排量自動補償變轉速調節斜盤軸向柱塞泵的製作方法

2023-08-07 07:59:06

本發明涉及的是一種流體機械領域的技術，具體是一種可以在低轉速工況下自動提升排量的斜盤式變量軸向柱塞泵。

背景技術：

如今能源節約問題已受越來越多人的重視。在液壓系統中，泵控系統的系統能耗要小於閥控系統的系統能耗。泵控系統中的流量控制不外乎改變泵的排量或轉速。以斜盤式變量軸向柱塞泵為系統動力元件時，改變斜盤的傾角可改變系統的流量。然而隨著伺服電機技術的發展，用伺服電機驅動的斜盤式軸向柱塞泵泵控系統的流量調節更為簡單直觀。

斜盤式軸向柱塞泵的優點是可以在高速高壓大流量的工況下穩定工作，而在低速工況時其容積效率降低和閾值轉速限影響了使用價值。研究如何改善斜盤式軸向柱塞泵在低速工況下的性能、拓寬其工作轉速範圍、配合伺服電機實現能源高效利用將對能源節約問題產生重要的影響。近年來，國內外對斜盤式變量軸向柱塞泵研究比較重視，但大部分未考慮其在低速工況下的效率問題。國內對變量柱塞泵的研究主要偏重在密封和洩漏，提升柱塞泵在常規工況下的性能。

中國專利號為201120239337X的實用新型專利，是一種新型的變量柱塞泵。其通過設計補油泵和雙層油封解決了變量泵液壓油吸入量不足、洩漏量過大的問題。其特徵是在殼體的中軸線位置上設置輸出軸，在殼體與輸出軸之間設置雙層油封。在低速工況下，容積效率過低，而增加補油泵，則提升了工作成本。

中國專利號為201210501686.3的發明專利，是一種多排超低速內曲線式低密度能量壓縮柱塞泵。它包含一根傳動軸、柱塞等傳統柱塞泵組件，以及有多排柱塞孔的轉子，利用了多於普通柱塞泵數倍的柱塞在一周內多次進行往復運動，在低速工況下產生足夠的流量並建立起壓力。在低速工況下，單個柱塞做往復運動所導致的幾對摩擦副的洩漏並未減少，整體的容積效率未提高。

中國專利號為200910001382.9的發明專利，是一種旋轉斜盤變量軸向柱塞泵。其內部由旋轉斜盤、柱塞缸體和配流盤三部分組成。可變角度的斜盤與用鉸鏈聯結的驅動轉軸一起旋轉，斜盤迫使柱塞在固定的缸筒內只做往復運動，避免了斜盤軸向柱塞泵缸體轉動慣量大、配流面摩擦大和易洩漏的缺點。在低速工況時，其容積效率降低，無法滿足工作需要。

技術實現要素：

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種排量自動補償變轉速調節斜盤軸向柱塞泵，能夠在低轉速工況下自動提升泵的排量，拓寬了柱塞泵的低轉速極限，提升泵在低轉速工況下的容積效率，同時滿足泵在高速和低速工況下的性能要求。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：設置於所述柱塞泵內的缸體、柱塞、柱塞套以及錐形彈簧，其中：柱塞套和柱塞依次活動設置於缸體內，用於限位的錐形彈簧設置於位於柱塞套與缸體之間，

所述的缸體內設有沿軸向圓周分布的梯形孔，方管形的柱塞套活動設置於梯形孔內做徑向運動，圓柱形的柱塞活動設置於方管形柱塞套內做往復運動，

所述的缸體與柱塞套之間通過浮杯形連接件連接並密封。

所述的錐形彈簧設置於在每個柱塞套的外側靠近缸體底部處，以控制柱塞套在梯形孔內的位置。

所述的柱塞泵內進一步設有帶有彈性機構的傳動軸、滑靴以及斜盤，其中：滑靴的一側與彈性機構和柱塞相接觸，另一側與斜盤相接觸，傳動軸輸入轉速和扭矩帶動缸體和柱塞整體做旋轉運動。

所述的彈性機構包括：設置於傳動軸末端的中心彈簧套以及與之相接觸的中心球頭，其中：中心球頭與滑靴的一側相接觸。

所述的柱塞的頂部設有壓盤，該壓盤與滑靴緊密接觸並將滑靴壓在斜盤上。

當柱塞泵以大於閾值轉速工作時，方管形的柱塞套和柱塞的離心力大於錐形彈簧的預緊力。在離心力的推動下，方管形的柱塞套帶著柱塞壓向彈簧。此時方管形的柱塞套和柱塞沿軸向圓柱形均勻分布在傳動軸周圍。

當傳動軸輸入的轉速降低至閾值轉速時，柱塞泵的出口流量幾乎為零，所有入口流量幾乎都轉化為了洩漏量。此時泵內錐形彈簧的推力大於方管形的柱塞套和柱塞的離心力，錐形彈簧推動方管形的柱塞套的一端使其和其內部的柱塞與傳動軸成一定角度。方管形的柱塞套和柱塞沿軸向圓錐形均勻分布在傳動軸周圍，柱塞泵的排量也相應地增大。

在負載壓力恆定即洩漏恆定的工況下，轉速降低至極限轉速時，柱塞泵自動加大了排量，保證了其出口流量，拓寬了柱塞泵低轉速極限。當轉速繼續降低時，錐形彈簧繼續推動方管形的柱塞套和柱塞，使它們與傳動軸的夾角繼續變大，柱塞泵的排量繼續增大，直至達到此柱塞泵的最大排量。

技術效果

與現有技術相比，本發明通過增加了較為容易加工的柱塞套等部件，結構簡單小巧。巧妙的利用離心力實現低速下柱塞泵排量的自補償，從而拓寬了柱塞泵的轉速範圍，突破其最低轉速的限制，提升了變轉速控制柱塞泵的低速性能。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為圖1局部放大示意圖；

圖3為浮杯形連接件示意圖；

圖4為缸體端面示意圖；

圖中：1傳動軸、2卡簧、3擋塊、4深溝球軸承、5擋環、6泵體外殼、7深溝球軸承、8配流盤、9浮杯形連接件、10缸體、11柱塞套、12帶底座的錐形彈簧、13圓柱滾子軸承、14泵體外殼、15柱塞、16壓盤、17滑靴、18中心彈簧套、19中心球頭、20斜盤、21端蓋、22中心彈簧。

具體實施方式

本實施例包括：設置於所述柱塞泵內的缸體10、柱塞、柱塞套11以及錐形彈簧12，其中：柱塞套11和柱塞依次活動設置於缸體10內，用於限位的錐形彈簧12設置於位於柱塞套11與缸體10之間，

所述的缸體10內設有沿軸向圓周分布的梯形孔，方管形的柱塞套11活動設置於梯形孔內做徑向運動，圓柱形的柱塞活動設置於方管形柱塞套11內做往復運動，

所述的缸體10與柱塞套11之間通過浮杯形連接件連接並密封。

所述的錐形彈簧12設置於在每個柱塞套11的外側靠近缸體10底部處，以控制柱塞套11在梯形孔內的位置。

所述的柱塞泵內進一步設有傳動軸1，該傳動軸1輸入轉速和扭矩帶動缸體10、柱塞15等元件做旋轉運動。

所述的柱塞泵內進一步設有中心彈簧22，該中心彈簧22中心彈簧22通過中心彈簧套18、中心球頭19和壓盤16把滑靴17壓在斜盤20上。

所述的柱塞15在缸體10中沿著方管形的柱塞套11的軸向做往復運動。

所述的錐形彈簧12與方管形的柱塞套11接觸但不相連，保證方管形的柱塞套11在泵啟動時不會直接撞上缸體10內孔；錐形彈簧12的剛度隨著每個彈簧12圈的直接的變化而變化，滿足設計需求。

所述的柱塞套11為外方內圓結構，使得其和缸體10內孔為面接觸，減少磨損的同時還便於錐形彈簧12對其推壓。

所述的浮杯形連接件9，通過鉸接的方式連接著缸體10和方管形的柱塞套11，保證方管形的柱塞套11在進行角位移的同時不會滑出缸體10的內孔，有著軸向定位的功能。

所述的缸體10，其端面上開設的梯形孔限制了方管形的柱塞套11的自轉。

當轉速大於閾值轉速時，柱塞15和方管形的柱塞套11產生的離心力大於錐形彈簧12在極限位置時的彈簧力，錐形彈簧12被壓到底部，方管形的柱塞套11緊貼缸體10的梯形孔外側。

當轉速降低至閾值轉速時，柱塞15和方管形的柱塞套11產生的離心力小於錐形彈簧12被壓緊時產生的彈簧力，錐形彈簧12推開方管形的柱塞套11直至彈簧力等於離心力。

此時方管形的柱塞套11和柱塞15與傳動軸1成一定角度，柱塞泵的排量增大。

所述帶底座的錐形彈簧12分布在各個方管形的柱塞套11的一端，它的底座以焊接的方式固定在缸體10上。

錐形彈簧12與方管形的柱塞套11接觸而不相連接。

其本身具有緩衝的特性，保護方管形的柱塞套11和柱塞15不會在泵啟動時直接撞向缸體10的內孔，這是其特點之一。

根據數學模型所需求的是變剛度的彈簧，而錐形彈簧本身的剛度隨每個彈簧圈的直徑變化而變化。

此帶底座的錐形彈簧12就是按照需求所設計的錐形彈簧，這是其特點之二。

所述方管形的柱塞套11的外形為外方內圓結構。

外輪廓是倒圓角後的方形而不是傳統的圓柱形，是為了其和缸體10內孔上下側接觸時是面接觸而不是線接觸，減少磨損的同時還便於錐形彈簧12對其的推壓。

所述浮杯形連接件9如圖3所示，通過鉸接的方式連接著缸體10和方管形的柱塞套11，保證方管形的柱塞套11在進行角位移的同時不會滑出缸體10的內孔，說明書第4/4頁有著軸向定位的功能。

所述缸體10如圖4所示，其端面上的梯形孔限制了方管形的柱塞套11的自轉。

上述具體實施可由本領域技術人員在不背離本發明原理和宗旨的前提下以不同的方式對其進行局部調整，本發明的保護範圍以權利要求書為準且不由上述具體實施所限，在其範圍內的各個實現方案均受本發明之約束。