專利名稱：并聯(lián)液相色譜泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于液相色譜儀的并聯(lián)液相色譜泵。
背景技術(shù)：
液相色譜泵是液相色譜儀的重要組成部件之一，其性能直接影響分析的穩(wěn)定性、 重復(fù)性和分析精度。目前用于液相色譜儀的液相色譜泵主要有180°單凸輪并聯(lián)液相色譜 泵、120°單凸輪并聯(lián)液相色譜泵和180°雙凸輪液相色譜泵。如圖1所示，180°單凸輪并聯(lián)液相色譜泵包括一個安裝在凸輪軸50上的凸輪51、 對稱安裝在凸輪51圓周圍的兩套往復(fù)送液機構(gòu)和兩個泵頭55。其中往復(fù)送液機構(gòu)包括由 軸承(圖中未示出)支撐在液相色譜儀的殼體(圖中未示出)上的柱塞推桿53、固定連接 在柱塞推桿53 —端的柱塞59、固定連接在柱塞推桿53另一端的插頭以及轉(zhuǎn)動安裝在插頭 內(nèi)的隨動輪52。柱塞59的另一端伸入泵頭55的泵室56內(nèi)，柱塞推桿53與泵頭55之間設(shè) 有密封元件M。泵頭55上設(shè)有分別與泵室56連通的進液孔57和排液孔58，進液孔57和 排液孔58內(nèi)各自安裝有單向閥(圖中未示出)。凸輪51上在其基圓外圓周上設(shè)有凸輪曲 線，隨動輪52與凸輪51的凸輪曲線接觸配合。當(dāng)驅(qū)動機構(gòu)帶動凸輪51轉(zhuǎn)動時，隨動輪52 沿著凸輪51的凸輪曲線滾動，從而將凸輪51的轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)化為柱塞推桿53及柱塞59的 往復(fù)運動，使泵頭55的泵室56內(nèi)的壓強大小交替變化，同時在進、排液孔內(nèi)的兩個單向閥 的作用下，就實現(xiàn)了柱塞59每往復(fù)一次就從進液孔57抽取一定量的液體，并從排液孔58 排出一定量的液體，完成其送液功能。該種180°單凸輪并聯(lián)液相色譜泵，由于兩套往復(fù)送液機構(gòu)對稱布置在凸輪51的 兩側(cè)，這樣就使得與之配套使用的其他結(jié)構(gòu)，如與進液孔連通的進液機構(gòu)、與排液孔連通的 排液機構(gòu)以及分析結(jié)構(gòu)、各連通管路等在空間布局上比較分散，工業(yè)設(shè)計困難；而且載液部 分所占體積大，導(dǎo)致液相色譜泵整體體積大，需要很大的容置空間。圖2所示的是120°單凸輪并聯(lián)液相色譜泵，其結(jié)構(gòu)與180°單凸輪并聯(lián)液相色譜 泵結(jié)構(gòu)基本相同，僅僅多了一套往復(fù)送液機構(gòu)和一個泵頭陽。該120°單凸輪并聯(lián)液相色 譜泵中共有3套往復(fù)送液機構(gòu)和3個泵頭55。3套往復(fù)送液機構(gòu)在凸輪51的外圓周圍呈 放射狀均勻分布，相鄰兩套往復(fù)送液機構(gòu)之間的夾角為120°。往復(fù)送液機構(gòu)與圖1中的往 復(fù)送液機構(gòu)相同，不再贅述。該種120°單凸輪并聯(lián)液相色譜泵中，3套往復(fù)送液機構(gòu)相互間隔120°均勻布置 在凸輪51外圓周圍，與上述180°單凸輪并聯(lián)液相色譜泵結(jié)構(gòu)一樣存在各連通管路等在空 間布局上分散，工業(yè)設(shè)計困難、整機體積大等一系列缺陷。針對上述并聯(lián)液相色譜泵的缺陷，出現(xiàn)了一種180°雙凸輪液相色譜泵，也是目前 普遍使用的液相色譜泵。如圖3所示，180°雙凸輪液相色譜泵包括一根凸輪軸50、安裝在 該凸輪軸50兩端的主凸輪511和副凸輪512，以及兩套平行的往復(fù)送液機構(gòu)和兩個泵頭 55。往復(fù)送液機構(gòu)分別與主凸輪511和副凸輪512配合工作。其中的往復(fù)送液機構(gòu)與圖1 所示的180°單凸輪并聯(lián)液相色譜泵中的往復(fù)送液機相同，不再贅述。根據(jù)設(shè)計需要可以將該種180°雙凸輪液相色譜泵設(shè)計成并聯(lián)式的或者串聯(lián)式的。在180°雙凸輪并聯(lián)液相色 譜泵中，主凸輪511與副凸輪512的相差為180°，當(dāng)其中一套往復(fù)送液機構(gòu)中的柱塞供液 時，另一套往復(fù)送液機構(gòu)中的柱塞吸液時，兩套往復(fù)送液機構(gòu)如此交替工作，確保了液相色 譜泵連續(xù)供液。在180°雙凸輪串聯(lián)液相色譜泵中，主凸輪511與副凸輪512之間也具有一 定的相差。該種180°雙凸輪液相色譜泵中，兩個泵頭55布置在凸輪的同一側(cè)，兩套往復(fù)送 液機構(gòu)平行布置，在一定程度上改善了前述兩種液相色譜泵體積大、管路等機構(gòu)設(shè)計困難 的情況。但由于主、副凸輪均是圓周凸輪(即凸輪曲線設(shè)置于凸輪的圓周外圍上)，兩套 往復(fù)送液機構(gòu)由主、副凸輪分別驅(qū)動，這就要求主、副凸輪的凸輪曲線必須達到足夠高的精 度，才能保證兩套往復(fù)送液機構(gòu)按設(shè)計要求嚴(yán)格精確地交替動作。對其中一個圓周凸輪而 言，其凸輪曲線主要包括上升曲線、下降曲線和過渡曲線等。