柱塞泵组及配流方法与流程

本发明属于液压系统中的动力元件领域，特别涉及柱塞泵组及配流方法。

背景技术：

柱塞泵是液压系统中的一个重要装置，其依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸液和压液。柱塞泵其具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，因而被广泛应用在高压、大流量和流量需要调节的场合，但是，现有的柱塞泵工作过程的流量脉动较大，容易引起压力脉动、振动及噪声，影响液压系统的性能、寿命及可靠性。

例如，中国发明专利申请cn201810118795.4公开了一种机动阀配流的径向柱塞泵(结构如图1所示)及其配流方法。

该泵的配流机构为两个机动阀，外壳由空心轴原动机直接驱动旋转，在外壳特定内曲面与弹簧共同作用下，两阀芯及两柱塞间协调动作，实现液压泵吸入或压出工作介质。该泵具有如下特征：(1)双向工作，电机变换转向，进出口互换；(2)电机停止(外壳停止转动)，进出口切断；(3)吸入和压出工作介质相互独立，即吸入过程时，不压出工作介质；压出过程时，不吸入工作介质，且电机每旋转一周，泵吸压工作介质各两次，其吸入和输出瞬时流量方程可表示为：吸入或压出流量：qsh＝-2υps＝-2r'(θ)ωs，s为柱塞截面面积，qsh为正时表示压出工作介质；为零时，不吸不压，处于密封区；为负时，表示吸入工作介质。

电机转速：ω＝2πnrad/s，其中n＝1000rpm；

柱塞运动速度：υp＝r'(θ)ω

其输出瞬时流量曲线如图2所示。对于单个径向柱塞泵，最大值设为1，则其最小值为0，此时的流量脉动率为9.426。

该泵的双柱塞同时作用，吸入与压出不同时，其作用时单机动阀配流的径向柱塞泵，其流量脉动大，从而导致压力脉动、振动及噪声，影响系统的性能、寿命及可靠性。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本发明要解决的技术问题是，提供的柱塞泵组及配流方法，该柱塞泵组可以降低流量脉动和压力脉动，同时可降低柱塞泵的振动和噪声，显著改善柱塞泵的工作性能，延长装置使用寿命。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种柱塞泵组，包括壳体和泵组机构，所述壳体外壁的上、下表面分别安装有液压接头，所述壳体内壁的上、下表面分别安装有流道板，所述流道板的流道与其相邻的液压接头连通；

所述泵组机构安装于两个流道板间的空腔内，所述泵组机构包括安装于两个流道板间空腔内的定轴轮系和多个泵芯，所述定轴轮系包括内齿圈，安装于所述内齿圈内且与所述内齿圈同轴设置的中心轮，以及安装于所述内齿圈和所述中心轮间且与二者同时啮合的齿轮，各齿轮绕所述中心轮的轮轴周向均匀分布，所述中心轮的轮轴固定安装于所述中心轮中轴线上，所述齿轮与所述泵芯一一对应设置，所述泵芯套设于所述齿轮内；

所述泵芯包括固定连接所述流道板的泵芯壳体、一个柱塞组件和两个配流阀组件；所述柱塞组件包括套设于所述泵芯壳体外且可绕所述泵芯壳体转动的柱塞外圈，以及缸体固定安装于所述泵芯壳体内的柱塞缸，所述柱塞缸沿所述柱塞外圈径向设置，所述柱塞缸的内腔两端各安装有一个柱塞，两个柱塞之间通过弹簧相连，所述泵芯壳体对应两个柱塞开设有柱塞出口，两个柱塞分别自其对应的柱塞出口穿出，并在弹簧弹力的作用下抵接于所述柱塞外圈内壁；所述配流阀组件包括套设于所述泵芯壳体外且可绕所述泵芯壳体转动的配流阀外圈，以及外壁固定安装于所述泵芯壳体内的阀体，所述阀体沿所述配流阀外圈径向设置，所述泵芯壳体对应阀体的阀芯开设有阀芯出口，所述阀芯自所述阀芯出口穿出，且在配流阀弹簧弹力的作用下抵接所述配流阀外圈内壁；所述泵芯壳体设有连通所述阀体阀口和与其相邻的流道板的流道的第一通孔，所述泵芯壳体设有连通所述柱塞缸内腔和所述阀体内腔的第二通孔，两个配流阀组件彼此中心对称并将柱塞组件夹在中间，以使所述柱塞缸内腔可以分别通过其两端配流阀组件的阀口与其相邻的流道板的流道连通；所述柱塞外圈和两个配流阀外圈同轴设置且均与所述齿轮内壁固定连接，所述齿轮转动过程中，所述配流阀外圈内壁与所述阀芯间的接触曲线，以及所述柱塞外圈与所述柱塞间的接触曲线均为平滑过渡的闭合变径曲线。

