本發(fā)明屬于流體輸送技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的泵及其操作方法。

背景技術(shù)：

在諸如建筑、機(jī)械、能源、化工、醫(yī)療行業(yè)等工程應(yīng)用中，泵的使用具有非常重要的實(shí)用價(jià)值。在很多工程情況下，要求泵具有無泄漏、使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、排量可以調(diào)節(jié)、制造裝配方便等特點(diǎn)。而泵對(duì)于輸送液體的功能的實(shí)現(xiàn)往往是通過多個(gè)零部件之間的配合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，這就造成了結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工裝配精度要求高，且由于是多個(gè)零部件之間配合實(shí)現(xiàn)封閉流體的輸送，所以零件配合處的間隙易產(chǎn)生泄漏、配合表面易產(chǎn)生磨損。這就進(jìn)一步提高了泵的加工裝配的要求以及運(yùn)行使用的難度及成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無泄漏和磨損的新概念流體輸送泵及其操作方法，通過采用負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)密閉空間擴(kuò)張和收縮的方法，解決現(xiàn)有流體輸送泵在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易泄漏磨損等方面的限制。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的泵，包括殼體、負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置，多個(gè)所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)組成巢式結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述殼體內(nèi)部，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的上下設(shè)置有頂蓋，所述頂蓋上分別設(shè)置有單向閥，所述驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在所述頂蓋上，能夠沿z方向的正向和反向加載，驅(qū)動(dòng)所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)泵發(fā)生運(yùn)動(dòng)變形。

進(jìn)一步的，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)由兩個(gè)側(cè)邊向內(nèi)凹陷的六邊形負(fù)泊松比復(fù)合材料相互垂直搭接構(gòu)成，能夠在x-y-z三個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行彈性變形。

進(jìn)一步的，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的伸縮量為10％～80％。

進(jìn)一步的，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)通過所述頂蓋與所述殼體連接組成封閉空間。

進(jìn)一步的，所述殼體由塑料、橡膠或金屬材料制成，能夠和所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)一起產(chǎn)生彈性變形。

一種基于負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)泵的操作方法，包括以下步驟：

S1、采用粘接、焊接或一體化成型法將上下頂蓋固定在所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)上，再將所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)安裝到所述殼體內(nèi)，使上下頂蓋與殼體包圍形成一個(gè)密閉空間，將所述單向閥分別安裝到頂蓋上，再將所述驅(qū)動(dòng)裝置安裝到一個(gè)頂蓋上；

S2、驅(qū)動(dòng)裝置沿z方向?qū)λ鲰斏w作用力，所述殼體在所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)收縮變形時(shí)進(jìn)行彈性變形，通過所述下部單向閥將下方的流體吸入所述密閉空間內(nèi)，然后將所述密閉空間內(nèi)的流體在擠壓作用下通過所述上部單向閥擠出，促使所述流體沿著管路確定方向流動(dòng)。

進(jìn)一步的，當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置沿z方向?qū)λ錾喜宽斏w作用擠壓力時(shí)，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)在z方向受到擠壓，在x和y方向收縮，所述殼體和所述頂蓋組成的封閉空間體積減小，流體進(jìn)入所述密封空間中充滿，并在擠壓作用下通過所述上部單向閥流出。

進(jìn)一步的，當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置沿z方向?qū)λ錾喜宽斏w作用拉伸力時(shí)，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)在z方向受到拉伸，在x和y方向膨脹，所述殼體和所述頂蓋組成的封閉空間體積增大，所述下部單向閥將下方流體吸入所述密封空間內(nèi)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

本發(fā)明一種基于負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)泵，將負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)安裝到殼體內(nèi)，通過驅(qū)動(dòng)裝置加載力，使得整個(gè)泵體發(fā)生運(yùn)動(dòng)變形，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件之間沒有配合關(guān)系，也沒有過高的加工精度要求，安裝要求低，成本低；泵的排量完全取決于驅(qū)動(dòng)裝置作用的距離，因此排量可以在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)而無需改變泵本身的結(jié)構(gòu)，操作更為簡(jiǎn)單方便。

進(jìn)一步的，負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)由兩個(gè)側(cè)邊向內(nèi)凹陷的六邊形負(fù)泊松比復(fù)合材料相互垂直構(gòu)成，通過彈性變形實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，無運(yùn)動(dòng)副，因而無間隙泄漏，無磨損，便于安裝和維護(hù)；

