專利名稱：壓力補(bǔ)償泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及液壓泵。更特別地，本發(fā)明涉及即使當(dāng)當(dāng)它們 運(yùn)行處的壓力發(fā)生波動(dòng)時(shí)仍然能夠保持恒定馬力輸出的泵。
背景技術(shù)：
即使當(dāng)它們運(yùn)行處的壓力發(fā)生波動(dòng)時(shí)仍然能夠保持恒定馬力輸 出的泵當(dāng)前是可獲得的。這些泵被設(shè)計(jì)為，利用通常通過(guò)電動(dòng)機(jī)輸入到泵 的一定量的馬力并使所述泵的輸出馬力量最大化，而不管它們運(yùn)行處的壓 力。因此，這些泵與其他不能保持恒定輸出馬力的泵相比能以更高的性能 等級(jí)運(yùn)行。典型地，能夠保持恒定馬力輸出的泵可在相對(duì)低的壓力的范圍 內(nèi)運(yùn)行并且為多軸設(shè)計(jì)。另一方面，可在較高壓力范圍內(nèi)運(yùn)行的泵不能隨 著泵的運(yùn)行壓力的變化而保持恒定馬力輸出。典型地，所述高壓泵為多級(jí) 泵并且主要由利用在多個(gè)泵之間轉(zhuǎn)換的機(jī)構(gòu)連結(jié)在一起的多個(gè)泵組成。因此，期望提供即使在高壓下仍能保持恒定馬力輸出的具有創(chuàng) 新性的泵和方法。也需要提供由無(wú)限級(jí)(即，其實(shí)際為單級(jí)泵)組成的具 有創(chuàng)新性的泵。除上述之外，還期望提供模塊化從而容易維修且維修成本低的 泵。進(jìn)一步，期望提供通過(guò)使包括在其中的活塞室的總?cè)莘e最小化而使其 效率最大化的泵。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中提供一種泵可以很到程度地滿足 上述要求。所述泵包括可沿著第一軸移動(dòng)的活塞。所述泵也包括關(guān)于第二 軸定位的偏心凸輪，其中第二軸基本垂直于第一軸。所述泵進(jìn)一步包括鄰 接凸輪定位并且配置為沿著第二軸移動(dòng)凸輪的執(zhí)行器。此外，所述泵還包 括定位在活塞和凸輪之間的第一近凸輪軸承(cam-adjacent bearing),其 中當(dāng)凸輪沿著第二軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一近凸輪軸承保持基本沿著第一軸定位。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種運(yùn)行泵的方法。所述方 法包括以第一壓力級(jí)和第一功率輸出級(jí)運(yùn)行泵。所述方法也包括將泵運(yùn)行 的第一壓力級(jí)變換為大約在6000psi以上的第二壓力級(jí)。所述方法進(jìn)一步 包括隨著泵從在第一壓力級(jí)下運(yùn)行變換為在第二壓力級(jí)下運(yùn)行而基本保持 第一功率輸出級(jí)。根據(jù)本發(fā)明的又另一實(shí)施例，提供了另一種泵。所述泵包括沿 著第一軸平移的平移裝置。所述泵也包括環(huán)繞第二軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其 中第二軸基本垂直于第一軸。所述泵進(jìn)一步包括用于使轉(zhuǎn)動(dòng)裝置沿著第二 軸移動(dòng)的執(zhí)行裝置。此外，所述泵還包括可環(huán)繞轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的外表面滾動(dòng)的 滾動(dòng)裝置，其中滾動(dòng)裝置定位在平移裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)裝置之間，并且其中當(dāng)轉(zhuǎn) 動(dòng)裝置沿著第二軸移動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)裝置保持基本沿著第一軸定位。仍根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，提供了另一種運(yùn)行泵的方法。所 述方法包括使偏心狀凸輪環(huán)繞第一軸轉(zhuǎn)動(dòng)。