作为优选，所述泵芯设为奇数个。

作为优选，所述柱塞泵组还包括用于带动所述定轴轮系转动的原动机。

作为优选，所述原动机包括设于所述壳体外的转动电机，所述壳体设有用于穿设所述中心轮的轮轴轴孔，所述轮轴的一端自所述轴孔穿出壳体且传动连接所述转动电机的转轴。

作为优选，所述轴孔可设于所述壳体的上表面或下表面，所述壳体内壁的上、下表面分别安装有一个与所述轮轴适配的第一轴承，其中一个第一轴承安装在所述轴孔上，所述轮轴的一端依次穿出一个第一轴承和与其相邻的轴孔，另一端位于所述壳体内且与另一个第一轴承相连。

作为优选，所述原动机也可设为包括转动电机和与所述转动电机的转轴同轴设置且固定连接的转盘，所述转盘位于所述壳体内，所述转盘与所述内齿圈同轴设置且固定连接所述内齿圈。所述转盘可销连接所述内齿圈。

作为优选，所述配流阀外圈内壁与所述阀芯间的接触曲线由两种不同弧度的曲线段间隔相接构成，且相同弧度的曲线段相对于所述配流阀外圈轴向中心线对称设置；所述柱塞外圈与所述柱塞间的接触曲线由两种不同弧度的曲线段间隔相接构成，且相同弧度的曲线段相对于所述柱塞外圈轴向中心线对称设置。

作为优选，所述壳体包括可拆分的上半壳体和下半壳体，所述上半壳体和下半壳体对接形成用于安装所述泵组机构的腔体，两个所述液压接头分别安装于所述上半壳体外壁上表面和所述下半壳体外壁下表面，两个所述流道板分别安装于所述上半壳体内壁下表面和所述下半壳体内壁上表面；所述泵芯壳体由可拆分的两个半泵芯壳体对接构成。

作为优选，所述上半壳体和下半壳体之间通过内螺栓固定连接；两个所述半泵芯壳体之间通过螺栓固定连接；所述柱塞外圈销连接两个配流阀外圈，所述柱塞外圈和所述配流阀外圈的外壁均销连接所述齿轮内壁，所述轮轴键连接所述中心轮的轴孔。

作为优选，所述壳体内壁与流道板之间安装有流道盖板；所述壳体内壁与所述内齿圈外壁之间安装有垫片；所述配流阀组件的阀口与其连通的流道板之间通过o型圈实现端面密封；所述配流阀组件的阀体与阀芯之间通过格莱圈密封，所述的格莱圈通过格莱圈盖板固定。

作为优选，所述泵组机构通过第二轴承连接所述流道板，所述第二轴承与所述配流阀外圈一一对应设置，所述第二轴承的轴承内圈与所述流道板和所述泵芯外壳固定连接，所述第二轴承的轴承外圈固定连接所述配流阀外圈。

