二维活塞泵
阅读说明：本技术 二维活塞泵 (Two-dimensional piston pump ) 是由 周承岗 于 2020-03-31 设计创作，主要内容包括：二维活塞泵,以嵌套结构的二维平面活塞机构取代一维直线活塞机构,使变容组合以较少的组件数量获得较多的作用数,在提高功率重量比的同时还可以减轻脉动,在此基础上,协同应来多种技术手段来提高综合性能——针对二维活塞的运动特点采用结构简单的偏心轮机构来传动,使结构更为简洁紧凑；以平衡分布复合结构来消除震动和减轻脉动,其中的连环式平衡分布复合结构还可以大幅降低配流装置的重复性,提高资源利用率；内部配流方式取代传统的配流方式,充分利用内部流体压力来改善配合面的密封效果；在变容组合的活动配合面设置磨损补偿倾斜角,提高设备使用寿命。总的来说,二维活塞泵具有结构简单、传动高效、工作平稳、使用寿命长等特点。(The two-dimensional piston pump replaces a one-dimensional linear piston mechanism with a two-dimensional planar piston mechanism in a nested structure, so that a variable volume combination obtains more action numbers with less components, the power-weight ratio is improved, and meanwhile, the pulsation can be reduced, on the basis, the comprehensive performance is improved by adopting a plurality of technical means in a synergistic manner, namely, an eccentric wheel mechanism with a simple structure is adopted for transmission aiming at the motion characteristics of a two-dimensional piston, so that the structure is more concise and compact; the vibration is eliminated and the pulsation is reduced by the balanced distribution composite structure, and the interlinked balanced distribution composite structure can also greatly reduce the repeatability of the flow distribution device and improve the resource utilization rate; the internal flow distribution mode replaces the traditional flow distribution mode, and the sealing effect of the matching surface is improved by fully utilizing the internal fluid pressure; and a wear compensation inclination angle is arranged on a movable matching surface of the variable volume combination, so that the service life of the equipment is prolonged. In general, the two-dimensional piston pump has the characteristics of simple structure, high transmission efficiency, stable work, long service life and the like.)
技术领域
本发明涉及一种活塞变容泵。
背景技术