從理論上說，圓周凸輪的上升曲線采用阿基米德螺旋線，能夠保證柱塞做勻速直 線運動，即能保證液相色譜泵得到平穩(wěn)的進液壓力。但是在實際運用中泵的壓力從0到高 壓或者超高壓是要經(jīng)歷一個過程的，液體在這個過程中會隨著壓力變化而被壓縮，因而需 要進行壓縮系數(shù)補償。因此為了保證最小的系統(tǒng)脈動，就需要對凸輪曲線進行修正。另外， 隨動輪直徑方向與凸輪圓周切線方向之間、加工刀具的直徑方向與凸輪圓周切線方向之間 都會存在一個壓力角，壓力角的大小取決于凸輪采用的基園、上升曲線的導(dǎo)程的大小以及 隨動輪和刀具的直徑大小。壓力角的產(chǎn)生會使理論設(shè)計曲線和加工所獲得的曲線以及凸輪 推動隨動輪時所獲得的運動曲線產(chǎn)生偏差，這同樣會導(dǎo)致壓力波動。減小壓力波動也需要 通過曲線的修正來實現(xiàn)。但對于該傳統(tǒng)的180°雙凸輪液相色譜泵來說，由于具有兩個凸 輪，兩個凸輪的兩條凸輪曲線又必須保持嚴(yán)格精確、嚴(yán)格對應(yīng)，所以當(dāng)對其中一個凸輪的凸 輪曲線進行修正時，必須同時對另一個凸輪的凸輪曲線進行相適應(yīng)的修正；而且由于主、副 凸輪之間存在相差，所以需要被修正的曲線不但包括作為上升曲線的阿基米德螺旋線，而 且還包括下降曲線和過渡曲線，這樣形成于每個凸輪上的凸輪曲線數(shù)量可多達十幾條，種 類也非常復(fù)雜，有加速曲線、減速曲線等，所以，該傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的180°雙凸輪液相色譜泵中的 凸輪加工難度大，很難保證設(shè)計精度要求，由此導(dǎo)致液體壓力穩(wěn)定性差；同時因為很難保證 兩個凸輪的修正曲線的嚴(yán)格對應(yīng)性，所以為消除壓力穩(wěn)定性差的缺陷而進行的凸輪曲線修 正也很難達到預(yù)期的效果。在上述三種結(jié)構(gòu)的凸輪液相色譜泵中，由于柱塞59相對于泵頭55是運動的，所以 要求設(shè)置在柱塞59與泵頭55之間的密封元件M既能保證柱塞59能夠相對于泵頭55運 動，又要保證泵室內(nèi)的液體不泄漏，屬動密封元件。密封元件M的使用壽命與柱塞59的 行程和動作頻率直接相關(guān)。液相色譜泵的流量是受到凸輪升程設(shè)計限制的，若想增加流量 就得增加柱塞行程或者提高柱塞往復(fù)運動的頻率，這會給密封元件的使用壽命帶來不利影 響；而為了提高密封元件的使用壽命，往往只能減小柱塞行程或者降低柱塞往復(fù)運動的頻 率，這又會影響理想的設(shè)計流量，降低了凸輪泵的應(yīng)用范圍，正所謂魚和熊掌不可兼得。所 以怎樣既能保證密封元件的密封性能，又能延長其使用壽命，繼而延長兩個凸輪泵的使用 壽命，是業(yè)界亟待解決的技術(shù)問題。綜上所述，現(xiàn)有的凸輪液相色譜泵具有如下缺陷1.凸輪設(shè)計難度大；
2.凸輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，達不到設(shè)計精度要求，由此導(dǎo)致液體壓力的穩(wěn)定性 差，而壓力穩(wěn)定與否將直接影響基線的穩(wěn)定和分析結(jié)果的重現(xiàn)性；3.連通管路等在空間布局上分散，工業(yè)設(shè)計困難；4.并聯(lián)液相色譜泵的體積大；5.密封元件的使用壽命短，繼而導(dǎo)致凸輪液相色譜泵的使用壽命短。鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本設(shè)計人提出一種液相色譜泵，能夠避免上述各 種缺陷，使其更具有實用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有液相色譜泵中凸輪設(shè)計難度大，凸輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工困難，并且 液體壓力穩(wěn)定性差的技術(shù)問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵，包括具有凸輪軸的凸輪、泵頭、至少兩套往復(fù)送液機構(gòu) 以及用于驅(qū)動所述凸輪轉(zhuǎn)動的凸輪驅(qū)動機構(gòu)。所述泵頭內(nèi)設(shè)有泵室、與該泵室連通的進液 孔和排液孔。所述每套往復(fù)送液機構(gòu)包括柱塞推桿、固定連接在該柱塞推桿一端并與其同 軸的柱塞、轉(zhuǎn)動地安裝在所述柱塞推桿另一端的隨動輪，所述柱塞的另一端伸入所述泵頭 的泵室內(nèi)與之配合工作。所述隨動輪與所述凸輪的凸輪曲線接觸配合工作。其中所述凸輪 是端面凸輪，其凸輪曲線設(shè)置在與具有凸輪軸的端面相反的另一端面上。所述凸輪曲線包 能將所述凸輪的轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)換成所述柱塞勻速直線運動的一條上升曲線和使所述柱塞回 復(fù)原位的一條下降曲線。所述上升曲線和所述下降曲線的導(dǎo)程相同，均為r = 4v/n π D2，所 述上升曲線的升角θ = 360° /η，其中ν表示所述凸輪轉(zhuǎn)動一周的所述并聯(lián)液相色譜泵排 量，D表示所述柱塞的直徑，η表示柱塞的數(shù)量，η為2-10之間的整數(shù)。所述至少兩套往復(fù) 送液機構(gòu)布置在所述凸輪的具有凸輪曲線的一側(cè)，并且在圓周方向均勻布置，他們的中心 線均平行于所述凸輪軸的中心線。所述隨動輪為圓錐臺形，該隨動輪的任意兩個橫截面的 圓周長與相對應(yīng)位置的凸輪曲線的周長的比值相等。
