專利名稱:往復(fù)式液壓泵的制作方法
本發(fā)明涉及到一種驅(qū)動往復(fù)式運動機件的凸輪機構(gòu)以及應(yīng)用這種凸輪機構(gòu)的一種定容積、無脈動、往復(fù)式液壓泵。
往復(fù)式液壓泵是由在泵體中的柱塞、活塞或類似的部件(以下統(tǒng)稱柱塞)做往復(fù)式運動來完成吸入和排出液體的動作。特別是由于柱塞泵與其它種類的泵相比具有承壓高、容積效率高，所以它已被廣泛的應(yīng)用到各個領(lǐng)域。但是，往復(fù)式液壓泵的排液動作是間歇性的，并且排液速率在一個很大的范圍內(nèi)變化，由此產(chǎn)生了所謂的脈動。如果排液速率象上面所說的那樣總是變化的，就會產(chǎn)生許多不利的影響。尤其是它不能用于加工廠或者其它要求在所有時間內(nèi)供液恒定不變的設(shè)備。
通常往復(fù)式液壓泵是由壓力室、缸筒和一個在缸筒中做軸向移動的柱塞構(gòu)成，壓力室的一端與液體吸入口相接，通過一個吸液閥使液體只能流入壓力室，而另一端與排液口相接，由排液閥控制使液體只能流出壓力室。到目前為至，球型閥和提升閥一直被用做這種吸液閥和排液閥，執(zhí)行開關(guān)閥門的動作。閥門的開啟是由液體的壓力控制，關(guān)閉是由重力作用;就是說，它是一種所謂的單向閥，只允許液體一個方向流動，有另一種閥門，它是在閥門機構(gòu)內(nèi)裝有彈簧在一個方向上來推動閥體。在這種普通的閥門中，閥體在閥門關(guān)閉時必須在重力的作用下落在閥座上，在閥體下落過程中，當(dāng)閥體接近閥座的棱角時，將使閥門的定時關(guān)閉不準(zhǔn)確。如果閥門關(guān)閉延時，液體將會倒流，導(dǎo)致排液速率變化。同樣，由于在閥門開啟時的壓力波動也會引起閥門定時開啟延遲。既使在使用彈簧的情況下，也需要較硬的彈簧來保證閥門關(guān)閉定時的穩(wěn)定，但因為結(jié)構(gòu)的限制，要求這樣的彈簧應(yīng)當(dāng)裝在閥門機構(gòu)中，彈簧的剛度又不可能太高。即使可以的話，如此高的彈簧力，反過來將作為吸液阻力作用于吸液閥上或致使產(chǎn)生穴蝕。對于排液閥來說，只有當(dāng)閥體兩端的壓力在排液行程滿足下列關(guān)系時，即(排液端的液體壓力)+(彈簧壓力)＜(壓力室端的液體壓力)閥門才開啟，結(jié)果是彈簧壓力減緩了排液速率的脈動。
閥體的材料應(yīng)耐液體的腐蝕，如采用不銹鋼、陶瓷、鈦和耐酸鎳基合金。但不銹鋼也不能說對所有的腐蝕都是可能的，而陶瓷、鈦及鎳基合金又太輕無法保證閥門在其重力的作用下正常關(guān)閉。既使是裝上彈簧也很難保證彈簧能滿足耐腐蝕和彈簧彈力不變的要求。對于粘性工作介質(zhì)，傳統(tǒng)的，依靠重力或加有有限彈力彈簧的閥門開啟和關(guān)閉動作遲緩有時由于粘性的作用閥門甚至無法運動。
而在以凸輪機件驅(qū)動的閥門機構(gòu)中，彈簧是用來使柱塞回位的。由于彈簧的特性，即彈簧在壓緊時和松馳時彈力是不同的，所以如果要滿足所給的工作條件就不可避免的要用一個非常大的壓力，它使無用功增加同時也降低了耐久性。也可以采用槽式凸輪，但由于定容液壓泵要求精度很高，凸輪槽與凸輪間的間隙是一個難題，導(dǎo)致泵的生產(chǎn)和裝配都困難。
本發(fā)明的目的是提供一種排液速率無脈動的、供液流量恒定的往復(fù)式液壓泵。
本發(fā)明也是為象往復(fù)式液壓泵這樣的往復(fù)式機構(gòu)提供一種凸輪機構(gòu)。
本發(fā)明的另一個目的是為往復(fù)式液壓泵提供一種驅(qū)動裝置，它能使閥門在所要求的，與柱塞行程對應(yīng)的精確時間內(nèi)準(zhǔn)確的開閉，并能消除在前面論述中所說的先有技術(shù)的各種缺點。
本發(fā)明的第三個目的是為往復(fù)式液壓泵提供結(jié)構(gòu)簡單，能夠在任何工況下，平穩(wěn)而準(zhǔn)確地向柱塞傳遞回復(fù)力的柱塞回位裝置。
本發(fā)明中的凸輪機構(gòu)是由裝在一根軸上，相間120°的三個平面凸輪構(gòu)成，每個平面凸輪都有一個按這樣規(guī)律變化的輪廓線，即在上升區(qū)段內(nèi)當(dāng)轉(zhuǎn)角增加時，凸輪升程隨之增加;而后當(dāng)轉(zhuǎn)角繼續(xù)增大時，凸輪進入下降區(qū)，凸輪升程隨之減小。至少在上升區(qū)或下降區(qū)內(nèi)，都要包含有一個加速區(qū)使凸輪升程加速變化，一個等速區(qū)使凸輪升程呈線性變化，和一個減速區(qū)使凸輪升程減速變化。在加速區(qū)內(nèi)每單位轉(zhuǎn)角的升程與在減速區(qū)內(nèi)對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)角的升程之和應(yīng)等于在等速區(qū)內(nèi)每單位轉(zhuǎn)角的凸輪升程。