所述方法也包括使凸輪沿著第 一軸平移。所述方法進(jìn)一步包括隨著凸輪沿著第一軸平移而沿著鄰近凸輪 的軸承的第一軸保持位置。此外，所述方法還包括隨著凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)將鄰近 軸承定位的活塞與軸承一起推動(dòng)。所述方法進(jìn)一步包括隨著凸輪沿著第一 軸平移而保持來(lái)自于泵的基本恒定的功率輸出級(jí)。為了更好地理解本發(fā)明的詳細(xì)描述，并且為了更好地評(píng)價(jià)對(duì)現(xiàn) 有技術(shù)的現(xiàn)實(shí)貢獻(xiàn)，已經(jīng)相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的特定實(shí)施例。當(dāng)然， 本發(fā)明的另外的實(shí)施例將在下面描述并形成附加于此的權(quán)利要求的主題。在所述方案中，在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)該理解的是本發(fā)明在其應(yīng)用中不局限于下列描述中所闡述的或在附圖中所 圖示的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)以及部件的配置。除了以各種方式所描述、實(shí)踐并執(zhí)行的 實(shí)施例之外，本發(fā)明能夠?qū)嵗?。同樣?yīng)該理解的是，在此使用的措詞、 術(shù)語(yǔ)以及摘要都是為了描述的目的，而不應(yīng)該被認(rèn)為是限制。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，所述公開(kāi)所基于的構(gòu) 思可容易地用作其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，以及用于執(zhí)行本發(fā)明的幾個(gè)目的 的方法和系統(tǒng)。因此，重要的是，被認(rèn)為包括所述等同結(jié)構(gòu)的權(quán)利要求在 未脫離本發(fā)明的宗旨和范圍的范圍內(nèi)。


圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的泵的橫截面。圖2圖示了圖1所示的泵的內(nèi)部橫截面的立體圖。圖3圖示了圖1所示的泵的橫截面的一部分，其中凸輪軸處于 完全行程位置。圖4圖示了圖1所示的泵的橫截面的一部分，其中凸輪軸處于 完全無(wú)行程(destroked)位置。圖5圖示了在圖1至4中圖示的泵的三條典型的馬力曲線。圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的又另一實(shí)施例的活塞夾頭的橫截面。圖7為圖6所示的活塞夾頭的周視圖。圖8圖示了包括三個(gè)夾頭和一個(gè)潤(rùn)滑夾頭的圖2所示的泵圈分 組件的半透明立體圖。圖9圖示了圖8所示的泵圈分組件的另一半透明視圖。圖10圖示了圖1所示的泵的代表性設(shè)備的立體圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記始終表示相 同的構(gòu)件。圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的泵10的橫截面。如圖1 所示，泵10具有徑向設(shè)計(jì)(與軸向設(shè)計(jì)相對(duì))并且包括連接到泵軸14的 電動(dòng)機(jī)12。泵軸14容納具有鄰近電動(dòng)機(jī)12的第一端和鄰近凸輪17的第 二端的彈簧組件16。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，彈簧組件16包括兩個(gè)、三個(gè)或更多 個(gè)彈簧的組套。當(dāng)使用三個(gè)彈簧時(shí)，硬彈簧(即，具有高的彈性常數(shù)并且 當(dāng)被壓縮時(shí)能產(chǎn)生大的彈力的彈簧)典型地定位在更靠近圖1所示的彈簧 組件16的右邊。另外，中等彈簧定位在彈簧組件16的中間，而軟彈簧定 位在凸輪17附近。