本发明还公开了采用上述柱塞泵组的一种配流方法：将两个液压接头分别接入液压系统中，驱动所述轮轴转动以带动所述定轴轮系的中心轮及各齿轮定轴转动，各齿轮转动可以带动与其内壁固定连接的柱塞外圈和配流阀外圈同步转动；在配流阀外圈转动过程中，由于所述配流阀外圈内壁与所述阀芯间的接触曲线的变径作用，阀芯在克服配流阀弹簧弹力向阀体内运动和在配流阀弹簧弹力作用下向阀体外运动之间不断周期往复循环，其中阀芯向阀体内运动时配流阀组件处于开启状态、阀芯向阀体外运动时配流阀组件逐渐关闭，由于两个配流阀组件彼此中心对称，使两个配流阀组件交替处于开启状态；在柱塞外圈内壁曲线的作用下，柱塞在克服弹簧弹力向柱塞缸内运动和在弹簧弹力作用下向柱塞缸外运动之间不断周期往复循环，柱塞向柱塞缸内运动时柱塞缸内腔容积减小，压力增加，可以将流体从开启的配流阀组件压出，从各个泵芯压出的流体经流道板内的流道和液压接头流出，柱塞向柱塞缸外运动时柱塞缸内腔容积增加，压力减小，可以通过开启的配流阀组件将流体经液压接头和流道板内的流道吸入各泵芯。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：提供了柱塞泵组及配流方法，通过多个单径向柱塞泵的配合达到减小流量脉动的效果，同时也保持了原有单个泵的功能，如能双向工作和具备状态自保持功能。有效减小了原来单个柱塞泵因体积变化带来的流量脉动和压力脉动，同时降低了柱塞泵的振动和噪声，显著改善了泵的工作性能，延长了其工作寿命，特别适用于要求结构紧凑，工作环境、条件(如环境压力)的变化对配流阀的性能影响大，对能耗、状态保持要求苛刻的应用领域，如深海、太空等。

附图说明

图1是现有机动阀配流径向柱塞泵的结构示意图；

图2是现有机动阀配流径向柱塞泵的瞬时流量特性曲线；

图3是实施例的柱塞泵组的定轴轮系的结构示意图；

图4是实施例的柱塞泵组的结构示意图；

图5是实施例的柱塞泵组中单个齿轮的内部流道细节图；

图6是实施例的柱塞泵组中单个齿轮内柱塞组件的横截面示意图；

图7是实施例的柱塞泵组的瞬时流量特性曲线。

以上个图中：1-壳体，11-液压接头，12-流道板，13-轴孔，14-上半壳体，15-下半壳体，16-流道盖板，17-垫片，18-o型圈，19-格莱圈，191-格莱圈盖板，2-泵芯，21-泵芯壳体，211-柱塞出口，212-阀芯出口，213-第一通孔，214-第二通孔，215-半泵芯壳体，22-柱塞组件，221-柱塞外圈，222-柱塞缸，223-柱塞，224-弹簧，23-配流阀组件，231-配流阀外圈，232-阀体，233-阀芯，234-配流阀弹簧，235-阀口，3-定轴轮系，31-内齿圈，32-中心轮，321-轮轴，33-齿轮，4-第一轴承,5-第二轴承,51-轴承内圈，52-轴承外圈。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例：

如图3至图6所示，一种柱塞泵组，包括壳体1和泵组机构，所述壳体1外壁的上、下表面分别安装有液压接头11，所述壳体1内壁的上、下表面分别安装有流道板12，所述流道板12的流道与其相邻的液压接头11连通；

所述泵组机构安装于两个流道板12间的空腔内，所述泵组机构包括安装于两个流道板12间空腔内的定轴轮系3和多个泵芯2，所述定轴轮系3包括内齿圈31，安装于所述内齿圈31内且与所述内齿圈31同轴设置的中心轮32，以及安装于所述内齿圈31和所述中心轮32间且与二者同时啮合的齿轮33，各齿轮33绕所述中心轮32的轮轴321周向均匀分布，所述中心轮32的轮轴321固定安装于所述中心轮32中轴线上，所述齿轮33与所述泵芯2一一对应设置，所述泵芯2套设于所述齿轮33内；