采用本發(fā)明的凸輪機構(gòu)的往復(fù)式液壓泵包括三個柱塞泵，其排液口連接在一個共同的排液管上，以及位于驅(qū)動裝置和柱塞泵之間的凸輪機構(gòu)。
每一個柱塞泵包括吸液口、排液口、一個與這兩個閥口相連作為壓力室的缸筒，一個在缸筒中軸向轉(zhuǎn)動的其一端進、出壓力室的柱塞，和一個旋轉(zhuǎn)支承在柱塞另一端的凸輪從動機構(gòu)。
三個凸輪從動機件分別與凸輪機構(gòu)的三個平面凸輪連接。凸輪機構(gòu)是按前述的關(guān)系裝配的。而不論是與柱塞排液行程相對應(yīng)的上升區(qū)還是下降區(qū)都包含有使凸輪升程加速變化的加速區(qū)，升程呈線性變化的等速區(qū)，和升程減速變化的減速區(qū)。凸輪在加速區(qū)單位轉(zhuǎn)角的升程與在減速區(qū)單位轉(zhuǎn)角的升程之和等于凸輪在等速區(qū)單位轉(zhuǎn)角的升程。
在此凸輪機構(gòu)中，如果把三個平面凸輪的升程曲線疊加在一起，那么在任何轉(zhuǎn)角，也就是任何時間，單位轉(zhuǎn)角的升程都是常數(shù)，至少就升程的上升區(qū)和下降區(qū)而論是這樣的。所以在使用這樣的凸輪機構(gòu)的往復(fù)式液壓泵中，由三個柱塞疊加后的輸出流量是恒定的，不隨時間而變化。
如果將本發(fā)明的凸輪機構(gòu)如這樣用于三個往復(fù)式機械的驅(qū)動系統(tǒng)，那么至少是在這往復(fù)式機械的工作行程或是回位行程中，經(jīng)過疊加的每單位凸輪轉(zhuǎn)角或每單位時間的行程，在所有時間都是恒定不變的。泵的總流量在任何時間保持不變。
在本發(fā)明中往復(fù)式液壓泵的驅(qū)動裝置的特點是依靠彈簧的作用力使吸液閥關(guān)閉。在柱塞從吸液行程的初始到終了的過程中，與柱塞驅(qū)動裝置相連的凸輪克服吸液閥彈簧反力開啟吸液閥。在柱塞排液行程接近終了的一個短小的時間過程中，與柱塞驅(qū)動裝置相連的凸輪消除了作用在排液閥上的彈簧壓力。
在吸液行程開始時，吸液閥驅(qū)動凸輪克服彈簧作用力打開吸液閥門，同時排液閥門在彈簧力作用下被關(guān)閉。在吸液行程的末端，吸液閥門在彈簧力的作用下關(guān)閉。
在吸液行程末端，也就是排液行程初始的一個短小的時間過程，排液閥驅(qū)動裝置消除了作用于排液閥上的彈簧力。這樣，吸液行程開始，一旦排液閥前后的壓力達(dá)到平衡，在壓力室里的液體只需要克服由排液閥本身重量引起的微小的阻力就可以流出排液口。這種情況要一直持續(xù)到排液行程末端，即吸液行程開始。
根據(jù)本發(fā)明，在柱塞行程內(nèi)，根據(jù)所要求的時間，可以分別獲得吸液、排液閥門的定時開啟和關(guān)閉。這對工作介質(zhì)為粘性液體的往復(fù)式液壓泵特別有用。
本發(fā)明的往復(fù)液壓泵的柱塞回位裝置包括幾個用來收集由多個柱塞泵供給的，具有一定壓力的液體集液室。這些集液室是互相聯(lián)通的。
在多個柱塞泵的集液室中，那些處于排液行程的柱塞泵的集液壓室中的液體被壓到那些還處于吸液行程的柱塞泵的集液室中，而后又被壓回對應(yīng)的柱塞。
當(dāng)一個柱塞在工作行程時，液體被壓出相應(yīng)的集液室而進入與處于回行程的柱塞相對應(yīng)的集液室。而在所有集液室及其相互間的聯(lián)接管路中的液體總量在任何時間都是恒定不變的，所以使柱塞的回位運動平穩(wěn)進行。至于流體的壓力，保證柱塞回位所需的最低壓力是足夠的，并且由于這個壓力在所有時間是恒定的，不會產(chǎn)生象使用彈簧時所引起的能量損失。由于作用在凸輪從動機構(gòu)上的表面壓力，在柱塞回位運動中始終不變，所以不會引起局部磨損。因此，這個機構(gòu)是合理的。
圖1是本發(fā)明的凸輪機構(gòu)的凸輪升程曲線，縱坐標(biāo)表示凸輪從動機構(gòu)的升程，橫坐標(biāo)表示凸輪軸轉(zhuǎn)角。
圖2是一個傳統(tǒng)的單作用往復(fù)式液壓泵的流量曲線圖。縱坐標(biāo)表示輸出流量，橫坐標(biāo)是凸輪軸轉(zhuǎn)角。
圖3是一個與圖2相似的傳統(tǒng)的三柱塞單作用往復(fù)式液壓泵的流量曲線。
圖4為一個代表本發(fā)明的三柱塞單作用往復(fù)式液壓泵的平面圖。
圖5是圖4所示的往復(fù)式液壓泵沿一個柱塞軸向的剖示圖。
圖6是圖5所示的往復(fù)式液壓泵的包括吸液閥門部分的局部放大圖。
圖7是圖6中所示的吸液閥閥座的放大圖。
圖8是圖6所示的從動桿的放大圖。
圖9是圖5所示的往復(fù)式液壓泵包括排液閥門的局部放大圖。
圖10是圖9所示的排液閥頭部的放大圖。
圖11是圖9所示的從動桿的放大圖。
圖12是圖5中所示的微調(diào)機構(gòu)(從支承軸端看)。
圖13是圖12所示的，沿A-A線的剖示圖。
圖14是圖5所示的往復(fù)式液壓泵的三個凸輪的升程曲線圖。橫坐標(biāo)表示轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)表示升程。
