一种基于正三边形凸轮的单柱塞三作用高压电动泵的制作方法

本实用新型涉及重卡驾驶室翻转液压系统动力部分专用的电动泵，也可用于高压小流的一般工业液压领域，具体涉及一种基于正三边形凸轮的单柱塞三作用高压电动泵。

背景技术：

液压传动因具有功率密度大、调速范围宽、体积小和自润滑等优点在工程中得到了广泛应用。而液压泵是液压传动中最核心的元件，其品质决定整个液压系统的性能。目前，重卡驾驶室升降系统就是利用液压传动技术，其采用的是一种平底推杆偏心轮结构的单柱塞单作用的高压电动泵，它具有结构简单和使用方便等优点，因此在重卡举升液压系统中得到了主要应用，其目的是将重卡驾驶室升起便于维修。用此泵代替手动泵虽然减轻了人工负担和明显缩短了作业时间，但也存在转速高(高达5000r/min)、离心力大、冲击与振动大、反冲流量大和容积效率低和仅单作用等缺点，导致实际应用中磨损加剧使用寿命受到影响，表现出噪声大和冲击振动明显等现象。此外，此重卡偏心轮结构电动泵主要依赖进口，使用成本较高，供货周期长。为此，研发具有自主知识产权的高品质国产重卡电动泵是十分必要的，本实用新型具有较好的理论研究意义和工程应用价值。

平底推杆偏心轮结构的单柱塞单作用电动泵的原理图，如图1所示，由于偏心轮1与传动轴2之间存在一定的偏心，偏心轮1在直流电机传动轴2的驱动下转动，在其前半个周期偏心轮对柱塞产生一个向下的作用力使得柱塞向下运动，在后半个周期柱塞在弹簧力的作用下又向上运动，这样形成了柱塞的往复运动。当柱塞向上运动时柱塞腔内的容积增大，压力降低形成负压，与此同时吸油阀在外界大气压的作用下打开，油箱中的油液进入柱塞腔，完成吸油动作，吸入低压油；当柱塞向下运动时柱塞的容积减小，压力升高，当高于负载压力时打开压油阀，完成排油动作，排出高压油。这种偏心轮结构的单柱塞泵存在三个关键问题：(1)冲击、振动和磨损大的问题。因偏心轮与传动轴之间偏心距的存在导致偏心轮的离心力过大，进而在偏心轮与柱塞之间产生较大的柔性冲击和振动，加剧两者之间磨损，且转速越高这种冲击、振动和打损就越严重，况且实际应用中偏心轮的转速是比较高的；再有，从动件采用平底推杆在一定程度上也加大了磨损。(2)容积效率低的问题。偏心轮轮廓型线是完整的圆，靠偏心距实现柱塞的上下往复运动，因此这结构形式在电机连续运转的条件就决定了柱塞运动到最高位置和最低位置不会有停顿，而此时排油阀和吸油阀因未能及时关闭导致下一时刻吸油或排油的误吸或误排。比如，当柱塞运动到最高位置这一瞬间刚好是吸油过程的结束，且吸油阀理应在这一瞬间及时关闭，但由于吸油阀阀芯启闭本身需要一定的时间导致在柱塞运动到最高位置时未能完全关闭，那么处于最高位置的柱塞因电机的连续转动在下一瞬间将向下运动而排油，此刻将有部分高压油液首先通过未完全关闭的吸油阀而排回油箱，只有等吸油阀完全关闭后才能将高压油经排油阀而排出至液压系统中，所以会降低容积效率。再如，当柱塞运动到最低位置时刚好是排油过程的结束，理应关闭的排油阀在这一瞬间实际上未能完全关闭，那么处于最低位置的柱塞在电机的连续转动下在下一瞬间将向上运动而吸油，此刻将有部分高压油液通过未完全关闭的排油阀进入柱塞腔，只有等排油阀完全关闭后才能通过吸油阀将油箱中的油液吸入柱塞腔中，这极大地削弱了吸油能力和降低了泵的容积效率。(3) 单作用问题。偏心轮结构的单柱塞泵的偏心轮每运转一周，其柱塞上下往复运动仅一个周期，吸油和排油仅各一次，这就是单作用，此种作用方式效率不高。

针对现有平底推杆偏心轮结构的重卡电动泵所存在的问题，本实用新型旨在实用新型一种具有输出流量大、转速低、体积小、冲击与振动小、噪声低、反冲流量小、容积效率高、自吸能力强和使用寿命长等优点的新型重卡多作用电动泵。

技术实现要素：

本实用新型针对一般平底推杆偏心轮结构的单柱塞单作用泵存在转速高 (可达5000r/min)、离心力大、冲击与振动大、反冲流量大、容积效率低和仅单作用等缺点，提出了一种基于正三边形凸轮的单柱塞三作用高压电动泵，旨在降低泵的转速，减小冲击与振动，降低摩擦磨损，提高泵的容积效率，延长泵及其驱动电机的使用寿命。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于正三边形凸轮的单柱塞三作用高压电动泵，包括凸轮、柱塞和滚子轴承；所述凸轮中心位置处安装有传动轴；所述柱塞一端位于泵体内，另一端铰接有滚子轴承。