所述曲線單元還包括連接所述上升曲線和所述下降曲線的過渡曲線。所述凸輪曲線中的上升曲線的兩端部分別設(shè)有修整曲線。所述凸輪曲線中相鄰的兩條曲線的連接處設(shè)有圓滑過渡線。所述上升曲線為等螺距螺旋線；所述下降曲線是等螺距螺旋線。所述往復(fù)送液機構(gòu)的數(shù)量為3套；所述上升曲線的升角θ =120°，所述下降曲 線對應(yīng)的角度為對0°。所述往復(fù)送液機構(gòu)的數(shù)量為3套；所述上升曲線的升角θ =90°，所述下降曲線 對應(yīng)的角度為40° -60°。所述往復(fù)送液機構(gòu)的數(shù)量為4套；所述上升曲線的升角θ =90°，所述下降曲線 對應(yīng)的角度為270°。所述往復(fù)送液機構(gòu)的數(shù)量為4套；所述上升曲線的升角θ =90°，所述下降曲線 對應(yīng)的角度為30° -55°。所述泵頭的數(shù)量為一個，其內(nèi)設(shè)有與往復(fù)送液機構(gòu)數(shù)量相同并相互獨立的泵室， 每個泵室連通有一個進液孔和一個排液孔。所述的至少兩個往復(fù)送液機構(gòu)中的至少兩個柱塞分別伸入所述泵頭內(nèi)的相應(yīng)的泵室內(nèi)，與之配合工作。當(dāng)然本發(fā)明中，也可以為每套往復(fù) 送液機構(gòu)配備一個獨立的泵頭，每個泵頭設(shè)有與柱塞配合工作的泵室，每個泵室連通有一 個進孔和一個排液孔。但這種多泵頭結(jié)構(gòu)由于要求的安裝精度高，所占體積大，布置麻煩等 原因，一般較少使用。所述往復(fù)送液機構(gòu)中的柱塞推桿端部固定連接有一個插頭，該插頭包括兩個相對 布置的插腳，兩個插腳中間為用于容納所述隨動輪的凹槽。所述隨動輪的中心軸的兩端分 別轉(zhuǎn)動地支撐在兩個所述插腳內(nèi)側(cè)。所述隨動輪的中心軸與所述柱塞推桿的中心線之間的 夾角β =90° -α/2，α是所述圓錐臺形隨動輪的圓錐角。所述插腳的凹槽的底面與所述柱塞推桿的中心線之間的夾角β =90° -α/2。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵的優(yōu)點和積極效果在于本發(fā)明 中，由于其中的凸輪是端面凸輪，即凸輪曲線設(shè)置在與具有凸輪軸的端面相反的另一端面 上，所以至少兩套往復(fù)送液機構(gòu)中的至少兩個柱塞推桿可以互相平行布置，并設(shè)置在凸輪 的同一側(cè)面，故并聯(lián)液相色譜泵中的各連通管路等在空間布局上比較集中，大幅度降低了 工業(yè)設(shè)計難度；同時大大減小了并聯(lián)液相色譜泵的體積。另外，端面凸輪的凸輪曲線中的上升曲線可以根據(jù)凸輪轉(zhuǎn)動一周的排量V、柱塞的 直徑D及柱塞的數(shù)量η，僅僅利用導(dǎo)程公式r = 4ν/η π D2和上升曲線的升角公式θ = 360° /n即可完成凸輪上升曲線的設(shè)計，所以本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵中，凸輪曲線的上 升曲線是一條導(dǎo)程為Γ = 4ν/πιπ02，升角為θ = 360° /n的曲線，其中涉及的參數(shù)少，因而 設(shè)計大為簡化，不但大大降低了凸輪的設(shè)計難度，而且減少了影響液體壓力的諸多因素；同 時由于本發(fā)明中凸輪曲線簡單，故凸輪加工方便、容易，輕易地就能達到設(shè)計精度，從而保 證了的液體壓力穩(wěn)定性能夠達到設(shè)計時所預(yù)期的水平。同時，本發(fā)明的液相色譜泵只有一個凸輪，當(dāng)對該凸輪的凸輪曲線進行修正時，不 必像現(xiàn)有技術(shù)那樣考慮怎樣與其他凸輪曲線對應(yīng)，所以修整很容易；并且由于本發(fā)明中的 凸輪曲線數(shù)量少、類型簡單，這使得凸輪曲線的修整難度進一步降低，所以本發(fā)明能夠方便 地通過修整凸輪曲線方式有效提高液體壓力穩(wěn)定性。通過以下參照附圖對優(yōu)選實施例的說明，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu) 點將更加明顯。