首先，說明一下凸輪機構(gòu)。
圖1是凸輪升程曲線圖?？v坐標(biāo)表示凸輪從動機構(gòu)的升程H，橫坐標(biāo)表示凸輪軸轉(zhuǎn)角(θ＝wt)。為更好的理解其各自的速度，它們分別用實線，點劃線和雙點劃線表示。平面凸輪的輪廓線保證凸輪從動機構(gòu)的升程按此曲線變化。
平面凸輪的升程曲線a1、a2和a3的每一條曲線都具有一個上升區(qū)，在此區(qū)域里隨著轉(zhuǎn)角的增加，升程增加(就a1曲線而言，此區(qū)域為θ＝0°至180°)，和一個下降區(qū)，在這區(qū)域里，升程隨著轉(zhuǎn)角的增加而減小(對同一條曲線來講，此區(qū)域為θ＝180°至360°)。上午區(qū)內(nèi)包括一個加速段，在其間升程加速增加(就升程曲線a1而言，此段為θ＝0°至60°)，一個等速段，其間升程呈線性變化(對同一條曲線而言，此段為θ＝60°至120°)，和一個減速段，在此段內(nèi)升程減速變化(對同一條曲線，此段為θ＝60°至120°)，和一個減速段，在此段內(nèi)升程減速變化(對同一條曲線，此段為θ＝120°～360°)。在圖示的曲線中，上升區(qū)和下降區(qū)是對于軸對稱的。從圖中可以看出，升程曲線a1～a3的形狀是相同的，只是相位互相差120°，相交形式有兩種，每60°變換一次(分別由圖中的Ⅰ和Ⅱ表明)。
工程設(shè)計就是使在加速段上的每單位轉(zhuǎn)角Δθ的升程Δh1與在減速段上每單位轉(zhuǎn)角Δθ的升程Δh2之和等于在等速段上每單位轉(zhuǎn)角Δθ的升程ΔH，就是說不論是在加速段上還是在減速段上或是在兩段上都是這樣，即關(guān)系式△h1+Δh2＝ΔH在區(qū)域I點的任何位置都是正確的。即在這個條件下，就上升區(qū)而論，每單位轉(zhuǎn)角的升程是不隨時間變化的常數(shù)，從整個凸輪機構(gòu)來考慮也是一樣的。
另外，這樣的設(shè)計只能用于升程曲線圖的上升區(qū)或下降區(qū)，且在圖示的軸對稱的凸輪的情況下，當(dāng)凸輪反向旋轉(zhuǎn)時，凸輪的性能也是一樣的。例如把這種凸輪機構(gòu)應(yīng)用于一個往復(fù)式液壓泵，后面將要論述，將曲線的上升區(qū)或下降區(qū)對應(yīng)于泵的排液行程，而其它的對應(yīng)于另一個泵的吸液行程。這樣應(yīng)用前面論述的設(shè)計即一個上升和下降區(qū)對應(yīng)于一個泵的排液行程，就能得到一個恒定的、無脈動的輸出流量。
下面就來具體論述按照這個原理設(shè)計的往復(fù)式液壓泵。在傳統(tǒng)技術(shù)中，往復(fù)式液壓泵是由一個曲柄機構(gòu)驅(qū)動的，因為輸出流量和曲柄軸的角速度不成正比關(guān)系，所以導(dǎo)致脈動，單作用往復(fù)式液壓泵的情況示于圖2，橫坐標(biāo)表示曲柄轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)表示輸出流量。流量在θ＝0°到θ＝90°的曲柄轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)逐漸增加，在90°轉(zhuǎn)角達(dá)到最大值，然后，逐漸減小。而在θ＝180°到θ＝360°的柱塞回行程內(nèi)，輸出流量為0，從θ＝360°起又重新開始排液。工作行程和返回行程的平均輸出流量用一條點劃線表示。所謂三柱塞單作用往復(fù)式液壓泵具有三個柱塞，相互間隔120°曲柄轉(zhuǎn)角，其曲線示于圖3。
具有三個柱塞泵由凸輪機構(gòu)10驅(qū)動的往復(fù)式液壓泵示于圖4和5。
凸輪機構(gòu)10包括支承在凸輪箱11內(nèi)軸承12上的凸輪軸13和軸向裝設(shè)在凸輪軸上，依次相間120°轉(zhuǎn)角的三個平面凸輪14。
每個柱塞泵包括一個壓力室21，一個缸筒22，和一個在缸筒22中軸向滑動的、其一端可以進、出壓力室21的柱塞23。壓力室21由位于缸筒22端部的蓋體24形成，壓力室一端與吸液口26相接，并通過吸液閥控制液體只能流進壓力室21。另一端通過排液閥27與排液口28相連，排液閥只允許液體流出壓力室21。排液口28與一個共同導(dǎo)管或排液管(圖中沒有畫)相連接。
缸筒22與缸套30連接，缸套裝在凸輪箱11上。缸筒22和蓋體24由螺栓32固定在缸套30和鎖板31之間。柱塞23的另一端同軸整體地與一個可以在缸套30內(nèi)軸向滑動的導(dǎo)向活塞33連接。凸輪從動件34可轉(zhuǎn)動地支承在導(dǎo)向活塞33的端部。在缸套30內(nèi)，在柱塞23周圍由缸筒22的端面37和導(dǎo)向活塞33的端面38形成一個環(huán)狀空室39。空室39與缸套30上的孔40相聯(lián)?？?0通過管路與一個液壓源如蓄能器或彈簧活塞充液器相接。這樣在空室39內(nèi)總是充滿著有一定壓力的液體，從而產(chǎn)生一個回位力使導(dǎo)向活塞33和柱塞23趨于向右方移動，這樣，凸輪從動件34總是與凸輪14相接觸。