本發(fā)明還公開了一種基于負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)泵的操作方法，當(dāng)上下頂蓋交替受到z方向的擠壓和拉伸作用，泵就可以通過單向閥將下方的流體吸入密封空間內(nèi)，然后將密封空間內(nèi)的流體在擠壓作用下通過單向閥擠出，從而促使流體沿著管路確定方向流動(dòng)，整個(gè)方法操作簡(jiǎn)便、實(shí)施方便且所用設(shè)備成本低，可連續(xù)化生產(chǎn)，便于推廣實(shí)施。

下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)泵的主視圖；

圖2為本發(fā)明負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)泵的立體圖；

圖3為本發(fā)明負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)二維原理圖；

圖4為本發(fā)明負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)三維原理圖；

圖5為本發(fā)明負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)立體圖；

圖6為本發(fā)明負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)泵的第一種狀態(tài)示意圖；

圖7為本發(fā)明負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)泵的第二種狀態(tài)示意圖。

其中：1.上部頂蓋；2.下部頂蓋；3.負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)；4.泵殼體；5.驅(qū)動(dòng)裝置；6.上部單向閥；7.下部單向閥。

【具體實(shí)施方式】

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

請(qǐng)參閱圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種基于負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的泵，包括帶有上部頂蓋1和下部頂蓋2的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3，附著在負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3外圍的可彈性變形的泵殼體4，安裝在頂蓋上可以沿z方向的正向和反向加載，并驅(qū)動(dòng)所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3發(fā)生運(yùn)動(dòng)變形的驅(qū)動(dòng)裝置5，以及兩個(gè)使流體能夠單向流動(dòng)的上部單向閥6和下部單向閥7。

請(qǐng)參閱圖3所示，負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3的單個(gè)細(xì)胞結(jié)構(gòu)為一個(gè)內(nèi)凹六邊形。當(dāng)負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在y方向受到擠壓力F后，由于彈性變形，角度θ減小為θ’，內(nèi)凹六邊形在x和y方向上同時(shí)趨向于收縮，該內(nèi)凹六邊形所封閉的面積減小，這稱為負(fù)泊松效應(yīng)。

請(qǐng)參閱圖4和圖5所示，為了使結(jié)構(gòu)在單個(gè)方向上受力后，能夠在x-y-z三個(gè)方向同時(shí)收縮，在二維內(nèi)凹六邊形的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種三維內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)，當(dāng)多個(gè)三維內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)緊密相連在一起，就在宏觀上組成了一個(gè)負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3的伸縮量為10％～80％，由于其細(xì)胞結(jié)構(gòu)內(nèi)凹六邊形的負(fù)泊松效應(yīng)，負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在z方向受到擠壓，不但在z方向尺寸變小，而且在x和y方向也會(huì)收縮。

上部頂蓋1和下部頂蓋2都和負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3相連接，泵殼體4也與負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3相連接且包裹著負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3，并且和上部頂蓋1及下部頂蓋2組成一個(gè)封閉空間將負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3封閉在其內(nèi)部，所述殼體4由塑料、橡膠或金屬材料制成，能夠和所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3一起彈性變形。

請(qǐng)參閱圖6所示，當(dāng)泵的上部頂蓋1和下部頂蓋2在驅(qū)動(dòng)裝置5的作用下受到z方向的擠壓力，由于上部頂蓋1和下部頂蓋2都和負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3相連接，從而導(dǎo)致負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在z方向也受到擠壓，不但在z方向尺寸變小，而且在x和y方向也會(huì)收縮。由可發(fā)生彈性變形的材料制造的泵殼體4也與負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3相連接且包裹著負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3，因此當(dāng)負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在x、y和z三個(gè)方向上都收縮時(shí)，可發(fā)生彈性變形的材料制造的泵殼體4也會(huì)隨著負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在x、y和z三個(gè)方向上都收縮。使得泵殼體4和上部頂蓋1及下部頂蓋2組成的封閉空間的體積也減小。當(dāng)該封閉空間中充滿流體，由于封閉空間的體積減小，封閉空間內(nèi)的流體會(huì)在擠壓作用下通過上部頂蓋上的上部單向閥6流出。

請(qǐng)參閱圖7所示，當(dāng)泵的上部頂蓋1和下部頂蓋2在驅(qū)動(dòng)裝置5的作用下受到z方向的拉伸力，由于上部頂蓋1和下部頂蓋2都和負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3相連接，從而導(dǎo)致負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在z方向也受到拉伸，不但在z方向尺寸變大，而且在x和y方向也會(huì)膨脹。由可發(fā)生彈性變形的材料制造的泵殼體4也與負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3相連接且包裹著負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3，因此當(dāng)負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在x、y和z三個(gè)方向上都膨脹時(shí)，可發(fā)生彈性變形的材料制造的泵殼體4也會(huì)隨著負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在x、y和z三個(gè)方向上都膨脹。使得泵的殼體4和上部頂蓋1及下部頂蓋2組成的封閉空間的體積也增大。當(dāng)該封閉空間中充滿流體，由于封閉空間的體積增大，密封空間內(nèi)的會(huì)通過下部頂蓋上的單向閥7將下方的流體吸入密封空間內(nèi)。