往复泵主要类型主要有斜盘柱塞泵和径向柱塞泵等，通过活塞的往复运动改变工作腔的静压、容积来实现吸排功能，可以获得较大排压和流量，活塞和腔体的外形加工也较为简单，但本身也存在有待改进的地方，首先，同一个活塞只能沿着单一直线轨迹运动，由于结构所限一般是单作用，最多也只有正、反两个方向的双作用，通过增加缸筒-活塞变容组合数量来增加功率时，组件数量按相当比例增加，不利于功率重量比的提高；其次，为了使工作腔配合工作流程的转换而与高压、低压流体反复连通、断开，还需要有单向阀、配流盘、配流轴等配流装置，单向阀寿命较短，有滞后性，而且一个活塞对应一组进口、出口和阀门，机构重复性严重，配流盘和配流轴设置在工作腔之外，不能利用泵腔内流体的压力来增加配合面的密封效果和实现配合面磨损补偿，配流盘的使用还需要有外部压紧装置，增加了结构的复杂性；再次，单作用结构中需要在不同的方向分别对活塞施加做功推力和复位拉力，复运动机构与活塞的连接结构不够简洁紧凑。
发明内容
本发明的目的是提供一种活塞泵，以嵌套结构的二维平面活塞机构取代一维直线活塞机构，使变容组合以较少的组件数量获得较多的作用数，在提高功率重量比的同时还可以减轻脉动，在此基础上，协同应来多种技术手段来提高综合性能——针对二维活塞的运动特点采用结构简单的偏心轮机构来传动，使结构更为简洁紧凑；以平衡分布复合结构来消除震动和减轻脉动，其中的连环式平衡分布复合结构还可以大幅降低配流装置的重复性，提高资源利用率；内部配流方式取代传统的配流方式，充分利用内部流体压力来改善配合面的密封效果；在变容组合的活动配合面设置磨损补偿倾斜角，提高设备使用寿命。
本发明的活塞机构为二维平面运动活塞机构，其中包括缸筒、外塞和内塞；缸筒固定安装，外塞以缸筒为轨道往复运动；外塞同时也是内塞的轨道，内塞相对于外塞往复运动，运动方向与外塞相对于缸筒的运动方向不同。
本发明的驱动装置中带有偏心轮传动机构；偏心轮驱动内塞，内塞带动外塞，或者偏心轮直接作为内塞来驱动外塞；偏心轮由系统自带动力装置或外部动力装置来驱动。
本发明有磁体或线圈与缸筒、外塞和内塞固定连接，可以直接以电磁感应方式驱动外塞和内塞运动。
本发明具有复合结构，有两个或两个以上的二维活塞机构单元平衡分布。
本发明有多个二维活塞机构单元连环分布，它们的缸筒简化成一个公共的环形结构，相邻的结构单元动作对称，有共用的配流装置，还有公共的中心配流装置或外周配流装置。
本发明的配流装置包括在变容空间内转动工作的内配流盘，有同步装置使内配流盘配合内塞和外塞的行程来周期性连接或断开高压区或低压区。
本发明的外塞与内塞之间，外塞与缸筒之间，或者内塞、外塞的端面与缸筒的端板之间，设置有滚子来降低摩擦阻力。
本发明的外塞与内塞之间或外塞与缸筒之间的活动配合面为平面，有磨损补偿倾斜角，相互可以通过在垂直于运动平面的方向相对移动来进行磨损补偿，或者，为了提高刚性或便于密封，活动配合面做成弧面。
本发明的运动组件采用轻型材料制作或具有加强筋减重结构，或者，设置有减重孔或配重块来减轻偏重程度，可以减轻偏心运动和往复运动惯性的不良影响。
本发明带有智能控制装置。
附图说明
图1是单体结构轴向视图；
图2是单体结构径向视图；
图3是同轴平衡分布复合结构径向视图；
图4是连环平衡分布复合结构轴向视图；
图5配合面为弧面的实施例。
具体实施方式
本发明的活塞机构为二维平面运动活塞机构，其中包括缸筒、外塞和内塞；缸筒固定安装，外塞以缸筒为轨道往复运动；外塞同时也是内塞的轨道，内塞相对于外塞往复运动，运动方向与外塞相对于缸筒的运动方向不同。参照图1和图2，缸筒1的两端与底板12和端盖13固定连接；外塞2可以在缸筒1、底板12和端盖13构成的密闭变容空间内沿X轴做直线往复运动，构成双作用活塞机构；内塞3可以在外塞2、缸筒1、底板12和端盖13构成的密闭变容空间内沿Y轴做直线往复运动，也构成双作用活塞机构；外塞2既是活塞又是内塞3的轨道，内塞3和外塞2在二维平面上有不同的运动方向。驱动装置包括偏心轮机构，内塞3通过轴套4或滚子轴承与偏心轮11转动连接，偏心轮11与中轴10转动连接；动力装置为电机或别的类型装置，系统自带或来自外部，从中轴10输入转矩来驱动偏心轮11；偏心轮11连续转动时可以驱动内塞3平转而相对于外塞2往复运动，同时，内塞3也带动外塞2内相对于缸筒1在另一个方向往复运动。在内塞3和外塞2工作的变容空间内的底板12上，都设置有入口7和出口9，以及通过轴8与底板12转动连接的配流盘6，配流盘6上与设置有缺口或通孔可以与入口7或出口9周期性在轴向对齐；轴8和中轴10通过带轮15、带轮17和同步带16组成的同步机构保持恒定转速比，例如本实施例的1:1，使配流盘6可以在转动中配合内塞3和外塞2的工作行程开启或关闭入口7或出口9；前述内部配流结构也可以采用单向阀配流、轴配流、外部配流盘等方案代替或者混合使用；以不可压缩流体作为工质时，变容空间内设置有空气包14来避免行程转换时入口7和出口9都关闭造成的冲击，同时还可以减轻输出脉动。一级嵌套的二维活塞机构，最大作用数是单个双向活塞机构的两倍，而组件数量并不需要按相同比例增加，只要空间允许，二维活塞机构也可以有更多的嵌套级数，在内塞3里边再增加内塞。底板12和端盖13作为结构件，同时也作为端板参与构成变容空间，使整体结构更为简洁，为了在多单元复合结构中便于模块化组装，或者出于某种功能的需要，也可以采用专门的端板。在需要往复运动速度不相同的应用中，外塞2相对于缸筒1和内塞3相对于外塞2的运动轨迹也可以是曲线。