所述滚子轴承位于柱塞与凸轮之间，滚子轴承的轴承面与凸轮的凸轮面相对，凸轮驱动滚子轴承；所述柱塞上部安装固定有托圈，托圈下侧面与泵体外壁之间连接有锁合弹簧；泵体侧壁连接有排油阀，底壁通过吸油阀连接至油箱。

所述凸轮在直流电机的传动轴驱动下旋转时，所述柱塞在凸轮、锁合弹簧和滚子轴承的共同作用下在泵体内作往复运动，且凸轮每转动一周柱塞往复运动三次。

当柱塞在锁合弹簧的作用下向上运动时，柱塞腔内的容积增大，产生真空，油箱中的油液在大气压作用下通过吸油阀进入柱塞腔，完成吸油动作。

当柱塞处于最高位置时会一个短暂的停顿时间，这个时间不吸油也不排油但能让吸油阀阀芯在其弹簧力的作用下充分关闭，以避免下一个排油动作时因吸油阀来不及关闭或关闭不严导致一部分油液经吸油阀误排到油箱中而降低泵的容积效率。

当柱塞在凸轮的作用下向下运动时，柱塞腔内的容积减小，油液受挤压，压力升高并通过排油阀将油液排到系统中去，实现排油。

当柱塞处于最低位置时也会一个短暂的停顿时间，这个时间不吸油也不排油但能让排油阀阀芯在其弹簧力的作用下充分关闭，以避免下一个吸油动作因排油阀来不及关闭或关闭不严导致高压油经排油阀进入柱塞腔。

所述传动轴每转一圈时，柱塞腔内的封闭容积完成吸油和排油动作各三次，实现三作用吸排油方式。

所述凸轮的轮廓曲线采用十次多项式函数曲线和圆弧段函数曲线有机组合的运动规律。

本实用新型的有益效果：本实用新型的优点是：

(1)采用正三边形盘形凸轮结构，实现三作用吸排油方式，其理论排量提高了三倍。在输出流量以及其他参数不变的情况下，泵的转速得到降低，从而降低摩擦磨损，延长泵及其驱动电机的使用寿命。此外，在转速不变的情况下泵的输出流量三倍于单柱塞单作用的偏心轮泵，重卡驾驶室的提升时间更短，效率更高。

(2)采用十次多项式函数曲线和多圆弧段函数曲线有效组合的运动规律作为正三边形凸轮的轮廓曲线，解决了偏心轮或一般凸轮离心力问题和因吸排油阀启闭过慢导致泵容积效率低的问题，具有容积效率高、柔性冲击小、振动小和噪声小的优点。

(3)采用采用对心滚子推杆技术，具有磨损小、使用寿命长的优点。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为现有单柱塞泵液压原理图；

图2为本实用新型一种基于正三边形凸轮的单柱塞三作用高压电动泵的原理图；

图3为本实用新型柱塞位移变化曲线图；

图2中标记名称：1－凸轮；2－传动轴；3－托圈；4－柱塞；5－排油阀； 6－吸油阀；7－油箱；8－泵体；9－锁合弹簧；10－滚子轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型针对现有平底推杆偏心轮结构的单柱塞单作用高压电动泵所存在的缺点问题，创新提出“一种基于正三边形凸轮的单柱塞三作用高压电动泵”的技术方案，旨在以降低泵的转速，减小冲击与振动，降低摩擦磨损，提高泵的容积效率，延长泵及其驱动电机的使用寿命为目标。

一种基于正三边形凸轮的单柱塞三作用高压电动泵，如图2所示，主要包括：凸轮1、传动轴2、托圈3、柱塞4、排油阀5、吸油阀6、油箱7、泵体8、锁合弹簧9和滚子轴承10；

凸轮1中心位置处安装有传动轴2，柱塞4一端位于泵体8内，另一端铰接有滚子轴承10，滚子轴承10位于柱塞4与凸轮1之间，滚子轴承10的轴承面与凸轮1的凸轮面相对；柱塞4上部安装固定有托圈3，托圈3下侧面与泵体8 外壁之间连接有锁合弹簧9；泵体8侧壁连接有排油阀5，底壁通过吸油阀6连接至油箱7；