三種彈簧一起形成漸進(jìn)的彈簧組件16，所述彈簧組件 將如下所述被用于相對(duì)于泵10中的其他部件定位凸輪17。根據(jù)本發(fā)明的 特定實(shí)施例，彈簧組件16中的多個(gè)彈簧中的每個(gè)彈簧均具有不同的彈簧剛 度/彈力。然而，具有相同彈簧剛度/彈力的兩個(gè)以上彈簧的結(jié)構(gòu)也在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。在圖1中，彈簧組件16關(guān)于內(nèi)部彈簧導(dǎo)桿13定位。內(nèi)部彈簧 導(dǎo)桿13同中心地位于軸14的內(nèi)部、鄰接銷11并且保持彈簧組件16基本 處于軸14的中心。定位在最靠近凸輪17的彈簧組件16的端部處的是凸輪 密封塞15，所述凸輪密封塞15被設(shè)計(jì)以防止正潤(rùn)滑凸輪17的液體泄露到 彈簧組件16上。在運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)12被機(jī)械地連接到泵軸14和凸輪17上并使 得兩者都轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，凸輪17以在大約3000和大約 4000 rpm之間的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，其他的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)范圍也在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。如圖1所示，泵軸14;由一對(duì)軸承18支承。軸密封組件20環(huán) 繞泵軸14并靠近鄰近電動(dòng)機(jī)12的端部定位。同樣環(huán)繞泵軸14定位的是一 對(duì)軸鞍24，所述軸鞍24通常用于保持泵10的其他部件在適當(dāng)?shù)奈恢茫@ 通過(guò)參考附圖將變得清晰。鄰近凸輪17的端部定位的是導(dǎo)向活塞22，所述凸輪17與彈簧組件16相對(duì)定位，所述導(dǎo)向活塞22有效地用作沿著泵軸14的縱軸A移動(dòng) 凸輪17的執(zhí)行器。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，基本球狀的物體(例如球) 或諸如圖1所示的元件23的推力軸承組件定位在導(dǎo)向活塞22和凸輪17之 間，以促進(jìn)軸承17相對(duì)于導(dǎo)向活塞22的軸向旋轉(zhuǎn)。基本球狀的物體或推 力軸承組件23典型地能夠隨著凸輪17的轉(zhuǎn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的其他特定實(shí)施例，導(dǎo)向活塞22為沿著泵軸14的 縱軸A延伸且到達(dá)靠著凸輪17定位的點(diǎn)的小桿。根據(jù)所述實(shí)施例，導(dǎo)向活 塞22提供了靠著凸輪17的單點(diǎn)接觸并因此沒(méi)有關(guān)聯(lián)的扭矩臂。因此，凸 輪17可以以相對(duì)高的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)旋轉(zhuǎn)而不需要轉(zhuǎn)動(dòng)密封。對(duì)用推力軸承組 件23或基本球狀的物體代替單點(diǎn)接觸的本發(fā)明的實(shí)施例的情況也是一樣 的。凸輪17具有多個(gè)形成在其中的凹槽26，如圖1所示，所述凸 輪17為組合鋸齒狀并典型地關(guān)于凸輪的縱軸A偏心(所述縱軸也為圖1中 所示的泵軸14的縱軸)。在圖1所示的凹槽26的每一個(gè)中所容納的為球 28A、 28B、 28C、 28D。圖1所示的球28A、 28B、 28C、 28D中的每一個(gè)均定 位在活塞30和潤(rùn)滑活塞31之間并且與活塞30、 31的中心軸在相同的平面 上。典型地，潤(rùn)滑活塞31允許潤(rùn)滑油被引入到泵軸14的內(nèi)部，并且活塞' 30被配置為用作流體位移機(jī)構(gòu)(在下面討論)。