回位力可以象通常那樣由彈簧產(chǎn)生。進一步，對于采用多個柱塞泵的多體泵，如本文中的實例，也可以采用把所有的空室通過管路互相連通的方法以達(dá)到同樣的功能。管路的一端聯(lián)接著上面所說的液壓源，另一端封閉。在這種情況下，可以用一個油泵作為液壓源，并且在管路的另一端裝一個溢流閥。進而，如果能保證在任意的凸輪軸轉(zhuǎn)角，柱塞在工作行程的位移總是等于柱塞在返回行程的移位。那么與空室相接的管路的另一端就可以封閉起來，這在后面還要論述。
上述往復(fù)式液壓泵是這樣工作的。
當(dāng)動力裝置(圖中沒有畫)開始驅(qū)動凸輪軸13旋轉(zhuǎn)時，三個凸輪從動機構(gòu)按照圖1所描述的相間120°的升程曲線運動。當(dāng)某一柱塞處于工作行程，也就是排液行程，柱塞如圖所示向左運動，液體向吸液口的回流被單向閥25擋住。所以壓力室中的液體，通過單向閥27和排液口28進入總的排液管。液體從柱塞23被壓入總的出液管。當(dāng)柱塞處于返回行程，如圖所示向右運動時，液體通過單向閥25被吸入壓力室21。這時單向閥27阻止液體由排液口28回流到壓力室21中。
現(xiàn)在來詳細(xì)敘述凸輪機構(gòu)10與柱塞泵的運動之間的關(guān)系。圖5所示的情況對應(yīng)于圖1中升程曲線圖上凸輪轉(zhuǎn)角為θ＝0°的狀態(tài)。當(dāng)凸輪軸13從此狀況開始，按箭頭所示方向旋轉(zhuǎn)，由升程曲線a1表示的第一個柱塞，在開始的60°凸輪轉(zhuǎn)角內(nèi)，以加速方式向圖5所示的左方運動，在隨后的60°轉(zhuǎn)角內(nèi)，柱塞向同一方向，以等速運動，進而，在以后的60°轉(zhuǎn)角內(nèi)，柱塞在同一方向上以減速運動而達(dá)到此行程的終點。第二和第三個柱塞將依次滯后120°以同樣的方式運動。
在第一個60°的區(qū)間Ⅰ中，當(dāng)?shù)谝恢幱诩铀俟ぷ餍谐虝r，曲升程線a2表示的第二柱塞處于等速行程，由升程曲線a3表示的第三柱塞正處于減速返回行程。在隨后的60°區(qū)間Ⅱ上，第一柱塞進入等速工作行程，這時第二柱塞處于減速返回行程，而第三柱塞處于加速返回行程。當(dāng)只考慮工作(排液)行程時，可見一個柱塞的等速行程和另外二個柱塞混合的返回位行程每60°變換一次。
在圖1所示的Ⅱ區(qū)域的60°間隔內(nèi)，只有與升程曲線a1對應(yīng)的柱塞處于排液行程，流量表示為ΔQ∶Δθ。在另一個由I表示的60°間隔內(nèi)，總的排液量由另二個柱塞的排液量確定。流量表示為(Δq1+Δq2)∶Δθ。如前面對凸輪機構(gòu)描述的那樣，每個平面凸輪的輪廓線都使得在升程曲線圖上加速段每單位凸輪轉(zhuǎn)角的升程Δh2與減速段上每單位凸輪轉(zhuǎn)角的升程Δh2之和等于在等速段每單位凸輪轉(zhuǎn)角的升程ΔH。由此，關(guān)系式△Q＝Δq1+Δq2成立，且往復(fù)式液壓泵的流量總是不變的。
現(xiàn)在討論往復(fù)式液壓泵的柱塞返回裝置。在由圖4和圖5所表示的往復(fù)式液壓泵中，如果每一個平面凸輪14的輪廓線的上升區(qū)和下降區(qū)是關(guān)于軸對稱的，那么處于等速段行程的柱塞的移動量就等于另兩個處于返回行程的柱塞的轉(zhuǎn)動量之和，而兩個處于工作行程的柱塞的移動量就等于另一個處于等速行程的柱塞的移動量。因此，在這種情況下，由于使柱塞返回的液體只是在三個空室39之間流進和流出，從理論上講量保持不變，即不增加也不減少，所以管路的另一端是可以封閉起來的。然而，在實際中，考慮到泄漏或其它諸如此類的問題，一個最小容量的泵可以提供補償這些泄漏的液體。做為液壓源，除了泵以外，也可以采用蓄能器或使用彈簧活塞式的再充液機構(gòu)。圖4具體表示出與三個柱塞23對應(yīng)的三個空室39通過接在孔40上的管路15互相聯(lián)接在一起。管路15的一端與液壓源，如油泵或蓄能器相接，管路15的另一端與溢流閥17聯(lián)接，(如果液壓源是蓄能器，則不需要此閥)。所以室39總是充滿壓力液體。這些壓力液體作用在導(dǎo)向活塞33的端面38上，產(chǎn)生一個返回力使導(dǎo)向活塞33和柱塞23趨向于向圖中所示的右方運動。在確定端面38的面積和壓力液的壓力時，要保證為使柱塞23返回所需的最小極限回位力。
另外，用彈簧來使柱塞返回是較常用的，但由于彈簧的特性，彈簧伸長時與壓縮時的壓力不同，為滿足所有條件的要求，就不可避免的要使用相當(dāng)硬的彈簧，從而導(dǎo)致不必要的能量消耗，并且耐久性也要考慮?；瑝K式凸輪也可以使用，但為使泵液容積恒定，裝置要求很高的精度，但凸輪槽與從動件之間的間隙成為一個問題，其中包括制造、裝配的困難。