當(dāng)上部頂蓋1和下部頂蓋2受到z方向的擠壓和拉伸作用交替進(jìn)行，泵就可以通過下部單向閥7將下方的流體吸入密封空間內(nèi)，然后將密封空間內(nèi)的流體在擠壓作用下通過上部頂蓋上的上部單向閥6擠出。從而實(shí)現(xiàn)了促使流體沿著管路確定方向流動(dòng)的功能。

本發(fā)明還提供一種基于負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)泵的操作方法，該方法包括以下步驟：

1.將上部頂蓋1和下部頂蓋2安裝到負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3上，通過粘接、焊接或直接一體化成型等方法固定。

2.將發(fā)生彈性變形的材料制造的泵的殼體4也安裝負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3上，過粘接、焊接或直接一體化成型等方法固定。使上部頂蓋1、下部頂蓋2與泵的殼體4包圍形成一個(gè)密閉空間。

3.將上部單向閥6和下部單向閥7分別安裝在上部頂蓋1和下部頂蓋2上。

4.將驅(qū)動(dòng)裝置安裝在上部頂蓋1或下部頂蓋2上，是驅(qū)動(dòng)裝置5可以沿z方向?qū)斏w施加拉伸或壓縮載荷。

5.當(dāng)泵的上部頂蓋和下部頂蓋在驅(qū)動(dòng)裝置5的作用下受到z方向的擠壓力，由于上部頂蓋1和下部頂蓋2都和負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3相連接，從而導(dǎo)致負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在z方向也受到擠壓，不但在z方向尺寸變小，而且在x和y方向也會(huì)收縮。由于由可發(fā)生彈性變形的材料制造的泵的殼體4也與負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3相連接且包裹著負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3，因此當(dāng)負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在x、y和z三個(gè)方向上都收縮時(shí)，可發(fā)生彈性變形的材料制造的泵殼體4也會(huì)隨著負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在x、y和z三個(gè)方向上都收縮。使得泵殼體4和上部頂蓋1及下部頂蓋2組成的封閉空間的體積也減小。當(dāng)該密封空間中充滿流體，由于封閉空間的體積減小，密封空間內(nèi)的流體會(huì)在擠壓作用下通過上部頂蓋上的上部單向閥6流出。

6.當(dāng)泵的上部頂蓋1和下部頂蓋2在驅(qū)動(dòng)裝置5的作用下受到z方向的拉伸力，由于上部頂蓋1和下部頂蓋2都和負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3相連接，從而導(dǎo)致負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在z方向也受到拉伸，不但在z方向尺寸變大，而且在x和y方向也會(huì)膨脹。由于由可發(fā)生彈性變形的材料制造的泵殼體4也與負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3相連接且包裹著負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3，因此當(dāng)負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在x、y和z三個(gè)方向上都膨脹時(shí)，可發(fā)生彈性變形的材料制造的泵殼體4也會(huì)隨著負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)3在x、y和z三個(gè)方向上都膨脹。使得泵殼體4和上部頂蓋1及下部頂蓋2組成的封閉空間的體積也增大。當(dāng)該密封空間中充滿流體，由于封閉空間的體積增大，密封空間內(nèi)的會(huì)通過下部頂蓋上的下部單向閥7將下方的流體吸入密封空間內(nèi)。

7.當(dāng)上部頂蓋1和下部頂蓋2受到z方向的擠壓和拉伸作用交替進(jìn)行，泵就可以通過下部單向閥7將下方的流體吸入密封空間內(nèi)，然后將密封空間內(nèi)的流體在擠壓作用下通過上部頂蓋上的上部單向閥6擠出。從而實(shí)現(xiàn)了促使流體沿著管路確定方向流動(dòng)的功能。

雖然本發(fā)明是通過具體實(shí)例進(jìn)行說明的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變換及等同替代。

本發(fā)明所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)不僅僅限于本文所提到的內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)，而是涵蓋所有具有負(fù)泊松比性能的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述加載裝置不僅僅限于本文所述的機(jī)械加載，而是涵蓋所有機(jī)械力、電磁力、液體靜力或動(dòng)力等各種加載方法。

另外，針對(duì)特定情形，可以對(duì)本發(fā)明做各種修改，而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明不局限于所公開的具體實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)包括落入本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方式。