圖1是現(xiàn)有的180°單凸輪并聯(lián)液相色譜泵結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有的120°單凸輪并聯(lián)液相色譜泵結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有的180°雙凸輪液相色譜泵結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵中用于四室并聯(lián)液相色譜泵實施例中的凸輪結(jié) 構(gòu)的立體圖；圖5是本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵中四室并聯(lián)液相色譜泵實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵中四室并聯(lián)液相色譜泵實施例的隨動輪的結(jié)構(gòu) 示意圖；圖7表示圖6所示的隨動輪在柱塞推桿上安裝的示意圖；圖8是本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵中用于三室并聯(lián)液相色譜泵實施例中的凸輪結(jié)構(gòu)的立體圖。
具體實施例方式下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實施例。應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實施例只 用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。如圖4、圖8所示，本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵中的凸輪61是端面凸輪，其凸輪曲線 設(shè)置在與具有凸輪軸60的端面相反的另一端面上。凸輪曲線包括一條能將凸輪61的轉(zhuǎn)動 運動轉(zhuǎn)換成柱塞69勻速直線運動的上升曲線、一條使柱塞69回復(fù)原位的下降曲線和一條 連接上升曲線和下降曲線的過渡曲線，在相鄰的兩條曲線連接處設(shè)有圓滑過渡線(圖中未 示出)。為了提高液體壓力穩(wěn)定性，可以在上升曲線的兩端部設(shè)置修整曲線(圖中未示出)。上升曲線的導(dǎo)程為r = 4v/n3iD2，上升曲線的升角θ = 360° /η，其中ν表示凸 輪61轉(zhuǎn)動一周的排量，D表示柱塞69的直徑，η表示柱塞69的數(shù)量，為2_10之間的整數(shù)。 上升曲線優(yōu)選為等螺距螺旋線，當(dāng)然也可以是其他的能夠?qū)⑼馆?1的轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)換成柱 塞69勻速直線運動的曲線。下降曲線的導(dǎo)程必須與上升曲線的導(dǎo)程相同，即下降曲線的導(dǎo)程r = 4ν/η π D2，下 降曲線可以是等螺距螺旋線，也可以是其他類型曲線。過渡曲線可以是圓弧線，導(dǎo)程為零。圖4所示的凸輪適用于四室并聯(lián)液相色譜泵實施例，其上升曲線611的升角θ =90°，下降曲線612對應(yīng)的角度為30°，過渡曲線613對應(yīng)的角度為。即在凸 輪圓周方向0° -90°范圍內(nèi)對應(yīng)上升曲線611，90° -120°范圍內(nèi)對應(yīng)下降曲線612， 120° -360°范圍內(nèi)對應(yīng)過渡曲線613。當(dāng)然在上升曲線611的升角θ為90°情況下，下 降曲線612對應(yīng)的角度不限于30°，下降曲線612對應(yīng)的角度在30° -270°范圍內(nèi)均是可 行的，當(dāng)下降曲線612對應(yīng)的角度為270°時，凸輪曲線便只具有上升曲線611和下降曲線 612，而沒有過渡曲線613。實際設(shè)計使用時，上升曲線611的升角θ為90°情況下，通常 下降曲線612對應(yīng)的角度在30° -55°范圍內(nèi)，過渡曲線613對應(yīng)的角度在215° -240° 范圍內(nèi)，并保證下降曲線612對應(yīng)的角度與過渡曲線613對應(yīng)的角度之和為270°。如圖5所示，本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵中的四室并聯(lián)液相色譜泵實施例，包括一 個如圖4所示的凸輪61、一個泵頭65、4套互相平行的往復(fù)送液機構(gòu)以及用于驅(qū)動凸輪轉(zhuǎn)動 的凸輪驅(qū)動機構(gòu)(圖中未示出)，如步進電機等。其中凸輪61具有一個凸輪軸60，4套往復(fù) 送液機構(gòu)布置在凸輪的具有凸輪曲線的一側(cè)，并且在圓周方向均勻布置，他們的中心線均 平行于凸輪軸60的中心線。泵頭65內(nèi)設(shè)有4個相互獨立的泵室，每個泵室連通有一個進液孔和一個排液孔。 進液孔和排液孔內(nèi)各自安裝有一個單向閥。4套往復(fù)送液機構(gòu)中的4個柱塞分別伸入4個 泵室內(nèi)，與之配合工作。四室并聯(lián)液相色譜泵指的是該泵中只有一個凸輪，該凸輪上只有一 條升曲線、一條降曲線和一條過渡曲線，該三條曲線布置在凸輪端面360°范圍內(nèi)；該泵的 泵頭具有4個相互獨立的泵室，4個泵室依次連續(xù)排出液體到液相色譜儀的下游機構(gòu)中；該 泵中具有4套往復(fù)送液機構(gòu)。該四室并聯(lián)液相色譜泵主要的特點是在每轉(zhuǎn)排量設(shè)定的前 提下，可以將往復(fù)送液機構(gòu)的升程減小4倍，從而大幅度提高了泵的使用壽命。本實施例的四室并聯(lián)液相色譜泵中只設(shè)計有一個泵頭，這一方面可以減少并聯(lián)液 相色譜泵的體積；另一方面使得本發(fā)明的安裝非常方便，益于保證安裝精度，而良好的安裝精度同樣利于改善液體壓力穩(wěn)定性。當(dāng)然本發(fā)明中也可以設(shè)計成與往復(fù)送液機構(gòu)數(shù)量相同 的多個泵頭形式，每個泵頭內(nèi)設(shè)置一個泵室、一個進液孔和一個排液孔。每套往復(fù)送液機構(gòu)包括一個塞推桿63、一個柱塞69和一個隨動輪62。隨動輪62呈圓錐臺形，圓錐角為α。在隨動輪62中央位置設(shè)有中心軸621。該 隨動輪62與凸輪61的凸輪曲線接觸配合。柱塞推桿63的一端固定連接有與其同軸的柱塞69，另一端固定連接有插頭。柱 塞推桿63的另一端伸入到泵頭65的泵室內(nèi)，在柱塞推桿63與泵頭65之間設(shè)有密封元件 (圖中未示出)，密封元件及其安裝可以與現(xiàn)有技術(shù)相同，這里不再贅述。如圖6、圖7所示，本實施例中的柱塞推桿63另一端的插頭包括兩個相對布置的插 腳631，兩個插腳631中間為用于容納隨動輪62的凹槽。隨動輪62的中心軸621的兩端 分別可轉(zhuǎn)動地支撐在兩個插腳631內(nèi)側(cè)。隨動輪62的中心軸621與柱塞推桿63的中心線 之間的夾角β = 90° -α/2，α是錐形隨動輪62的圓錐角；也就是說隨動輪62的中心軸 621并非垂直安裝于兩個插腳631上，而是傾斜一角度β，其目的在于保證隨動輪62的任 一橫截面的圓周長與相對應(yīng)位置的凸輪曲線的周長比是常數(shù)，該常數(shù)可以是正整數(shù)，也可 以是小數(shù)；進一步說，當(dāng)圓錐臺形隨動輪62在凸輪61上滾動時不會發(fā)生扭轉(zhuǎn)等錯位現(xiàn)象。 例如，隨動輪62的錐底圓622的圓周長與凸輪61內(nèi)圈617的周長比為0. 3，隨動輪62的錐 頂圓623的圓周長與凸輪61外圈618的周長比也是0. 3。另外，插腳631的凹槽底面與柱塞推桿63的中心線之間的夾角β的角度可以設(shè) 計為90° - α /2，這樣可以使插頭及隨動輪62這部分結(jié)構(gòu)更加緊湊，利于減小泵的體積，并 有益于保證隨動輪62與凸輪61的配合精度。如果柱塞推桿63端部不設(shè)置插頭，隨動輪62也可以其他方式轉(zhuǎn)動安裝在柱塞推 桿63端部，只要能保證隨動輪62能夠重復(fù)地與凸輪61的凸輪曲線接觸配合工作即可。圖8所示的凸輪適用于三室并聯(lián)液相色譜泵實施例，其上升曲線611的升角θ =120°，下降曲線612對應(yīng)的角度為40°，過渡曲線613對應(yīng)的角度為200°。即在凸 輪圓周方向0° -120°范圍內(nèi)對應(yīng)上升曲線611，120° -160°范圍內(nèi)對應(yīng)下降曲線612， 160° -360°范圍內(nèi)對應(yīng)過渡曲線613。當(dāng)然在上升曲線611的升角θ為120°情況下，下 降曲線612對應(yīng)的角度不限于40°，下降曲線612對應(yīng)的角度在40° 440°范圍內(nèi)均是可 行的，當(dāng)下降曲線612對應(yīng)的角度為時，凸輪曲線便只具有上升曲線611和下降曲線 612，而沒有過渡曲線613。實際設(shè)計使用時，上升曲線611的升角θ為120°情況下，通常 下降曲線612對應(yīng)的角度在40° -60°范圍內(nèi)，過渡曲線613對應(yīng)的角度在200° -180° 范圍內(nèi)，并保證下降曲線612對應(yīng)的角度與過渡曲線613對應(yīng)的角度之和為。上述無論是圖4所示的凸輪中，還是圖8所示的凸輪中，為了減小液體壓力波動， 可根據(jù)具體情況在凸輪曲線的上升曲線對應(yīng)的角度為理論值(圖8中為120°，圖4中為 90° )前提下，提前廠-5°或滯后1° -5°，與該上升曲線相鄰的曲線所對應(yīng)的角度相應(yīng)地 滯后或提前1° "5°。上升曲線對應(yīng)的角度提前或滯后與在上升曲線兩端部設(shè)置修整曲線 是對應(yīng)的，也就是在上升曲線對應(yīng)的角度基礎(chǔ)上提前的角度或滯后的角度對應(yīng)于修整曲線 所占的角度。由圖8所示的凸輪、3套往復(fù)送液機構(gòu)及一個具有3個獨立泵室的泵頭55以及用 于驅(qū)動凸輪轉(zhuǎn)動的凸輪驅(qū)動機構(gòu)可共同組成三室并聯(lián)液相色譜泵。該三室并聯(lián)液相色譜泵9結(jié)構(gòu)與圖5所示的四室并聯(lián)液相色譜泵結(jié)構(gòu)不同之處僅在于其具有3套往復(fù)送液機構(gòu)， 其凸輪曲線中的上升曲線的升角為120°，其泵頭具有3個獨立泵室，其余相同部分不再贅 述。本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵中，往復(fù)送液機構(gòu)不限于4套，其數(shù)量為2套、3套、6套、 8套、10套均是可行的；但往復(fù)送液機構(gòu)的數(shù)量與凸輪曲線中的上升曲線的升角要滿足關(guān) 系式θ = 360° /n,以保證供液的連續(xù)性。下面對照說明本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵與現(xiàn)有的幾種類型的液相色譜泵設(shè)計上 的比較。一、流量一定時，各種類型的液相色譜泵的柱塞行程的比較假設(shè)每分鐘液體流量ν = lml/min，柱塞直徑D = 3. 175mm,凸輪轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/min， 求幾種泵的柱塞行程。按設(shè)計給定條件，單個柱塞橫截面面積=3.14159* (3. 175/2)2 = 7. 917 (mm) 2............推論 1泵每轉(zhuǎn)總排量=lml/min/20轉(zhuǎn) /min = 50 μ 1/ 轉(zhuǎn).........................推論2所有柱塞每轉(zhuǎn)總行程=50 μ 1/轉(zhuǎn)/7. 917 (讓)2 = 6. 315284mm/轉(zhuǎn)......推論3(一 )本發(fā)明中的四室并聯(lián)液相色譜泵實施例中的柱塞行程的設(shè)計計算如圖5所示，本發(fā)明的四室并聯(lián)液相色譜泵實施例中，凸輪曲線中上升曲線的升 角，即上升曲線所對應(yīng)的角度為90°，下降曲線的降角，下降曲線所對應(yīng)的角度為30°，過 渡曲線對應(yīng)的角度為，上升曲線的升程和下降曲線的降程的導(dǎo)程相同，過渡曲線的導(dǎo) 程為零。四室并聯(lián)液相色譜泵工作時，步進電機帶動凸輪61旋轉(zhuǎn)，通過圓錐臺形隨動輪62 依次推動4個柱塞推桿63帶動相應(yīng)的柱塞69往復(fù)勻速直線運動。因為上升曲線的升角為 90°，所以在凸輪61轉(zhuǎn)動一周的過程中，每時每刻都總有一個柱塞69往復(fù)勻速直線運動， 從而完成對系統(tǒng)所需流動相的連續(xù)精確供給。根據(jù)推論1、推論2、推論3，得每個柱塞每轉(zhuǎn)的行程=6. 315284mm/轉(zhuǎn)/4 = 1. 579mm/轉(zhuǎn)....結(jié)論1. 1( 二)本發(fā)明中的三室并聯(lián)液相色譜泵實施例中的柱塞行程的設(shè)計計算根據(jù)推論1、推論2、推論3，得每個柱塞每轉(zhuǎn)的行程=6. 315284mm/轉(zhuǎn)/3 = 2. 105mm/轉(zhuǎn)....結(jié)論1. 2(三)180°單凸輪并聯(lián)液相色譜泵(圖1)的柱塞行程的設(shè)計計算根據(jù)推論1、推論2、推論3，得每個柱塞每轉(zhuǎn)的行程=6. 315284mm/轉(zhuǎn)/2 = 3. 1576mm/轉(zhuǎn)....結(jié)論1. 3(四)120°單凸輪并聯(lián)液相色譜泵(圖2)的柱塞行程的設(shè)計計算根據(jù)推論1、推論2、推論3，得每個柱塞每轉(zhuǎn)的行程=6. 315284mm/轉(zhuǎn)/3 = 2. 1051mm/轉(zhuǎn)......結(jié)論1. 4(五)180°雙凸輪液相色譜泵(圖3)的柱塞行程的設(shè)計計算(1)180°雙凸輪并聯(lián)液相色譜泵的柱塞行程根據(jù)推論1、推論2、推論3，得每個柱塞每轉(zhuǎn)的行程=6. 315284mm/轉(zhuǎn)/2 = 3. 1576mm/轉(zhuǎn)....結(jié)論1. 5
(2)180°雙凸輪串聯(lián)液相色譜泵的柱塞行程根據(jù)推論1、推論2、推論3，得每個柱塞每轉(zhuǎn)的行程=6. 315284mm/轉(zhuǎn)/1 = 6. 315284mm/轉(zhuǎn)......結(jié)論1. 6小結(jié)根據(jù)結(jié)論1. 1、結(jié)論1. 2、結(jié)論1. 3、結(jié)論1. 4、結(jié)論1. 5、結(jié)論1. 6，不難看出，在流量一定時，本發(fā)明中的四室并聯(lián)液相色譜泵實施例的單個柱塞每轉(zhuǎn)的行程會明顯小于各傳統(tǒng) 類型的液相色譜泵中單個柱塞每轉(zhuǎn)的行程。正如前面所述柱塞泵頭之間的密封元件的使用壽命與柱塞的行程和動作頻率直 接相關(guān)。在排量相同時，本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵中的柱塞的行程小，可數(shù)倍提高并聯(lián)液相 色譜泵的使用壽命。換句話說本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵在使用壽命上與各種傳統(tǒng)類型的 并聯(lián)液相色譜泵相比，將占有絕對的優(yōu)勢。二、柱塞行程一定時，各種類型的液相色譜泵的流量設(shè)計的比較假設(shè)單個柱塞每轉(zhuǎn)的行程s = 3. 1576mm/轉(zhuǎn)，柱塞直徑D = 3. 175mm,凸輪轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/min，求幾種液相色譜泵的流量。按設(shè)計給定條件，柱塞橫截面積=3.14159* (3. 175/2)2 = 7. 917 (mm) 2.................推論 2. 1每個柱塞每轉(zhuǎn)的流量=3. 1576*7. 917 = 25 μ 1/轉(zhuǎn)..................推論2. 2每個柱塞每分鐘的流量=20轉(zhuǎn)/min*25 μ 1/轉(zhuǎn)=5ml/min.........推論2. 3(一 )本發(fā)明的三室并聯(lián)液相色譜泵實施例每分鐘流量的設(shè)計計算根據(jù)推論2. 1、推論2. 2、推論2. 3，得三室并聯(lián)液相色譜泵每分鐘的流量=3*5ml/min = 15ml/min........結(jié)論2. 1( 二)本發(fā)明的四室并聯(lián)液相色譜泵實施例每分鐘流量的設(shè)計計算根據(jù)推論2. 1、推論2. 2、推論2. 3，得四室并聯(lián)液相色譜泵每分鐘的流量=4*5ml/min = 20ml/min........結(jié)論2. 2(三)180°單凸輪并聯(lián)液相色譜泵(圖1)流量的設(shè)計計算根據(jù)推論2. 1、推論2. 2、推論2. 3，得180 °單凸輪并聯(lián)液相色譜泵每分鐘的流量=2*5ml/min = IOml/ min.......結(jié)論 2. 3(四)120°單凸輪并聯(lián)液相色譜泵(圖2)流量的設(shè)計計算根據(jù)推論2. 1、推論2. 2、推論2. 3，得120 °單凸輪并聯(lián)液相色譜泵每分鐘的流量=3*5ml/min = 15ml/ min.......結(jié)論 2. 4(五)180°雙凸輪液相色譜泵(圖3)流量的設(shè)計計算(1)180°雙凸輪并聯(lián)液相色譜泵的流量根據(jù)推論2. 1、推論2. 2、推論2. 3，得雙凸輪并聯(lián)泵20轉(zhuǎn)/min流量=2*5ml/min = 10ml/min.........結(jié)論2. 5(2)180°雙凸輪串聯(lián)液相色譜泵的流量
根據(jù)推論2. 1、推論2. 2、推論2. 3，得雙凸輪串聯(lián)泵20轉(zhuǎn)/min流量=l*5ml/min = 5ml/min..........結(jié)論2. 6小結(jié)根據(jù)結(jié)論2. 1、結(jié)論2. 2、結(jié)論2. 3、結(jié)論2. 4、結(jié)論2. 5、結(jié)論2. 6，不難看出，在柱塞行程一定時，本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵的供液量會明顯大于各傳統(tǒng)類型的并聯(lián)液相色譜 泵，這種在供液量上絕對的優(yōu)勢，會帶給液相色譜應(yīng)用領(lǐng)域更廣大的想象空間。綜上所述，本發(fā)明的并聯(lián)液相色譜泵給我們帶來的是全新的概念。端面凸輪在并 聯(lián)液相色譜泵中的應(yīng)用，使液相色譜泵的多室并聯(lián)集成到一個有限的空間，不僅減小了色 譜泵的體積，更主要的是大幅度降低了凸輪的設(shè)計難度，提高了液體壓力穩(wěn)定性。雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示 例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)?質(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神 和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán) 利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)液相色譜泵，包括具有凸輪軸(60)的凸輪(61)、泵頭(65)、至少兩套往復(fù) 送液機構(gòu)以及用于驅(qū)動所述凸輪(61)轉(zhuǎn)動的凸輪驅(qū)動機構(gòu)，所述泵頭(65)內(nèi)設(shè)有泵室、與 該泵室連通的進液孔和排液孔，所述每套往復(fù)送液機構(gòu)包括柱塞推桿(63)、固定連接在該 柱塞推桿(6 —端并與其同軸的柱塞(69)、轉(zhuǎn)動地安裝在所述柱塞推桿(6 另一端的隨 動輪(62)，所述柱塞(69)的另一端伸入所述泵頭(6 的泵室內(nèi)與之配合工作，所述隨動 輪(62)與所述凸輪(61)的凸輪曲線接觸配合工作，其特征在于所述凸輪(61)是端面凸 輪，其凸輪曲線設(shè)置在與具有凸輪軸(60)的端面相反的另一端面上，所述凸輪曲線包括能 將所述凸輪(61)的轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)換成所述柱塞(69)勻速直線運動的一條上升曲線和使所述 柱塞(69)回復(fù)原位的一條下降曲線，所述上升曲線和所述下降曲線的導(dǎo)程相同，均為r = 4v/n3iD2，所述上升曲線的升角θ = 360° /η，其中ν表示所述凸輪(61)轉(zhuǎn)動一周所述并 聯(lián)液相色譜泵的排量，D表示所述柱塞(69)的直徑，η表示柱塞(69)的數(shù)量，η為2_10之 間的整數(shù)；所述至少兩套往復(fù)送液機構(gòu)布置在所述凸輪的具有凸輪曲線的一側(cè)，并且在圓 周方向均勻布置，他們的中心線均平行于所述凸輪軸(60)的中心線；所述隨動輪(62)為圓 錐臺形，該隨動輪(62)的任意兩個橫截面的圓周長與相對應(yīng)位置的凸輪曲線的周長的比 值相等。