采用液體雙作用形式不僅可以消除老式結(jié)構(gòu)的缺點，還有以下的優(yōu)點當(dāng)某一個柱塞處于工作行程時，液體被壓出相應(yīng)的油室而分別進入另外兩個油室，使相應(yīng)的柱塞返回。因此在三個油室及聯(lián)接它們的管路中的液體總量是恒定的，使柱塞的返回運動平穩(wěn)。
就液體壓力而言，足以保證柱塞返回的最小極限壓力，因為它總是個常數(shù)，不存在象彈簧那樣產(chǎn)生的能量損失。因為在柱塞回位過程中，作用在凸輪從動機構(gòu)上的表面壓力恒定不變，所以避免了凸輪的局部磨損。因此，這個機構(gòu)是合理的。
根據(jù)各種不同的工作條件(包括高速運動、低速運動，和用于高粘性液體)，借助控制溢流閥，為達(dá)到最佳工作運動所要求的液體壓力都可以迅速、簡便地得到。
既然與由柱塞作用的排液壓力對應(yīng)的液體壓力能加以控制，因而從缸筒泄漏的液體是可以控制的。例如，如果把壓力室中液體的壓力定為排液壓力的一半，漏損量將此液體泄至大氣的情況減少一半。在這種情況下，如果使用合適的潤滑油作為使柱塞回位的液體來潤滑柱塞，那么定量液壓泵的耐久性將得到很大的改善。
當(dāng)然，可以在柱塞與回位活塞之間建立一個常壓帶，將壓力室中的工作液體與空室中的潤滑油完全隔離，以防止泄漏的液體混合在一起。
在高溫的情況下，通過循環(huán)在柱塞周圍的起回位作用的液體可以起到冷卻柱塞的作用，除了冷卻柱塞以外，可以防止熱量從柱塞和缸筒向其它部件傳遞，從而也保護了其它的部件。
現(xiàn)在來討論閥門驅(qū)動裝置，如圖6所示，位于吸液口26和壓力室21之間的吸液閥由一端帶圓錐型閥頭42的閥桿41和環(huán)狀閥座43組成。閥桿41穿過閥座43上的圓孔，在桿的另一端有螺紋44。在螺紋44部分裝有一個彈簧座45和一個止動螺母46。閥桿41被一個裝在彈簧座45和一個鎖緊接頭47之間的彈簧48推動使閥頭42壓緊在閥座43上。鎖緊接頭47是用螺紋旋緊在蓋體24上的，并在吸液閥25和吸液口26之間形成一個通道49。另外，從圖7中可以看到，閥座43有一個多元導(dǎo)向體50為閥頭42提供徑向?qū)颉?br>桿件52一端通過銷釘51與鎖板31連接。另一端為棘爪54與進液閥驅(qū)動凸輪咬合。在桿的中部有一個凸牙55與止動螺母46接觸(見圖8)。裝有凸輪53的心軸56由一對支架57支承，并通過傳動裝置(圖中沒有表示)與凸輪機構(gòu)的凸輪軸13相聯(lián)接并同步運轉(zhuǎn)。傳動裝置包括鏈輪和鏈條，即當(dāng)凸輪13旋轉(zhuǎn)一周時，心軸56也旋轉(zhuǎn)一周。
吸液閥驅(qū)動凸軸的輪廓由一直徑較大、占凸輪圓周近一半的部分58(它與柱塞23的吸液行程相對應(yīng))和一直徑較小、占凸輪剩下的近一半的圓周的部分59構(gòu)成，此部分與柱塞23的排液行程相對應(yīng)。較大直徑部分58包括一個斜線部分60使其與小直徑部分59平滑的聯(lián)接在一起。斜線部分60對應(yīng)著吸液行程的終端，也就是說對應(yīng)著排液行程的始端，58與59兩部分不連續(xù)的部分形成一個臺階61。
排液閥27處于壓縮室21和排液口28之間，見圖9。它是由一個圓錐閥頭62和一個環(huán)狀閥座63組合而成。由圖10可以看到，閥頭62的延長部分64有幾個徑向延伸導(dǎo)向肋65。導(dǎo)向肋65是與閥座63的孔滑動接觸，從而為閥頭62提供徑向?qū)?。閥桿68穿過鎖緊接頭67，它用螺紋聯(lián)接在蓋體24上，并在出液閥27和出液口28間形成通道。閥桿68可以軸向滑動，并與閥頭62同軸。閥桿68的一端裝有一個用螺紋聯(lián)接的彈簧座69。裝在固定板31的延伸部31′上的支板70有一個用螺紋擰上的調(diào)節(jié)螺釘71，彈簧72裝在調(diào)節(jié)螺釘71和彈簧座69之間把閥桿68推向圖中所示的下方。彈簧72的作用是通過閥桿68推動閥頭62壓緊在閥座63上。
杠桿74的一端由銷釘73聯(lián)接在延伸部31′上，另一端成棘爪形與排液閥驅(qū)動凸輪75接觸，中部有一個凸起77與彈簧座69接觸(見圖11)。心軸79上裝有凸輪75，并由一對支板78支承，通過一個由鏈輪和鏈條組成的驅(qū)動裝置(圖中未表示)驅(qū)動凸輪機構(gòu)的凸輪軸13同步旋轉(zhuǎn)，也就是說，當(dāng)凸輪軸13旋轉(zhuǎn)一周時，心軸79也旋轉(zhuǎn)一周。
排液閥驅(qū)動凸輪75的輪廓包括占凸輪75圓周多一半的一個直徑較大的區(qū)段80(它與柱塞23的排液行程對應(yīng)的)和占凸輪75圓周剩余部分的(與柱塞23的吸液行程對應(yīng)的)小直徑區(qū)段81，大直徑段80比小直徑段81大一個θ角。θ角的大小由凸輪75的轉(zhuǎn)速和液壓泵的排液壓力來決定。大直徑段80的初始段82與小直徑段平滑的聯(lián)接。而在與排液行程始端對應(yīng)的區(qū)段，也就是吸液行程的初始端，80與81兩個區(qū)段是不連續(xù)的，有一個臺階83。