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例， 在運(yùn)行中，偏心狀凸輪17、球28A、 28B、 28C、 28D、以及泵軸14都通過(guò) 電動(dòng)機(jī)12環(huán)繞泵軸14的縱軸A在圖2所示的軸承圈44和45中轉(zhuǎn)動(dòng)，它 們組合起來(lái)用作偏心裝置。在圖1中，球28A和28B相互豎向排列成直線并組成第一對(duì)球， 而球28C和28D也相互豎向排列成直線并組成第二對(duì)球。每對(duì)球也與圖1 所示的活塞30中的一個(gè)和潤(rùn)滑活塞31中的一個(gè)豎向地排列成直線。在每 對(duì)球中， 一個(gè)球(例如，28A和28D)相對(duì)靠近泵軸14的縱軸A定位，而 一對(duì)球中的另一個(gè)球(例如，28B和28C)相對(duì)遠(yuǎn)離同一軸定位。在環(huán)繞縱 軸A轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪17、球28A、 28B、 28C、 28D、軸鞍24、以及軸承圈44和45 時(shí)，其構(gòu)成了偏心裝置，球28A、 28B、 28C、 28D中的每一個(gè)將影響與活塞 30和潤(rùn)滑活塞31接觸的偏心裝置的偏移位置。
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在偏心裝置與活塞30和潤(rùn)滑活塞31中的一個(gè)接觸時(shí)，相對(duì)遠(yuǎn) 離泵軸14的縱軸A的球28B、 28C將向外推動(dòng)偏心裝置、以及活塞30或潤(rùn) 滑活塞31中的一個(gè)，并且相對(duì)靠近縱軸A的球28A、 28D將允許另一個(gè)活 塞30和潤(rùn)滑活塞31朝向縱軸A向內(nèi)回退。偏心裝置和凸輪17完成一個(gè)轉(zhuǎn) 動(dòng)時(shí)活塞30行進(jìn)的總距離(即，活塞行程)判定有多少流體能夠流過(guò)泵 10。通常，活塞30行進(jìn)的距離越長(zhǎng)，流過(guò)泵10的流體就越多。圖1所示的泵10也包括油罐32 (即，儲(chǔ)油罐)、吸濾器34、回 油管36、來(lái)自油罐32的輸入機(jī)油凹槽38、以及容納來(lái)自泵10的高壓油的 流動(dòng)的泵輸出口40。在運(yùn)行中，機(jī)油從油罐32流經(jīng)吸濾器34、流經(jīng)輸入 機(jī)油凹槽38并流入到鄰近圖1所示的活塞30的活塞室(例如，圖6所示 的泵室62)。然后活塞30將壓力作用于活塞室中的機(jī)油并且通過(guò)泵輸出口 40釋放機(jī)油。然而，其他的泵結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖2圖示了圖1所示的泵10的內(nèi)部的橫截面的立體圖。圖2所 示的橫截面垂直于圖1所示的橫截面。圖2的前面也與泵圈分組件25的橫 截面一致。如圖2所示，在凸輪17的任一側(cè)的兩個(gè)球28A、 28B鄰近軸鞍 24和軸承圈42定位。軸承圈42的外側(cè)鄰近圖2所示的兩個(gè)偏心裝置44、 45中的一個(gè)。前偏心裝置44被圖示為定位在橫截面的最近端，而后偏心 裝置45定位在前偏心裝置44的后面(即，靠近電動(dòng)機(jī)12)。正如下文將討論的，泵10為壓力補(bǔ)償泵，當(dāng)凸輪17相對(duì)于泵 軸14和活塞30適當(dāng)?shù)囟ㄎ粫r(shí)，泵10能夠輸送作為泵10被運(yùn)行的函數(shù)的 變化的流體流量和以泵10被運(yùn)行處的任何壓力輸送變化的流體流量。根據(jù) 本發(fā)明的特定的實(shí)施例，并且正如下文所描述的，泵10被配置為，通過(guò)監(jiān) 控泵正在運(yùn)行處的壓力和通過(guò)利用壓力值控制其自身的運(yùn)行來(lái)最優(yōu)化其自 身的輸出性能。通過(guò)限定，為了判定泵的馬力，首先使流出泵的液體流量(例 如，加侖/分)與泵正在運(yùn)行處的壓力相乘，然后使計(jì)算出的值除以一個(gè)常 數(shù)。例如，當(dāng)利用1. 5馬力的電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)機(jī)12驅(qū)動(dòng)泵10時(shí)，典型優(yōu) 選的是，以近似的額定馬力級(jí)運(yùn)行泵以優(yōu)化其性能。同樣典型優(yōu)選的是， 即使當(dāng)泵的運(yùn)行壓力波動(dòng)時(shí)，仍能夠保持泵以近似的額定馬力級(jí)運(yùn)行。
