[发明专利]基于音圈电机原理驱动的高精度柱塞泵

说明书

本发明涉及一种音圈电机驱动的高精度柱塞泵，包括：泵前盖、电机支架、泵体、软铁外壳、线圈支架、泵主轴、排油单向阀、柱塞盘、缸体、油箱、吸油单向阀、泵后盖、标尺光栅、定位螺母、垫圈、连接板、光栅尺读数头、线圈、永磁体、软铁芯。所述柱塞泵中，泵后盖、泵体、泵前盖组成泵的外壳，用于支撑泵的内部结构；电机支架、软铁外壳、线圈支架、线圈、永磁体、软铁芯、标尺光栅和光栅尺读数头组成泵的音圈电机驱动单元，负责柱塞泵的驱动和柱塞行程测量；泵主轴、柱塞盘、缸体、定位螺母、垫圈组成泵的液压单元，负责跟随驱动电机，完成柱塞泵的吸油和压油工作。本发明具有整体性强，流量稳定，排量调节精确，响应速度快等特点。

技术领域

本发明涉及变量柱塞泵，特别是一种基于音圈电机原理驱动的高精度柱塞泵，属于液压工程机械领域。

背景技术

随着国民经济的发展，作为主要施工设备的工程机械在国家经济建设中发挥着越来越重要的作用，而液压系统依靠其安全性能优越、结构小、响应快、驱动力大的特点，在推崇机电液一体化的工程机械中牢牢占据着核心位置。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油，其中动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，为后续的液压设备提供动力，作为一个液压系统的起始点，动力元件的性能和效率决定了整个液压系统的工作能力。

在液压动力系统中，动力元件由形式各异的液压泵组成，而柱塞泵是液压泵的一种基本结构形式，由于其额定压力高、效率较高、转速快、排量可调，因此被广泛应用于各种高压、大流量的场合，诸如液压机、起重设备和船舶等领域。柱塞泵的基本原理是利用柱塞在缸体油腔内的往复运动，造成液压油工作腔容积变化，完成吸油和压油，实现液压能的转化和输出。但随着工程机械领域的技术革新，液压系统的工作场合越来越复杂，液压泵需要更高的效率、更好的稳定性、更精确排量调节和更快的响应速度，原有的柱塞泵结构开始出现一定的局限性。

传统的柱塞泵需要依靠旋转电机作为驱动单元提供机械能，但柱塞泵工作时柱塞为直线往复运动，而电机输出轴为旋转运动，因此需要加入一定的机构将电机输出轴的旋转运动转换为柱塞的直线往复运动。最早的解决办法为凸轮传动，柱塞泵主轴带动凸轮的旋转，利用凸轮机构的偏心运动推动柱塞在油腔内进行往复运动，因为凸轮结构的不稳定性，这种结构的柱塞泵传动精度低，重载状态下容易造成振动，而且无法随时根据工作需求进行泵流量的调节。

为了解决上述问题，工程技术人员对柱塞泵的结构进行了改进，设计出了斜盘式柱塞泵，斜盘式柱塞泵不再使用凸轮机构的偏心结构带动柱塞进行往复运动，而是将吸油和压油的任务分摊到多个油腔和柱塞上，柱塞一端插入油腔，一端通过滑靴连接在倾斜放置的圆盘上，多个柱塞在斜盘端面的圆周上环绕分布，柱塞可以通过滑靴在斜盘端面上运动。泵工作时柱塞跟随主轴旋转，利用斜盘的倾斜使得柱塞旋转时相对于缸体的油孔做直线往复移动，达到吸油和压油的目的。这种斜盘式柱塞泵稳定性更高，使用同心的旋转运动减少了凸轮传动过程中的振动，并且可以通过调整斜盘的斜度来改变柱塞的行程，从而改变泵的流量。但是斜盘式柱塞泵的特殊结构也将引起其他问题，例如，柱塞要承受径向力而形成的力矩，使得滑靴和斜盘的摩擦条件恶化，使用寿命与机械效率降低；此外，滑靴及其后的配流系统结构非常复杂，使得泵的制造较为困难；同时，油腔的间隔分布和旋转还将导致斜盘式柱塞泵流量不稳定，产生所谓脉动率，如果要降低脉动率，不仅需要增加柱塞的个数，而且还需要柱塞的个数为质数，因此柱塞泵的缸体内一般有较多油腔和柱塞，这将再次导致结构的复杂化，提高制造成本。

由此可见，对于柱塞泵而言最重要的是如何带动柱塞进行直线往复运动，并且避免不合理的结构带来的种种不良影响，提高泵的性能，需要设计出一种结构简单合理的柱塞泵，使得泵在保持原有的转速快、额定压力高等优点的基础上，达到结构简化、运行稳定、流量脉动率低、调节精度高的效果。

发明内容