圖12和圖13表示每一個閥門開啟和關(guān)閉定時的微調(diào)機構(gòu)。每一個吸液閥和排液閥都有一個這樣的微調(diào)機構(gòu)，可以分別調(diào)整每個閥門的開啟和關(guān)閉定時。因為這些機構(gòu)都是一樣的，所以這里僅敘述吸液閥25的一個微調(diào)機構(gòu)。圖12表示裝有吸液閥驅(qū)動凸輪53的心軸的端部。通過鏈條與裝在凸輪機構(gòu)的凸輪軸13上的鏈輪84相聯(lián)的鏈輪85松動地裝在心軸56上。鏈輪85與調(diào)節(jié)盤86是一體的，而調(diào)節(jié)盤86又由螺栓將其與一個用鍵固定在心軸56上的圓盤87夾緊在一起。在圓盤87上穿過螺栓88的孔89沿著圓周方向為一長孔。調(diào)節(jié)盤86上開有一個缺口91，在缺口處有一個銷釘90裝在圓盤87上，兩個對置的調(diào)節(jié)螺釘92裝在缺口91兩端的圓周邊緣上，銷釘90處在這兩個調(diào)節(jié)螺釘?shù)闹虚g。當(dāng)把螺栓88放松后，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘92，改變其軸向位置就可以調(diào)整調(diào)節(jié)圓盤86與圓盤87之間相對的角位置。這樣，就改變了心軸56相對于凸輪軸13的旋轉(zhuǎn)角度，或者說改變了吸液閥25相對于柱塞23的行程的開啟和關(guān)閉定時。也就是說，可以同時調(diào)整三個柱塞(對三柱塞泵來說)的開啟和關(guān)閉定時。同樣地，也可以調(diào)整排液閥27相對于柱塞23行程的開啟和關(guān)閉定時。如果在調(diào)節(jié)圓盤86的外圓93處開一個切口，并且在圓盤86的外緣94上對應(yīng)地刻上刻度線，那么，微調(diào)操動就更容易進行。
圖14描述了按前面所述的方式排列的往復(fù)式液壓泵凸輪驅(qū)動裝置的運動過程。此外，圖14中的升程曲線a，b、c分別對應(yīng)于柱塞驅(qū)動凸輪14、吸液閥驅(qū)動凸輪53和排液閥驅(qū)動凸輪75。
圖5、圖6和圖9中所示的狀態(tài)部對應(yīng)于圖14中，當(dāng)θ＝0°時的工作狀況，即吸液行程已經(jīng)結(jié)束，而排液行程即將開始。這時，吸液閥25已經(jīng)關(guān)閉，而排液閥27雖然已經(jīng)不承受彈簧72的壓緊力，但由于在此閥兩端壓力差的作用，排液閥27仍然處于關(guān)閉狀態(tài)。
首先，排液行程一直持續(xù)到凸輪軸13轉(zhuǎn)過180°為止。由圖6和14可以看出，在這180°的過程中，吸液閥驅(qū)動凸輪53的升程為0。換句話說，即槓桿52的棘爪53一直與凸輪53的小直徑區(qū)段59嚙合，沒有使閥桿41產(chǎn)生位移。所以吸液閥25仍然關(guān)閉。另一方面，從圖9和14可以看出，在這180°的間隔內(nèi)，排液閥驅(qū)動凸輪75始終保持著hc的升程。即槓桿74的棘爪76一直與凸輪的大直徑段80嚙合。所以排液閥27不承受彈簧72的壓力。此外，在此排液行程的初始部分，隨著柱塞23運動，在壓力室21中的壓力逐漸增加，一旦其壓力與閥頭62另一面的液體壓力達(dá)到平衡，液體就將推動閥頭62開啟，液體從壓力室21流向排液口28。此時的阻力僅為閥頭62的微小重量。
當(dāng)運行到排液行程始端時，排液閥驅(qū)動凸輪75的臺階部分83使桿74的棘爪76與大直徑區(qū)段80脫離嚙合，而落到了小直徑區(qū)段81上。從而使桿74下降，閥桿68在彈簧72的作用下，向下運動，把閥頭62壓在閥座63上，如圖9所示。所以，排液閥立即被完全關(guān)閉。同時，桿52的棘爪54與吸液閥驅(qū)動凸輪53的小直徑區(qū)段59脫離，并與斜線60嚙合，這就是而后的180°范圍的吸液行程的開始。當(dāng)吸液行程開始時，吸液閥驅(qū)動凸輪53使桿52克服彈簧48的壓力，逐漸推進起閥桿41，使閥頭42離開閥座43。由此，使吸液閥25開啟，液體由吸液口26流向壓力室21。由圖14可見，凸輪59在進液行程內(nèi)，保持著桿52的棘爪54處于升程hb，使吸液閥一直打開。
當(dāng)吸液行程接近終端時，排液閥驅(qū)動凸輪75在排液行程終端的一個小的區(qū)段(同轉(zhuǎn)角量表示稱為θ角)內(nèi)，使桿74抬起。因為桿74的凸起部分77與彈簧座69接觸，所以克服了彈簧72的壓力使閥桿68向上(由圖所示)運動，從而消除了作用在閥頭62上的彈簧72的壓力。這時，閥頭62的下游，即排液口28這邊，由前面排液行程排出的液體仍保持著其原有的壓力。而在閥頭62的上游，即在壓力室21這邊，液體由于吸液行程而產(chǎn)生負(fù)壓;因此，由于閥頭62兩邊的壓力差，使閥頭62仍舊與閥座63接觸，在吸液行程的終端，吸液閥驅(qū)動凸輪53的臺階部分61使桿52的棘爪54與大直徑區(qū)段58脫離，而落到小直徑區(qū)段59上，從而使桿52回到了圖6所示的狀態(tài)。結(jié)果在彈簧48的壓力作用下，吸液閥25立即關(guān)閉。