目前，市場(chǎng)上需要這樣一種泵即使當(dāng)泵運(yùn)行處的壓力發(fā)生波
動(dòng)時(shí)，泵也能夠保持達(dá)到10000psi范圍及以上的恒定馬力輸出(即，需要
以相對(duì)高的壓力運(yùn)行的壓力補(bǔ)償泵)。然而，目前可獲得的壓力補(bǔ)償泵，最
好也只能在達(dá)到2000至5000 psi的范圍內(nèi)運(yùn)行。同樣，即使在這些相對(duì) 低的壓力處，當(dāng)前可獲得的壓力補(bǔ)償泵也是復(fù)雜、昂貴且笨重的機(jī)構(gòu)。目前在10000+psi范圍內(nèi)運(yùn)行的可獲得的泵為多級(jí)泵，并因此 沒(méi)有設(shè)置連續(xù)的壓力補(bǔ)償。確切地，每當(dāng)泵的上升的運(yùn)行壓力促使轉(zhuǎn)化或 過(guò)渡至一個(gè)新階段時(shí)，這些多級(jí)泵就經(jīng)歷輸出功率的下降。每當(dāng)泵的上升 的運(yùn)行壓力促使到達(dá)一個(gè)新階段的轉(zhuǎn)化或過(guò)渡時(shí)，這些多級(jí)泵就經(jīng)歷輸出 功率的下降。換句話說(shuō)，這些泵與壓力補(bǔ)償泵比較相對(duì)無(wú)效。此外，用在 包括復(fù)雜、昂貴且笨重的這種泵中的下降機(jī)構(gòu)(st印-down mechanism)為 每個(gè)階段運(yùn)動(dòng)沖擊板和/或閥板或者無(wú)負(fù)載閥。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，泵10為無(wú)限變化單級(jí)壓力補(bǔ)償泵 (即，無(wú)限級(jí))，其能夠在從大約lpsi至大約10000psi及以上的任何位置 處運(yùn)行。如圖1和2所圖示，泵10的部件被設(shè)計(jì)得相對(duì)簡(jiǎn)單，并且將如下 面所述，泵10的運(yùn)行是相對(duì)有效的。圖3圖示了圖1所示的泵10的橫截面的一部分，其中凸輪軸 17處于完全行程位置(即，球28B和28C最靠近位于凹槽26的最淺部分 中的活塞30的位置)。圖4圖示了圖1所示的泵10的橫截面的一部分，其 中凸輪軸17處于完全無(wú)行程位置(即，球28B和28C最靠近位于凹槽26 的最深部分中的活塞30的位置)。圖4也圖示了連接到泵10的高壓通道的 導(dǎo)向壓力口 (pilot pressure port) 46。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，所述 壓力被用于控制導(dǎo)向活塞22的位置。在實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解的是， 當(dāng)凸輪17如圖3所示定位并通過(guò)電動(dòng)機(jī)12 (圖l所示)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活塞30 經(jīng)歷由泵10所允許的最大程度的行程并提供最多的流量以保持給定的馬 力。另一方面，當(dāng)凸輪17如圖4所示定位時(shí)，活塞30經(jīng)歷仍允許泵10如 計(jì)劃所運(yùn)行的最小程度的行程。下述凸輪17的位置調(diào)整將允許泵10在泵 10的運(yùn)行壓力處提供所需要的最大馬力。
圖5圖示了三條代表性的馬力曲線。實(shí)線是基于理論的馬力數(shù)
據(jù)，而兩條虛線是基于沒(méi)有沿著馬力曲線前進(jìn)的兩個(gè)典型的兩級(jí)泵的測(cè)量
