱塞泵用轉芯式周向配流裝置，其特征在于主體結構包括泵體、流質入口、壓緊彈簧、從動銷、滑套、柱塞、閥芯、流質出口和泵腔，其中閥芯包括閥芯中軸、閥芯周壁、凸輪槽、閥芯孔和配流孔；起支撐和連接作用的泵體的形狀根據(jù)泵體所處的使用環(huán)境和裝備要求設計；中空圓柱結構的柱塞固定安裝在泵體的空腔內，耐磨或自潤滑材料制成的滑套嵌入式安裝在泵體內，對柱塞起導向作用；滑套與柱塞緊密貼合，柱塞在外力作用下在滑套內沿軸向往復移動；柱塞的圓形內腔上面開制有與外面大氣相通的氣孔，柱塞上行時外面大氣通過氣孔進入圓形內腔，柱塞下行時圓形內腔的氣體通過氣孔排出；柱塞的內側壁上制有徑向小孔，徑向小孔裝有壓緊彈簧和從動銷，壓緊彈簧套制在從動銷上，壓緊彈簧為螺旋彈簧，從動銷為圓柱銷，從動銷與徑向小孔間隙配合，當從動銷隨柱塞上下往復移動時，從動銷在壓緊彈簧的作用下，壓靠在閥芯的凸輪槽內；閥芯安裝在滑套的下面，閥芯在泵體的空腔中與泵體內壁間隙配合，閥芯沿軸向位移時受到滑套下端面的限制和約束，僅能繞軸線轉動；閥芯的中間為閥芯中軸，閥芯中軸與柱塞的圓形內腔間隙配合；閥芯的外面為閥芯周壁，閥芯中軸與閥芯周壁之間形成的圓環(huán)形空腔和柱塞下端面形成泵腔，柱塞上下移動時泵腔變大或變小，對應吸入或泵出流質的過程；閥芯的下端面制有一個將閥芯底面和泵腔聯(lián)通的閥芯孔，閥芯孔將流質引到閥芯底面與泵體接觸摩擦面，起冷卻和潤滑作用；閥芯中軸上制有凸輪槽，凸輪槽圍繞閥芯中軸轉360度閉合，實現(xiàn)閥芯的單向連續(xù)轉動，凸輪槽各處的深度不同，在柱塞帶著從動銷上行時，閥芯中軸上對應的半周凸輪槽從最下面到最上面深度逐漸變淺，到最上面時突然變深，此時從動銷在壓緊彈簧的作用下壓靠到凸輪槽深處無法在柱塞換向時重復前半周走過的凸輪槽線路；柱塞帶著從動銷下行時，閥芯中軸上對應的另一半周的凸輪槽從上面到最下面逐漸變淺，到最下面時突然變深，此時從動銷在壓緊彈簧的作用下壓靠到凸輪槽深處無法在柱塞換向時重復前半周走過的凸輪槽線路；如此循環(huán)不斷實現(xiàn)閥芯隨著柱塞往復運動作單向連續(xù)轉動；閥芯周壁上制有配流孔，配流孔的圓周方向的寬度限制流質入口與流質出口聯(lián)通，實現(xiàn)輸運和泵壓流質；配流孔軸向的長度從閥芯圓環(huán)形空腔的下緣向上到周壁的上緣，使流質進出泵腔的流通面積最大、流質進出泵腔 的阻力最小，使整個配流裝置的容積效率最高；閥芯周壁與泵體高精度間隙配合，閥芯周壁的右面為流質入口，左面為流質出口，流質入口與流質出口在圓周方向的距離大于配流孔周向的寬度；隨著柱塞往復移動和閥芯的轉動，配流孔在柱塞上行時與周向的流質入口聯(lián)通，泵腔變大吸入流質；配流孔在柱塞下行時與周向的流質出口聯(lián)通，泵腔變小壓出流質，實現(xiàn)流質的輸運和增壓；閥芯、閥芯中軸外圓面上的凸輪槽、從動銷和柱塞形成變型直動圓柱導槽凸輪機構，利用該變型直動圓柱導槽凸輪機構將柱塞的往復直線運動轉化為閥芯的連續(xù)單向旋轉運動，再利用閥芯的連續(xù)單向旋轉運動實現(xiàn)柱塞上行時泵腔與其周面的流質入口聯(lián)通吸入流質、柱塞下行時泵腔與其周面的流質出口聯(lián)通壓出流質，完成流質輸運和泵流質過程。
2.根據(jù)權利要求1所述的往復柱塞泵用轉芯式周向配流裝置，其特征在于在往復柱塞泵工作時，外力帶動柱塞往復運動，柱塞帶動壓緊彈簧和從動銷同步往復運動，從動銷在壓緊彈簧作用下壓靠在凸輪槽內，當柱塞上行時，從動銷通過凸輪槽撥動閥芯向右轉動，此時配流孔與流質入口聯(lián)通，流質通過流質入口進入泵腔，由于凸輪槽的深度逐漸變淺，從動銷在凸輪槽內的長度變小，受壓緊彈簧的作用力越來越大；當柱塞運動到上止點時，閥芯轉動180度，從動銷到凸輪槽的上端，此時凸輪槽突然變深出現(xiàn)一個階躍，從動銷在壓緊彈簧的作用下突然外伸壓靠到凸輪槽深處，當柱塞下行時從動銷受凸輪槽階躍阻止，無法回到并重復剛走過的半周凸輪槽，只能沿另半周凸輪槽移動，推動閥芯同向連續(xù)轉動，配流孔與流質出口聯(lián)通，流質通過流質出口被柱塞壓出；柱塞下行時由于凸輪槽的深度逐漸變淺，從動銷在凸輪槽內的長度變小，受壓緊彈簧的作用力越來越大；當柱塞運動到下止點時，閥芯繼續(xù)轉動180度，從動銷正好到凸輪槽的下端，此時凸輪槽突然變深出現(xiàn)一個階躍，從動銷在壓緊彈簧的作用下突然外伸壓靠到凸輪槽深處，當柱塞再上行時從動銷受凸輪槽階躍阻止，無法回到并重復剛走過的半周凸輪槽，只能沿另半周凸輪槽移動，推動閥芯同向連續(xù)轉動，如此循環(huán)不斷，實現(xiàn)流質輸運`和壓力輸出。
【文檔編號】F04B53/14GK103615388SQ201310706752
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權日:2013年12月20日
【發(fā)明者】張洪信, 楊道齋, 舒培, 張鐵柱, 尹懷仙, 馬永志 申請人:青島大學