這樣，如圖14所示，在柱塞23的排液行程內(nèi)，吸液閥驅(qū)動凸輪53的升程曲線b所示的升程為0，而排液閥驅(qū)動凸輪75的升程曲線C保持hc的升程，當(dāng)吸液行程開始時，吸液閥驅(qū)動凸輪53的升程為hb，而排液閥驅(qū)動凸輪75，在初期的升程為0，但在吸液行程終端前的一個小角度θ處，升程又達(dá)到了hc。如前所述，凸輪的定時是由驅(qū)動柱塞23做往復(fù)運動的凸輪機構(gòu)的凸輪軸13通過鏈輪和鏈條傳動機構(gòu)使凸輪53的心軸56和凸輪75的心軸78與其同步運轉(zhuǎn)而獲得的。
如前所述，因為彈簧48和72是放置在閥門機構(gòu)的外邊，所以對彈簧的裝置空間沒有限制。而如把彈簧放置在閥門機構(gòu)內(nèi)，其裝置空間就要受到限制。這樣，彈簧的設(shè)計比較容易，以保持迅速、準(zhǔn)確關(guān)閉閥門。并且，由于彈簧48和72不與液體接觸，因而排送腐蝕性液體時，對閥門機構(gòu)來說，只需考慮閥頭和閥座和耐腐蝕性。
如果將此閥門驅(qū)動裝置用于定溶積液壓泵以避免排液速率的脈動，如上所述，此裝置將通過保證吸、排液閥準(zhǔn)確開啟和關(guān)閉來改善液壓泵的容量恒定。
具體到本文就是通過使閥門驅(qū)動凸輪與柱塞驅(qū)動凸輪同步來控制吸、排液閥的開啟和關(guān)閉。這樣，也同樣可以設(shè)計一種閥門驅(qū)動凸輪輪廓線，使每一個閥門的開啟程度，在任一柱塞位置，都與液體流量成正比，進而，吸、排液閥的開啟和關(guān)閉定時與柱塞運動的聯(lián)動，除上述具體設(shè)計外，還可以作以下的設(shè)想(a)基于滑閥的方法。
Ⅰ、根據(jù)平面往復(fù)運動的分配閥。
Ⅱ、根據(jù)旋轉(zhuǎn)平表面的分配閥。
Ⅲ、基于圓柱體旋轉(zhuǎn)表面的分配閥。
Ⅳ、基于圓錐旋轉(zhuǎn)表面的分配閥(b)用電磁閥實現(xiàn)電氣定時的方法(c)由液壓或氣動進行間接定時的方法(d)通過機械措施或微型計算機根據(jù)液壓泵轉(zhuǎn)速自動定時的方法做為本發(fā)明的一個具體實例，上面詳細(xì)的論述了由三個平面凸輪構(gòu)成的凸輪機構(gòu)，和使用這種凸輪機構(gòu)，并含有三個缸筒-柱塞組件的往復(fù)式液壓泵?；诒景l(fā)明的思想和范圍，可以得到其它的變型和改進。
尤其可以認(rèn)為本發(fā)明可以具體地應(yīng)用到包含三個以上平面凸輪的凸輪機構(gòu)形成。同樣，往復(fù)式液壓泵可以由三個以上的缸筒-柱塞體構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.由裝在同一根軸上的，依次相間120°的三個平面凸輪組成的凸輪機構(gòu)，其每一個平面凸輪的升程曲線都包含有一個上升區(qū)，在這個區(qū)里隨著凸輪轉(zhuǎn)角的增加升程也增加；和一個下降區(qū)，在此區(qū)當(dāng)平面凸輪的轉(zhuǎn)角增加時，升程減小，不論是所說的上升區(qū)，還是下降區(qū)都有一個加速段，在此段升程加速變化；一個等速段，在此段升程呈線性變化；和一個減速段，在段內(nèi)升程減速變化。而在這種結(jié)構(gòu)中，其加速段單位轉(zhuǎn)角的升程與減速段單位轉(zhuǎn)角的升程之和等于其等速段單位轉(zhuǎn)角的升程。
2.按照權(quán)力要求1所述的凸輪機構(gòu)，特征在于其上升區(qū)是軸對稱的。
3.按照權(quán)利要求
1所述的凸輪機構(gòu)，特征在于其上升區(qū)和下降區(qū)是非對稱的。
4.往復(fù)式液壓泵由其排液口接在一根總管上的三個柱塞泵和一個置于驅(qū)動機構(gòu)和柱塞泵之間的凸輪機構(gòu)組成。每一個柱塞泵包括一個吸液口，一個排液口，一個具有與這兩個口相接的壓力室的缸筒，一個可在缸筒中軸向滑動的，其一端可進出壓力室的柱塞，一個可旋轉(zhuǎn)地支承在柱塞另一端的凸輪從動件，和一個推動柱塞使凸輪從動件始終與凸輪緊密接觸在一起的裝置。上面所說的凸輪機構(gòu)由三個裝在一根公共軸上，依次相接120°的平面凸輪組成。每一個平面凸輪的升程曲線都有一個上升區(qū)，在此區(qū)里，凸輪轉(zhuǎn)角增加，升程隨之增加，和一個下降區(qū)，在此區(qū)凸輪轉(zhuǎn)角增加升程減小，在所說的上升區(qū)和下降區(qū)這兩個區(qū)中，對應(yīng)于柱塞排液行程的一個區(qū)包括一個升程加速變化的加速段，一個升程呈線性變化的等速段，和一個升程減速變化的減速段。此凸輪其加速段單位轉(zhuǎn)角的升程與減速段單位轉(zhuǎn)角的升程之和等于等速段單位轉(zhuǎn)角的升程。