數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，凸輪17的輪廓(profile)(即，凹槽 26的曲率)同彈簧組件16的設(shè)計(jì)(即，包括在彈簧組件16中的彈簧在受 壓時(shí)所施加的相對(duì)推力)以及導(dǎo)向活塞力的關(guān)系一起，使泵10保持沿著圖 5所示的理論馬力曲線運(yùn)行。如上述記載，盡管可以使用理論值，但是馬 力曲線的形狀典型地經(jīng)由實(shí)證研究來(lái)判定。定義馬力曲線的公式為指數(shù)函 數(shù)并且利用在使泵10的馬力輸出最大化的不同的運(yùn)行壓力和不泵10的同 的的流量體積下所拾取的數(shù)百個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，馬力曲線是平滑的以便連續(xù)。這考 慮到凸輪17中的凹槽26也為平滑且連續(xù)的。當(dāng)泵10運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)向活塞 22將力施加到凸輪17上，所述力典型地等于泵10本身正在運(yùn)行處的壓力 或者為泵IO本身正在運(yùn)行處的壓力的函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，閉 合反饋環(huán)路信號(hào)用于控制導(dǎo)向活塞22 (下面討論)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè) 實(shí)施例，能夠提供手動(dòng)或自動(dòng)接合部以控制導(dǎo)向活塞22。同樣，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員在實(shí)施本發(fā)明時(shí)變得清晰的控制導(dǎo)向活塞22的其他裝置也在本 發(fā)明的范圍內(nèi)。不論如何控制，通過(guò)導(dǎo)向活塞22直接或間接施加到凸輪17上 的力將凸輪17定位在相對(duì)活塞30處于泵10的運(yùn)行壓力基本最理想的位置 處。換句話說(shuō)，凸輪17被定位以使得球28A、 28B、 28C、 28D促使活塞30 至提供用于泵10的流率的行程距離，所述用于泵10的流率基本最優(yōu)化了 泵10在其運(yùn)行壓力處的額定馬力。返回到圖3和4的討論，在圖3所示的完全行程位置，泵10以 相對(duì)低的壓力(例如，僅少量psi)輸送相對(duì)高的流率。在圖4所示的完 全無(wú)行程位置，泵以相對(duì)高的壓力(例如，在6000和10000psi之間或更 多)輸送相對(duì)低的流率。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，導(dǎo)向活塞22可以被用 于將凸輪、7定位在完全行程位置和完全無(wú)行程位置之間的任意位置。因 此，使泵10的馬力基本最大化的所有流率和相關(guān)的壓力都是可獲得的。換 句話說(shuō)，泵10為用極少量部件的運(yùn)動(dòng)來(lái)運(yùn)行的無(wú)限可定位壓力補(bǔ)償泵。
根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，環(huán)繞圖2所示的前偏心裝置44定位 的每個(gè)活塞30具有環(huán)繞泵軸14的縱軸A關(guān)于后偏心裝置45定位的相應(yīng)的 復(fù)活塞(sister piston) 30。然而，本發(fā)明內(nèi)的其他形狀也是可能且可預(yù) 料到的。例如，根據(jù)包括5個(gè)活塞30的本發(fā)明的實(shí)施例，5個(gè)活塞可以制 成行星狀或五角形形狀(即，活塞可以相互偏置72度)。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，每個(gè)偏心裝置44、 45中的活塞組的 合成矢量與另一偏心裝置44、45中的活塞組的合成矢量有180°的相位差。 所述特征防止了圖2所示的偏心裝置44、 45扭轉(zhuǎn)凸輪17并因此至少基本 上消除了在泵10中設(shè)置平衡塊的需要。而所述運(yùn)行方法降低了泵10的整 個(gè)成本和復(fù)雜性。盡管在圖2中僅圖示了兩個(gè)偏心裝置44、 45，但是根據(jù)本發(fā)明 的另一實(shí)施例，可以利用三個(gè)或更多偏心裝置。