所述泵芯2包括固定连接所述流道板12的泵芯壳体21、一个柱塞组件22和两个配流阀组件23；所述柱塞组件22包括套设于所述泵芯壳体21外且可绕所述泵芯壳体21转动的柱塞外圈221，以及缸体固定安装于所述泵芯壳体21内的柱塞缸222，所述柱塞缸222沿所述柱塞外圈221径向设置，所述柱塞缸222的内腔两端各安装有一个柱塞223，两个柱塞223之间通过弹簧224相连，所述泵芯壳体21对应两个柱塞224开设有柱塞出口211，两个柱塞224分别自其对应的柱塞出口211穿出，并在弹簧224弹力的作用下抵接于所述柱塞外圈221内壁；所述配流阀组件23包括套设于所述泵芯壳体21外且可绕所述泵芯壳体21转动的配流阀外圈231，以及固定安装于所述泵芯壳体21内的阀体232，所述阀体232沿所述配流阀外圈231径向设置，所述泵芯壳体21对应阀体232的阀芯233开设有阀芯出口212，所述阀芯233自所述阀芯出口212穿出，且在配流阀弹簧234弹力的作用下抵接所述配流阀外圈231内壁；所述泵芯壳体21设有连通所述阀体的阀口235和与其相邻的流道板12的流道的第一通孔213，所述泵芯壳体21设有连通所述柱塞缸222内腔和所述阀体232内腔的第二通孔214，两个配流阀组件23彼此中心对称并将柱塞组件22夹在中间(本实施例中所说的中心对称是指将对象之一沿轴向旋转180°后可以与另一对象完全重合或镜像对称)，以使柱塞缸222内腔可以分别通过其两端配流阀组件231的阀口与其相邻的流道板12的流道连通；所述柱塞外圈221和两个配流阀外圈231同轴设置且均与所述齿轮33内壁固定连接，所述齿轮33转动过程中，所述配流阀外圈231内壁与所述阀芯233间的接触曲线，以及所述柱塞外圈221与所述柱塞223间的接触曲线均为平滑过渡的闭合变径曲线。

采用上述柱塞泵组的一种配流方法：将两个液压接头11分别接入液压系统中，驱动所述轮轴321转动以带动所述定轴轮系3的中心轮32及各齿轮33定轴转动，各齿轮33转动可以带动与其内壁固定连接的柱塞外圈221和配流阀外圈231同步转动；在配流阀外圈231转动过程中，由于所述配流阀外圈231内壁与所述阀芯233间的接触曲线的变径作用，阀芯233在克服配流阀弹簧234弹力向阀体232内运动和在配流阀弹簧234弹力作用下向阀体232外运动之间不断周期往复循环，其中阀芯233向阀体232内运动时配流阀组件23处于开启状态、阀芯233向阀体232外运动时配流阀组件23逐渐关闭，由于两个配流阀组件23彼此中心对称，使两个配流阀组件23交替处于开启状态；在柱塞外圈221内壁曲线的作用下，柱塞223在克服弹簧224弹力向柱塞缸222内运动和在弹簧224弹力作用下向柱塞缸222外运动之间不断周期往复循环，柱塞223向柱塞缸222内运动时柱塞缸222内腔容积减小，压力增加，可以将流体从开启的配流阀组件23压出，从各个泵芯2压出的流体经流道板12内的流道和液压接头11流出，柱塞223向柱塞缸222外运动时柱塞缸222内腔容积增加，压力减小，可以通过开启的配流阀组件23将流体经液压接头11和流道板12内的流道吸入各泵芯2。

受n个齿轮33驱动的n个泵芯2的柱塞组件22与径向成2π/n(如第一柱塞组件夹角为0，第二成2π/n，第三成4π/n…….)，且沿轮轴321轴向均布。

当有2个泵芯2周向布置时，本实施例的柱塞泵组的瞬时流量为

qsh＝qsh(θ)+qsh(θ-π)；

3个泵芯2周向布置时，本实施例的柱塞泵组的瞬时流量为

4个泵芯2周向布置时，本实施例的柱塞泵组的瞬时流量为

5个泵芯2周向布置时，本实施例的柱塞泵组的瞬时流量为

以此类推，n个柱塞泵周向布置时的瞬时流量为：

以下选取n＝7时为例，在不考虑泄露的情况下，本实施例的柱塞泵组的进口流量和出口流量的大小是相同的，因此本实施例的柱塞泵组的瞬时流量为同一时刻所有处于吸入状态的泵芯2的流量和所有处于压出状态的泵芯2的流量累加之和。

由于n个齿轮驱动的单径向柱塞泵的柱塞组件与径向所成角度为2π/n，图7作出了n＝7时泵组的瞬时流量特性曲线，计算得流量脉动率为0.762。从图7可以看出，此时流量脉动显著减小。同理可得，其他的n值，也可以使得系统的流量脉动降低。

从上述分析可知，本实施例的柱塞泵组及配流方法，通过多个单径向柱塞泵的配合达到减小流量脉动的效果，同时也保持了原有单个泵的功能，如能双向工作和具备状态自保持功能。有效减小了原来单个柱塞泵因体积变化带来的流量脉动和压力脉动，同时降低了柱塞泵的振动和噪声，显著改善了泵的工作性能，延长了其工作寿命，特别适用于要求结构紧凑，工作环境、条件(如环境压力)的变化对配流阀的性能影响大，对能耗、状态保持要求苛刻的应用领域，如深海、太空等。

具体的，所述泵芯2设为奇数个。相较于设置偶数个泵芯2，泵芯2设为奇数个可更好的减小流量脉动和压力脉动。

具体的，所述液压接头11为快速液压接头。

具体的，所述柱塞泵组还包括用于带动所述定轴轮系3转动的原动机。

具体的，所述原动机包括设于所述壳体1外的转动电机，所述壳体1设有用于穿设所述中心轮32的轮轴321轴孔13，所述轮轴321的一端自所述轴孔13穿出壳体1且传动连接所述转动电机的转轴。

具体的，所述轴孔13可设于所述壳体1的上表面或下表面，所述壳体1内壁的上、下表面分别安装有与一个与所述轮轴321适配的第一轴承4，其中一个第一轴承4安装在所述轴孔13上，所述轮轴321的一端依次穿出一个第一轴承4和与其相邻的轴孔13，另一端位于所述壳体1内且与另一个第一轴承4相连。

除了上述原动机设置方式外，所述原动机也可设为包括转动电机和与所述转动电机的转轴同轴设置且固定连接的转盘，所述转盘位于所述壳体1内，所述转盘与所述内齿圈31同轴设置且固定连接所述内齿圈31。

具体的，所述转盘可采用销连接等固定连接方式与所述内齿圈13连接。

具体的，各齿轮33相对于所述中心轮32的轮轴321中轴线对称设置。

具体的，所述配流阀外圈231内壁与所述阀芯233间的接触曲线由两种不同弧度的曲线段间隔相接构成，且相同弧度的曲线段相对于所述配流阀外圈231轴向中心线对称设置；所述柱塞外圈221与所述柱塞223间的的接触曲线由两种不同弧度的曲线段间隔相接构成，且相同弧度的曲线段相对于所述柱塞外圈221轴向中心线对称设置。

例如，本实施例采用可类似于中国专利cn2018101187954中柱塞组件和配流阀组件的设置方式，所述柱塞外圈的内壁曲线分为四个曲线段，相对的两个曲线段彼此中心对称且弧度相等，相邻两个曲线段弧度不相等；所述配流阀外圈的内壁曲线分为四个曲线段，相对的两个曲线段彼此中心对称且弧度相等，相邻两个曲线段弧度不相等。

具体的，所述壳体1包括可拆分的上半壳体14和下半壳体15，所述上半壳体14和下半壳体15对接形成用于安装所述泵组机构的腔体，两个所述液压接头11分别安装于所述上半壳体14外壁上表面和所述下半壳体15外壁下表面，两个所述流道板12分别安装于所述上半壳体14内壁下表面和所述下半壳体15内壁上表面；所述泵芯壳体21由可拆分的两个半泵芯壳体215对接构成。采用可拆分的壳体1和泵芯壳体215可以更加方便柱塞泵拼装和检修。

具体的，所述上半壳体14和下半壳体15之间通过内六角螺栓固定连接；两个所述半泵芯壳体215之间通过圆头螺栓固定连接；所述柱塞外圈221销连接两个配流阀外圈231，所述柱塞外圈221和所述配流阀外圈231的外壁均销连接所述齿轮33内壁，所述轮轴321键连接所述中心轮32的轴孔。

具体的，所述壳体1内壁与流道板12之间安装有流道盖板16；所述壳体1内壁与所述内齿圈31外壁之间安装有用于减少二者间摩擦的垫片17；所述配流阀组件23的阀口235与其连通的流道板12之间通过o型圈18实现端面密封；所述配流阀组件23的阀体232与阀芯233之间通过格莱圈19密封，所述的格莱圈19通过格莱圈盖板191固定。

具体的，所述泵组机构通过第二轴承5连接所述流道板12，所述第二轴承5与所述配流阀外圈231一一对应设置，所述第二轴承5的轴承内圈51与所述流道板12和所述泵芯外壳21固定连接，所述第二轴承的轴承外圈52固定连接所述配流阀外圈231。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。