5.按照權(quán)力要求4的往復(fù)式液壓泵，特征在于其推動柱塞的裝置是每一個柱塞泵中的充有一定預(yù)壓液體的液壓室。所有的液壓室都互相聯(lián)通。
6.按照權(quán)力要求5所述的往復(fù)式液壓泵的特征在于其所說的液壓室都與一個一端接著液壓源的管路相連。
7.按照權(quán)力要求6中所說的往復(fù)式液壓泵的特征在于其所述的液壓源是一個蓄能器。而前述管路的另一端是封閉的。
8.按照權(quán)利要求
6中所說的往復(fù)式液壓泵的特征在于所述的液壓源是一個泵，而所說的管路的另一端裝有溢流閥。
9.按照權(quán)力要求4所說的往復(fù)式液壓泵的特征在于包含一個閥門驅(qū)動裝置使吸液閥和排液閥的開啟和關(guān)閉定時與柱塞運動同步。
10.按照權(quán)力要求4中所說的往復(fù)式液壓泵的特征在于其所述的閥門驅(qū)動裝置包括一個推動吸液閥關(guān)閉的彈簧，一個與驅(qū)動裝置相聯(lián)的吸液閥驅(qū)動凸輪，在從柱塞吸液行程起始到終止的過程中，克服前面所說的彈簧的壓力使吸液閥開啟，以及包括一個與驅(qū)動裝置相聯(lián)的排液驅(qū)動凸輪，在從柱塞排液行程的一短小的時間到排液行程終點的過程中，使排液閥卸除了彈簧的壓力。
11.按照權(quán)力要求10中所說的往復(fù)式液壓泵的特征在于所述的吸液閥驅(qū)動凸輪和排液閥驅(qū)動凸輪的支承軸都是通過鏈輪和鏈條傳動裝置與所說的驅(qū)動裝置的軸同步相聯(lián)的。
12.由一個吸液口，一個排液口，一個具有一與上面兩個口相連的高壓力室的缸筒，一個可在缸筒中滑動，并使其一端所進動高壓室的柱塞，一個驅(qū)動柱塞往復(fù)運動的驅(qū)動裝置，一個置于吸液口和壓力室之間的吸液閥，和一個置于壓力室和排液口之間的排液閥組成的往復(fù)式液壓泵，其吸、排液閥的開啟和關(guān)閉定時與柱塞運動的配合是通過對閥門驅(qū)動裝置的改進而達(dá)到。
13.按照權(quán)力要求12中所述的往復(fù)式液壓泵的閥門驅(qū)動裝置包括一個推動吸液閥關(guān)閉的彈簧，一個與驅(qū)動裝置相聯(lián)，在從柱塞吸液行程起始到終止的過程時，克服前面所說的彈簧的壓力使吸液閥開啟的吸液閥驅(qū)動凸輪，以及包括一個和驅(qū)動裝置相聯(lián)，在從柱塞排液行程的一短小的時間到排液行程終點的過程中，使排液閥卸除彈簧的壓力。
14.按照權(quán)力要求13中所述的往復(fù)式液壓泵的閥門驅(qū)動裝置其特征在于吸液閥驅(qū)動凸輪軸和排液閥驅(qū)動凸輪軸都是經(jīng)一個由鏈輪和鏈條組成的傳動裝置與驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)軸同步聯(lián)接起來的。
15.在由多柱塞泵和一個置于驅(qū)動裝置和柱塞泵之間，使泵的吸液和排液循環(huán)相繼變化的凸輪機構(gòu)組成的往復(fù)式液壓泵中，每一個柱塞泵都包括一個吸液口，一個排液口，一個具有與這兩個口相連的壓力室的筒，一個可在缸筒中軸向滑動、其一端可進出壓力室的柱塞，和一個推動柱塞使凸輪從動件始終壓在凸輪上的柱塞返回裝置。柱塞返回裝置的改進的特征在于此柱塞返回裝置在每個柱塞泵里，都有一個充滿著有一定預(yù)壓液體的液壓室，且所有的液壓室都是互相連通的。
16.按照權(quán)利要求
15中所述的往復(fù)式液壓泵的柱塞返回裝置的特征在于其所指的液壓室由一個一端與液體源相連的管路聯(lián)接在一起的。
17.按照權(quán)力要求16中所述的往復(fù)式液壓泵的柱塞返回裝置的特征在于其所指的液壓源是一個蓄能器，并且所說的管路的另一端是封閉的。
18.按照權(quán)力要求16中所述的往復(fù)式液壓泵的柱塞返回裝置的特征在于其所說的液壓源是一個液壓泵，且所說的聯(lián)接管路的另一端裝有一個溢流閥。
專利摘要
往復(fù)式液壓泵由多個平行相連的氣缸柱塞裝置組成，由一個通過旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)驅(qū)動的凸輪機構(gòu)(10)驅(qū)動。為了保證排液量恒定，采用了三個氣缸柱塞裝置。三個平面凸輪(14)裝在一根軸(13)上依次相間120°，每個平面凸輪的升程曲線(a1、a2、a3)設(shè)計成在加速段單位轉(zhuǎn)角的升程與減速段內(nèi)相應(yīng)于單位轉(zhuǎn)角的升程之和等于勻速段單位轉(zhuǎn)角的升程。
文檔編號F04B9/04GK85105369SQ85105369
公開日1987年1月21日 申請日期1985年7月13日
發(fā)明者吉村廣市 申請人:富士技術(shù)工業(yè)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan