技术领域
[0001] 本
发明涉及
液压泵领域，尤其是涉及一种
凸轮泵。
背景技术
[0002] 目前，现有的液压泵主要包括
柱塞泵、
叶片泵和
齿轮泵。柱塞泵的
斜盘旋转一周，各柱塞只能往复运动一个行程，这就限制了泵
排量的提高。叶片泵和齿轮泵的排量一般都比较小，对于叶片泵，加大排量就得增大叶片长度，但是叶片加长就容易折断；齿轮泵是靠
轮齿之间的
啮合挤压液压油，因轮齿啮合所形成的空间很小，且很难有效地增大轮齿啮合所形成的空间，所以齿轮泵的排量很小，且很难有大的提高。
[0003] 为了适用于现在的大流量液压系统，就不得不安装两个甚至多个液压泵以增大排量，这就增加了成本，增大了泵系统的体积。因此，有必要针对
现有技术中存在的上述
缺陷进行改进。
发明内容
[0004] 本发明的主要目的是提供一种凸轮泵，其具有改进的结构，能够增大泵的排量。
[0005] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种凸轮泵，包括柱塞系统和缸体，所述凸轮泵还包括：圆柱凸轮，其端面上具有包括多个轮廓区的曲线轮廓，每个所述轮廓区包括吸油区和压油区；其中，所述柱塞系统包括至少一个柱塞杆和至少一个滚轮，所述缸体中设有至少一个油缸；所述至少一个滚轮与所述曲线轮廓相
接触，并驱动所述至少一个柱塞杆在所述至少一个油缸中往复运动。
[0006] 进一步地，柱塞系统包括多个柱塞杆和相应的多个滚轮；缸体中设有与多个柱塞杆对应的多个油缸；多个轮廓区与多个滚轮对应。
[0007] 进一步地，凸轮泵还包括多个
弹簧，多个弹簧设置在对应的多个油缸内。
[0008] 进一步地，柱塞系统包括：第一
挡板，允许多个柱塞杆通过，并限定多个油缸的
位置；限位凸台，允许多个柱塞杆通过，并防止多个柱塞杆发生倾斜。
[0009] 进一步地，多个轮廓区均匀分布在圆柱凸轮的端面上。
[0010] 进一步地，多个滚轮处于圆柱凸轮的端面上的同一高度。
[0011] 进一步地，多个滚轮分为两组，其中，第一组处于圆柱凸轮的端面上的第一高度，第二组处于圆柱凸轮的端面上的第二高度。
[0012] 进一步地，凸轮泵还包括：动作系统，其用于改变缸体相对于多个柱塞杆的位置，以改变多个油缸的油压腔的容积。
[0013] 进一步地，动作系统周期性地改变多个油缸的油压腔的容积。
[0014] 进一步地，动作系统包括：动作杆，连接于缸体；壳体，其位置固定不变；线圈，设置于壳体上；调节器，与线圈电连接，并为线圈提供交变
电流；电磁
铁，设置于动作杆上，且处于电
磁铁产生的交变
磁场中。
[0015] 进一步地，动作杆通过
耳板连接于缸体上。
[0016] 进一步地，壳体为圆筒状，线圈设置于壳体的内表面上，动作杆的至少一部分位于壳体中，电磁铁设置于动作杆的中上部。
[0017] 进一步地，动作系统还包括设置于壳体的底部的第二挡板，第二挡板允许动作杆从中穿过，并防止动作杆发生倾斜。
[0018] 进一步地，调节器还包括感应转换装置，该感应转换装置感应凸轮泵的输出油液的压
力，并计算该压力与预设压力值的比较结果，根据该比较结果改变调节器输出的交变电流的幅值，以改变凸轮泵的排量，从而保证凸轮泵的输出油液的压力维持不变。
[0019] 根据本发明的技术方案，通过圆柱凸轮的曲线轮廓驱动至少一个柱塞杆在至少一个油缸中往复运动，实现了凸轮泵的多次吸油和压油过程。相比而言，现有泵的
主轴旋转一次，油压腔只能完成一次吸油和压油的过程。在相同容积的油压腔的条件下，本发明提供的凸轮泵的排量更大。
附图说明
[0020]
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性
实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0021] 图1是根据本发明实施例一的凸轮泵的结构示意图；
[0022] 图2是根据本发明实施例一的圆柱凸轮的局部剖面示意图；
[0023] 图3是根据本发明实施例一的凸轮轮廓线的示意图；
[0024] 图4是根据本发明实施例一的凸轮轮廓线的示意图，其中示出了滚轮的位置；
[0025] 图5是根据本发明实施例一的各油缸工作原理图；
[0026] 图6是根据本发明实施例一的另一种凸轮轮廓线的示意图；
[0027] 图7是根据本发明实施例一的再一种凸轮轮廓线的示意图；
[0028] 图8是根据本发明实施例二的凸轮泵的结构示意图；
[0029] 图9是根据本发明实施例二的工作原理图。
具体实施方式
[0030] 需要说明的是，在没有明确限定或不冲突的情况下，本发明的各个实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0031] 为了克服现有技术中的液压泵的缺陷，本发明提供了一种凸轮泵，包括柱塞系统和缸体，还包括：圆柱凸轮，其端面上具有包括多个轮廓区的曲线轮廓，每个所述轮廓区包括吸油区和压油区；其中，所述柱塞系统包括至少一个柱塞杆和至少一个滚轮，所述缸体中设有至少一个油缸；所述至少一个滚轮与所述曲线轮廓相接触，并驱动所述至少一个柱塞杆在所述至少一个油缸中往复运动。
[0032] 根据这样的结构，当传动主轴旋转一周时，通过圆柱凸轮的曲线轮廓驱动至少一个柱塞杆在至少一个油缸中往复运动，实现了凸轮泵的多次吸油和压油过程。相比而言，现有泵的主轴旋转一次，油压腔只能完成一次吸油和压油的过程。在相同容积的油压腔的条件下，本发明提供的凸轮泵的排量更大。此外，该凸轮泵在实现大排量的同时，并没有显著地增大泵的体积，结构也相对简单。
[0033] 图1是根据本发明实施例一的凸轮泵的结构示意图。如图1所示，本发明实施例一提供的凸轮泵，包括圆柱凸轮10、缸体20和柱塞系统。柱塞系统包括柱塞杆30、销轴31和滚轮32。该实施例中实际上有四个均匀分布的柱塞杆和相应的四个滚轮，图1中能看到其中的三个柱塞杆和三个滚轮。缸体20是一个
铸造而成的圆柱体，包括供柱塞杆30插入的油缸。该实施例中实际上有四个均匀分布的油缸，图1中能看到其中的两个。
[0034] 参见图1，每个油缸中设置有弹簧21，其为相应的柱塞杆30提供回复力。图1中，柱塞杆30的上端通过胶粘等方式设置有密封片22。弹簧21的上端与油缸的上端面固定连接，弹簧21的下端与密封片22连接。另外，在柱塞杆30的上端部分的侧面开设有环形槽，
密封圈23刚好嵌入其中。
[0035] 密封片22与密封圈23同时起密封作用，并与柱塞杆30的上端一起将油缸分为位于上部的油压腔和位于下部的空腔。密封片22与密封圈23还可以防止油压腔中的液压油泄露而产生压力损失、功率损失。
[0036] 油缸的上端分别开设有吸油口24和压油口25。本发明提供的凸轮泵还包括第一挡板40和限位凸台41。柱塞杆30的上半部分处于油缸中，并穿过第一挡板40和限位凸台41。第一挡板40与缸体20固定连接，主要用于限定柱塞杆30的位置、
支撑缸体20以及限定每个油缸的位置。限位凸台41主要用于限定柱塞杆30的位置，防止柱塞杆30发生倾斜。
[0037] 柱塞杆30的下部最末端设置有槽和孔，销轴31穿过所述孔，将滚轮32
定位于槽中。由此，滚轮32可以绕着所述销轴31旋转。
[0038] 图2是根据本发明实施例一的圆柱凸轮的局部剖面示意图。如图2所示，圆柱凸轮包括圆柱体11、位于圆柱凸轮的端面上的曲线轮廓12以及
花键13。圆柱体11是环状实体
钢结构，其内部是花键13，整个圆柱凸轮通过花键13与传动主轴相连，并通过花键13将传动主轴的动力传递到整个圆柱凸轮。
[0039] 曲线轮廓12置于圆柱体11的上方，即处于圆柱凸轮的端面上，其厚度依实际情况而定。将外侧圆柱面展开，曲线轮廓12对应的凸轮轮廓线如图3所示。图4是根据本发明实施例一的凸轮轮廓线的示意图，其中示出了滚轮的位置。结合如图1所示的剖面图，从上往下看，圆柱凸轮逆时钟方向旋转时，相应地，滚轮32在图4中沿着轮廓线从右向左运动。
[0040] 结合图1-5，设滚轮32从M点开始运动，从M点到N点过程中，滚轮32逐渐上升，同时推动柱塞杆30向上运动了H2高度，
压缩弹簧21，使得液压油从油缸的压油口25中输出到工作回路中。也即，当柱塞系统的滚轮32处在B区域时，则凸轮泵处于压油状态，将液压油从油缸的油压腔中压出，并压入到工作回路。B区域构成了压油区。
[0041] 从N点到H点过程，弹簧21的反弹力将推动柱塞杆30向下运动，即32滚轮向下运动。也即，当柱塞系统的滚轮32处在A区域时，则凸轮泵处于吸油状态，从油箱中将液压油通过吸油口24吸入油缸的油压腔。A区域构成了吸油区。
[0042] 从M点H点整个过程中，滚轮32始终贴在圆柱凸轮10的曲线轮廓12上。曲线轮廓12分为四个均匀分布的轮廓区，每一个轮廓区包括一个压油区和一个吸油区。上述就是一个压油、吸油过程，凸轮泵的工作就是这各过程的重复进行。
[0043] 当柱塞系统的滚轮32处在B区域而压油时，曲线轮廓12对柱塞系统的滚轮32除了向上的作用力以外，还有一个侧向的力。为了减小这侧向力，可以减小B区域的斜率。同时，为了加快吸油速率，可以加大A区域的斜率。因此，A区域和B区域在每个轮廓区中所占比例可以不相同。
[0044] 在该实施例中，缸体20中均匀分布地设置了四个油缸，其分别对应于四个柱塞杆30和相应的滚轮32。如图3和4所示，圆柱凸轮10的端面上的曲线轮廓12则包括四个均匀分布的轮廓区，它们分别对应于四个滚轮32，也即，四个滚轮32处于各自的轮廓区中，并始终处于同一高度。此时，各个滚轮32也处于圆柱凸轮10的端面上的同一高度上，如图5所示的四个油缸I至IV。
[0045] 因为圆柱凸轮10上的曲线轮廓是均匀分布的，四个柱塞杆30是同时向上或同时向下运动，所以四个油缸实现同时吸油或同时压油。在每个吸油口24和压油口25外都装有单向
阀，使得液压油只能朝一个方向流动，防止倒流，即吸油时液压油只能从油箱流入泵中，压油时液压油只能从泵中流向工作回路。密封片22、密封圈23和柱塞杆32将每个油缸隔开成一个油压腔和一个空腔，二者互不相通。
[0046] 当滚轮32处在图3或4所示的A区，则柱塞杆32向下运动，则液压油从油箱通过各个吸油口24进入油缸。当滚轮32处在图3或4所示的B区，则柱塞杆32向上运动，则液压油从油缸通过各个压油口25进入工作回路。
[0047] 这样，当传动主轴旋转一周时，通过圆柱凸轮10的曲线轮廓12同时驱动多个柱塞杆32在多个油缸中往复运动，实现了凸轮泵的多次吸油和压油过程。相比而言，现有泵的主轴旋转一次，油压腔只能完成一次吸油和压油的过程。在相同容积的油压腔的条件下，本发明实施例一提供的凸轮泵的排量更大。并且，本实施例提供的凸轮泵在实现大排量的同时，并没有显著地增大泵的体积，结构也相对简单。
[0048] 另外，现有的柱塞泵主要是斜盘式，不管是什么时候都是一部分油缸处于吸油状态，一部分处于压油状态，这就造成了缸体受力
不平衡，而在该实施例所提出的泵中，所有的油缸同时与处在吸油或压油状态，能消除缸体受力不平衡的现象。
[0049] 此外，现有的柱塞泵都有配油盘，配油盘上都开设有吸油窗和压油窗，油缸从吸油窗吸入液压油，形成密封空间，运动到压油窗时，将液压油压入压油窗。因为液压油有压力，当密封空间周期性地开启和关闭，而且是瞬间的开启和关闭，所以产生较大的冲击。而本实施例提供的泵从吸油状态转换到压油状态有较长时间的过渡，能有效地减小冲击。
[0050] 当然，在上述实施例的一个变型中，对应于凸轮10的曲线轮廓12，柱塞系统中的多个柱塞杆30及其滚轮32在圆周上也可以不均匀分布。可以将多个滚轮32分为两组，两组滚轮的运动状态不一致，但组内的所有滚轮的运动状态完全一致，即：第一组和第二组内所有滚轮的运动状态都分别一致。
[0051] 并且，如图5所示，在曲线轮廓12中的每个轮廓区中，吸油区A和压油区B的长度相等，即柱塞系统吸油与压油的时间相等。上述两组滚轮分别处在吸油区和压油区。由此，第一组滚轮始终处于圆柱凸轮的端面上的第一高度，第二组滚轮始终处于所述圆柱凸轮的端面上的第二高度，由于第一高度不同于第二高度，从而相应的柱塞杆处于不同的运动状态，能够实现不间断地给工作油路供油。