2.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)液相色譜泵，其特征在于所述曲線單元還包括連接所述 上升曲線和所述下降曲線的過渡曲線。
3.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)液相色譜泵，其特征在于所述凸輪曲線中的上升曲線的 兩端部分別設(shè)有修整曲線。
4.如權(quán)利要求3所述的并聯(lián)液相色譜泵，其特征在于所述凸輪曲線中相鄰的兩條曲 線的連接處設(shè)有圓滑過渡線。
5.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)液相色譜泵，其特征在于所述上升曲線為等螺距螺旋線； 所述下降曲線是等螺距螺旋線。
6.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)液相色譜泵，其特征在于所述往復(fù)送液機構(gòu)的數(shù)量為3 套；所述上升曲線的升角θ =120°，所述下降曲線對應(yīng)的角度為對0°。
7.如權(quán)利要求2所述的并聯(lián)液相色譜泵，其特征在于所述往復(fù)送液機構(gòu)的數(shù)量為3 套；所述上升曲線的升角θ =90°，所述下降曲線對應(yīng)的角度為40° -60°。
8.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)液相色譜泵，其特征在于所述往復(fù)送液機構(gòu)的數(shù)量為4 套；所述上升曲線的升角θ =90°，所述下降曲線對應(yīng)的角度為270°。
9.如權(quán)利要求2所述的并聯(lián)液相色譜泵，其特征在于所述往復(fù)送液機構(gòu)的數(shù)量為4 套；所述上升曲線的升角θ =90°，所述下降曲線對應(yīng)的角度為30° -55°。
10.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)液相色譜泵，其特征在于所述泵頭(65)的數(shù)量為一個， 其內(nèi)設(shè)有與往復(fù)送液機構(gòu)數(shù)量相同并相互獨立的泵室，每個泵室連通有一個進液孔和一個 排液孔；所述的至少兩個往復(fù)送液機構(gòu)中的至少兩個柱塞(69)分別伸入所述泵頭(65)內(nèi) 的相應(yīng)的泵室內(nèi)，與之配合工作。
11.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)液相色譜泵，其特征在于所述往復(fù)送液機構(gòu)中的柱塞推 桿(6 端部固定連接有一個插頭，該插頭包括兩個相對布置的插腳(631)，兩個插腳(631) 中間為用于容納所述隨動輪(62)的凹槽，所述隨動輪(62)的中心軸的兩端分別轉(zhuǎn)動地支 撐在兩個所述插腳(631)內(nèi)側(cè)，所述隨動輪(6 的中心軸(621)與所述柱塞推桿(63)的中心線之間的夾角β =90° -α/2, α是所述圓錐臺形隨動輪(62)的圓錐角。
12.如權(quán)利要求11所述的并聯(lián)液相色譜泵，其特征在于所述插腳(631)的凹槽的底 面與所述柱塞推桿(63)的中心線之間的夾角β =90° -α/2。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種并聯(lián)液相色譜泵，包括具有凸輪軸的凸輪、泵頭、至少兩套往復(fù)送液機構(gòu)以及凸輪驅(qū)動機構(gòu)。所述凸輪是端面凸輪，凸輪曲線包括1-5個曲線單元，每個曲線單元包括能將凸輪的轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)換成柱塞勻速直線運動的一條上升曲線和使柱塞回復(fù)原位的一條下降曲線。上升曲線和下降曲線的導(dǎo)程均為r＝4v/nπD2，上升曲線的升角θ＝360°/n，其中v表示凸輪轉(zhuǎn)動一周并聯(lián)液相色譜泵的排量，D表示柱塞的直徑，n表示柱塞的數(shù)量，n為2-10之間的整數(shù)。隨動輪為圓錐形，隨動輪的任意兩個橫截面的圓周長與相對應(yīng)位置的凸輪曲線的周長的比值相等。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計加工容易，液體壓力穩(wěn)定性好。
文檔編號G01N30/36GK102052275SQ200910209048
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者陸振宇 申請人:北京普析通用儀器有限責(zé)任公司