所述凸轮1在直流电机的传动轴2驱动下旋转时，所述柱塞4(从动件)在凸轮1(主动件)、锁合弹簧9和滚子轴承10的共同作用下在泵体8内作往复运动，且凸轮1每转动一周柱塞4往复运动3次。当柱塞4在锁合弹簧9的作用下向上运动时，柱塞腔内的容积增大，产生真空，油箱7中的油液在大气压作用下通过吸油阀6进入柱塞腔，完成吸油动作。当柱塞4处于最高位置时会一个短暂的停顿时间，这个时间不吸油也不排油但能让吸油阀阀芯在其弹簧力的作用下充分关闭，以避免下一个排油动作时因吸油阀来不及关闭或关闭不严导致一部分油液经吸油阀误排到油箱中而降低泵的容积效率；当柱塞4在凸轮1 的作用下向下运动时，柱塞腔内的容积减小，油液受挤压，压力升高并通过排油阀5将油液排到系统中去，实现排油。当柱塞4处于最低位置时也会一个短暂的停顿时间，这个时间不吸油也不排油但能让排油阀阀芯在其弹簧力的作用下充分关闭，以避免下一个吸油动作因排油阀来不及关闭或关闭不严导致高压油经排油阀进入柱塞腔，从而影响吸油能力降低容积效率；所述传动轴2每转一圈时，柱塞腔内的封闭容积完成吸油和排油动作各三次，实现三作用吸排油方式，相比单作用方式提高了效率。所述凸轮1的轮廓曲线采用十次多项式函数曲线和圆弧段函数曲线有机组合的运动规律。

本实用新型主要原理内容：(1)采用正三边形盘形凸轮结构。正三边盘形凸轮每转动一周能够使从动件柱塞上下往复运动三次，进而吸、排油各三次，达到三作用的目的，增大泵的排量，有效提高泵的工作效率。(2)正三边形凸轮轮廓型线设计为十次式项式函数曲线和多圆弧段曲线的有机组合，即凸轮十次多项式轮廓型线对应从动件柱塞的推程或回程，其圆弧段轮廓型线对应从动件柱塞的远休止期和近休止期，其目的是让从动件柱塞分别在最高和最低位置有一个短暂的停顿，其柱塞位移变化曲线如图3所示。图3中柱塞在最高位置和最低位置处均保持不动一定时间，具体是当柱塞处于最高位置保持不动的时间正好可以让油吸阀阀芯完全关闭，避免接下来因柱塞位移减小排油时油液首先通过关闭不严或未完全关闭的吸油阀而误排，影响排油能力；当柱塞处于最低位置保持不动的时间也正好可以让排油阀完全关闭，避免接下来因柱塞位移增加而吸油时高压油首先通过关闭不严或未完全关闭的排油阀进入柱塞腔，从而影响泵的吸油能力。所以柱塞在最高和最低位置的停顿可以有效提高泵的容积效率。再有，凸轮轮廓型采用十次多项式函数曲线，其目的是让柱塞在推程和回程时无论是在起始位置还是在终止位置，其速度、加速度和跃度曲线连续光滑，变化缓慢无突变，且幅值较小，这样能有效降低凸轮与柱塞间的磨损，减小柔性冲击和振动。(3)采用对心滚子推杆。从动件采用滚子推杆，即在从动件——柱塞与凸轮之间采用滚子轴承过渡，滚子与柱塞铰接。此种技术手段可有效降低磨损和减小压力角。(4)在前面三个技术方案的基础上，重新设计锁合弹簧、柱塞、泵体和轴承等零件，并对锁合弹簧、柱塞及托圈进行稳定性、共振和高次谐波共振分析。(5)重新优化设计吸油阀和排油阀，使吸排油阀启闭时间分别与柱塞远休止期和近休止期时间相匹配，并对吸排油阀的弹簧进行优化设计。

本实用新型的优点是：

(1)采用正三边形盘形凸轮结构，实现三作用吸排油方式，其理论排量提高了三倍。在输出流量以及其他参数不变的情况下，泵的转速得到降低，从而降低摩擦磨损，延长泵及其驱动电机的使用寿命。此外，在转速不变的情况下泵的输出流量三倍于单柱塞单作用的偏心轮泵，重卡驾驶室的提升时间更短，效率更高。

(2)采用十次多项式和圆弧有效组合的运动规律作为正三边形凸轮的轮廓曲线，解决了偏心轮或一般凸轮离心力问题和因吸排油阀启闭过慢导致泵容积效率低的问题，具有容积效率高、柔性冲击小、振动小和噪声小的优点。

(3)采用采用对心滚子推杆技术，具有磨损小、使用寿命长的优点。

本实用新型的技术创新点：(1)对心滚子推杆正三边形盘形凸轮结构的单柱塞三作用高压电动泵的技术方案，此方案具有较好的创新性；(2)凸轮轮廓型线的确定和组合方式。采用十次多项式函数曲线和多圆弧段函数曲线的选择确定和组合方式具有创新性，即凸轮十次多项式函数曲线段分别对应柱塞的推程和回程，凸轮圆弧函数曲线段对应柱塞的远休止期和近休止期；(3)柱塞的远休止角和近休止角与吸、排油阀的启闭时间相匹配，这个技术要求的提出具有创新性。

进一步地，本案另外实施方式还包括：(1)采用五十次多项式函数曲线和圆弧段函数曲线组合的对心对心滚子推杆正三边形凸轮结构的单柱塞泵的技术方案。此技术方案能完全实现本实用新型目的。(2)采用偏心轮带动多柱塞运动的技术方案。可以实现“三作用”目的。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。