本发明的驱动装置中带有偏心轮传动机构；偏心轮驱动内塞，内塞带动外塞，或者偏心轮直接作为内塞来驱动外塞；偏心轮由系统自带动力装置或外部动力装置来驱动。参照图1和图2，驱动装置包括偏心轮机构，内塞3通过轴套4或滚子轴承与偏心轮11转动连接，偏心轮11与中轴10转动连接；动力装置为电机或别的类型装置，来自外部或系统自带，从中轴10输入转矩来驱动偏心轮11；偏心轮11连续转动时可以驱动内塞3平转而相对于外塞2往复运动，同时，塞3也带动外塞2内相对于缸筒1往复运动。
本发明有磁体或线圈与缸筒、外塞和内塞固定连接，可以直接以电磁感应方式驱动外塞和内塞运动。图1实施例的也可以改换成采用磁电感应的方式来驱动——在缸筒1和外塞2上分别固定安装有磁体和线圈，安装方位也可以反过来，通过电磁感应方式驱动外塞相对于缸筒运动，以同样的方法驱动内塞3相对于外塞2运动。
本发明带具有复合结构，有两个或两个以上的二维活塞机构单元平衡分布。如图3，偏心轮18与中轴22固定连接，可以驱动内塞19在外塞20内运动，内塞19在运动时带动外塞20在缸筒21内运动，缸筒21与两端的底板24和端板固定连接；两套这样的单元结构在公共的底板24两侧平衡分布，动作对称；单元结构可以在轴向排列，也可以在径向分布。
本发明有多个二维活塞机构单元连环分布，它们的缸筒简化成一个公共的环形结构，相邻的结构单元动作对称，有共用的配流装置，还有公共的中心配流装置或外周配流装置。如图4所示，内环42和外环43固定在底板30上，形成一个环形的通道；有多组包括外塞35和内塞36在内的单元结构在通道里连环平衡分布，各自有独立的偏心轮38来驱动；相邻单元动态对称分布——用直线连接两个偏心轮38的中轴39的中心，连线中点的垂线经过中轴40的中心，彼此的外塞35、内塞36分别以该垂线为对称轴来设置，并且在运动中保持对称；相邻单元之间在环向有共用的配流装置，包括配流盘31、轴33、入口32和出口34；在另一个运动方向上的作用也有公共的配流装置中心配流装置和外周配流装置，共享范围不限于相邻单元，工作相位相同的作用都可以共享。
本发明的配流装置包括在变容空间内转动工作的内配流盘，有同步装置使内配流盘配合内塞和外塞的行程来周期性连接或断开高压区或低压区。参照图1和图2，在内塞3和外塞2所在的变容空间内的底板12上，都设置有入口7和出口9，以及通过轴8与底板12转动连接的配流盘6，配流盘6上与设置有缺口或通孔可以与入口7或出口9周期性在轴向对齐；轴8和中轴10通过带轮15、带轮17和同步带16组成的传动机构保持恒定转速比，例如本实施例的1:1，使配流盘6可以在转动中配合内塞3和外塞2的工作行程开启或关闭入口7或出口9，使变容空间周期性连接或断开高压区或低压区。内部配流方式可以不需要专门的压紧装置，充分利用内部流体的向外压力来改善配合面的密封效果，配合面磨损可以自动补偿。
本发明的外塞与内塞之间，外塞与缸筒之间，或者内塞、外塞的端面与缸筒的端板之间，设置有滚子来降低摩擦阻力。参照图1和图2，外塞2与内塞3之间设置有滚子5来降低摩擦阻力，外塞2与缸筒1之间，内塞3和外塞2的上、下端面与端板13和底座12之间，也可以设置有这样的滚子结构来降低摩擦阻力。
本发明的外塞与内塞之间或外塞与缸筒之间的活动配合面为平面，有磨损补偿倾斜角，相互可以通过在垂直于运动平面的方向相对移动来进行磨损补偿，或者，为了提高刚性或便于密封，活动配合面做成弧面。参照图2，外塞2与内塞3之间的活动配合面为平面，与中轴10之间不平行，交角即为磨损补偿倾斜角，相互可以通过在垂直于运动平面的方向相对移动来进行磨损补偿，外塞2与缸筒1之间也可以采用这样的配合方式。参照图5，外塞45和内塞46的活动配合面做成弧面，可以提高结构刚性，密封起来更为方便，外塞2与缸筒1之间也可以采用同样的配合方式。
本发明的运动组件采用轻型材料制作或具有加强筋减重结构，或者，设置有减重孔或配重块来减轻偏重程度，可以减轻偏心运动和往复运动惯性的不良影响。参照图1，外塞2、内塞3和偏心轮11等运动组件采用高强度轻型复合材料制作或具有加强筋减重结构，或者，在偏心轮11设置有不对称的减重孔或配重块来减轻偏重程度，可以减轻偏心运动和往复运动惯性造成的震动、受力不平衡、耗能大等不良影响。
本发明带有智能控制系统，包括传感器、电控单元或执行元件在内，可以实现对电机转速、流体压力、输出流量、内部温度、噪音、磨损量、泄露量或运行时间等指标进行监测或进行智能控制。
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