[0052] 另外，在上述实施例的另一个变型中，对应于凸轮10的曲线轮廓12，柱塞系统中的多个柱塞杆30及其滚轮32在圆周上也不均匀分布，且不进行分组，而是在不干涉和保持受力均匀的条件下，根据实际需要来分布柱塞杆和相应的滚轮。例如滚轮的分布可以如图6所示，多个滚轮处于所述圆柱凸轮的端面上的不同高度上。由此，凸轮泵的工作方式更为灵活多变，可以根据不同的实际情况，适用于不同的工况。
[0053] 下面结合图8和图9描述本发明的实施例二。实施二的凸轮泵的结构与实施例一的凸轮泵的结构类似，不同之处在于实施二的凸轮泵增加了动作系统，其用于改变缸体相对于多个柱塞杆的位置，以改变多个油缸的油压腔的容积。
[0054] 如图8所示，该动作系统包括动作杆60、壳体61、线圈62和电磁铁63，还包括调节器70。壳体61为圆筒形，其固定设置在例如凸轮泵的工作平台上，从而保持其位置始终不变。调节器70用于发出交变电流，并调节交变电流的幅值。
导线71连接调节器70和线圈62。环形的线圈62设置于壳体61的内表面上，线圈62中通入交流电，即可产生交变
电磁场。电磁铁63设置于动作杆60的中上部，处于线圈62所产生的交变电磁场内，感应磁场变化并产生力。
[0055] 动作杆60可以通过缸体20上设置的耳板28与缸体20相连接，从而，动作杆60可以通过耳板28向下推或向上拉缸体20。壳体61的下部还可以设置第二挡板64，动作杆60刚好可以从挡板64中穿过，故第二挡板64可以限
制动作杆60的位置，防止其发生倾斜。
[0056] 如图9所示，以其中的一个油缸为例，在凸轮泵一个完整的吸油、压油过程中，有三种中间
临界状态：
[0057] Ⅰ：初始状态，准备吸油；电磁铁61开始通入幅值为A的交变电流，推动动作杆60向上运动，从而带动缸体20向上运动，同时柱塞杆30向下运动。
[0058] Ⅱ：吸油完成，准备压油；通入电磁铁的电流幅值由A变为-A，推动动作杆60向下运动，从而推动缸体20向下运动，同时柱塞杆30向上运动。
[0059] Ⅲ：压油完成，准备吸油。
[0060] 在上述过程中，缸体20上下运动的距离为H1，柱塞杆30上下运动的距离为H2，这个H2与图3中的H2相等，即柱塞杆30上下运动的距离由圆柱凸轮的曲线轮廓的高度差决定。整个吸油与压油过程中，油缸压出的液压油体积为（H1+H2）*S，其中S为油缸的截面积。通过改变电磁铁61输入电流的幅值，以改变动作杆60的上下运动量，从而改变缸体20的运动距离H1，实现油缸压出的液压油体积连续可调，此时凸轮泵为
变量泵。
[0061] 在该实施例中，通过缸体20和柱塞杆30之间的相对运动，使得油缸的油压腔的容积产生周期性变化。当动作系统输入的电流幅值一定时，油压腔中能形成的最大体积是一定的，即柱塞杆30运动一个周期所压出的液压油一定，泵的排量一定。但是，改变动作系统输入的电流幅值，就能改变油压腔中能形成的最大容积，即可以调整泵的排量。
[0062] 下面描述本发明的实施例三。实施三的凸轮泵的结构与实施例二的凸轮泵的结构类似，不同之处在于，实施三的凸轮泵中的调节器还包括感应转换装置。
[0063] 感应转换装置可以感应凸轮泵输出油液的压力大小。感应转换装置先感应凸轮泵输出油液的压力，并判断其比设定压力值大或是小，算出差值，按相应的比例改变输出交变电流的幅值（交变电流的周期不变），从而改变泵的排量，以实现泵输出液压油压力恒定之目的。
[0064] 由此，实施例三的凸轮泵的变量排量调节是
自动调节，不需要人工干预，输出的压力始终是恒定的。
[0065] 前面根据实施例描述了本发明的凸轮泵，但该凸轮泵并不仅限于该实施例中所述的部件和/或连接关系，例如，柱塞系统中的柱塞杆及其滚轮并不限于四个，也可以其它数量，包括一个或多个。相应地，缸体中的油缸数量也不限于四个，可以是一个或多个。并且，圆柱凸轮的端面上的曲线轮廓也不限于四个轮廓区，可以是多个。在所有滚轮不处于凸轮轮廓的同一高度的情况下，这些滚轮不限于分为两组，也可以分为三组或更多组。动作系统除了采用
电磁感应驱动的方式以外，还可以通过其它方式驱动动作杆，例如交变
电机、步进电机等。
[0066] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