例如，當(dāng)在泵10中包括3 個(gè)偏心裝置時(shí)，每個(gè)活塞具有與活塞30同相地運(yùn)行的兩個(gè)復(fù)活塞并且每個(gè) 復(fù)活塞關(guān)于泵軸14的縱軸A偏置120。。相似地，例如，當(dāng)包括四個(gè)偏心 裝置時(shí)，每個(gè)活塞30具有三個(gè)同相的復(fù)活塞。因此，根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí) 施例，通過(guò)第一活塞施加在凸輪17上的力基本總是由一個(gè)或多個(gè)同相偏置 的復(fù)活塞施加在凸輪17上的力平衡。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種運(yùn)行泵的方法。根據(jù)一 些所述實(shí)施例，泵(例如，上述討論的泵IO)在第一壓力級(jí)(例如，大約 1000psi)處被運(yùn)行。例如，同樣的泵也可在被選擇為至少基本與驅(qū)動(dòng)泵的 電動(dòng)機(jī)的功率級(jí)一致的第一功率輸出級(jí)(例如，根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例 的大約1.5馬力)處被運(yùn)行。然后，泵被運(yùn)行處的第一壓力級(jí)被變換為第二壓力級(jí)。根據(jù)本 發(fā)明的特定實(shí)施例，所述第二壓力級(jí)在根據(jù)其他實(shí)施例的其他實(shí)施例中的 大約6000psi之上或大約10000psi之上或甚至更高。在泵的運(yùn)行壓力級(jí)從第一壓力級(jí)向第二壓力級(jí)(或者甚至到其 他等級(jí))的變換期間，本發(fā)明的特定實(shí)施例基本保持第一功率輸出級(jí)。執(zhí) 行保持第一功率輸出級(jí)的一個(gè)示范性方法包括允許導(dǎo)向活塞22隨著泵的
14壓力升高和降低沿著縱軸A運(yùn)動(dòng)。根據(jù)所述實(shí)施例，凸輪17通過(guò)導(dǎo)向活塞
22被移動(dòng)到沿著縱軸A的多個(gè)位置。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，彈簧組件16和導(dǎo)向活塞 22被具體地設(shè)計(jì)為隨著泵10的運(yùn)行壓力的變化在圖1所示的凸輪17的凹 槽26中移動(dòng)球28A、 28B、 28C、 28D。更具體地，球28A、 28B、 28C、 28D 在凹槽26中被移動(dòng)，以使得隨著球28A、 28B、 28C、 28D環(huán)繞縱軸A旋轉(zhuǎn)， 活塞30將被移動(dòng)能保持泵10的額定功率輸出級(jí)的距離。因此，可以利用 圖1所示的部件實(shí)現(xiàn)上述基本保持泵的第一功率輸出級(jí)。上述方法也可包括通過(guò)設(shè)置平衡流體位移機(jī)構(gòu)來(lái)最小化泵的振 動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，所述步驟可以通過(guò)使如圖2所示的泵10的 活塞30的位置偏置以及通過(guò)使相互異相地運(yùn)行活塞30運(yùn)行以使凸輪17上 的每個(gè)活塞的力偏置來(lái)被實(shí)施。圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的又另一個(gè)實(shí)施例的活塞夾頭60的橫截 面?；钊麏A頭60包括在泵室62中的上述活塞30中的一個(gè)。機(jī)油輸入口 64位于圖6所示的夾頭60的橫截面的頂部和底部。入口制逆球(check ball) 66和制逆球引導(dǎo)部68也在圖6中圖示且定位到輸入口64右邊。具 有鄰接其定位的輸出制逆球74的機(jī)油輸出口 76位于泵室62側(cè)面。夾頭 60也包括在其外側(cè)的鋸齒螺紋48和在活塞30和活塞夾頭60中的一端之 間延伸的活塞復(fù)位彈簧50。圖6所示的活塞夾頭60為獨(dú)立泵元件，其不僅可以用作與圖1 所示的泵10結(jié)合，也可用作與其他的泵和設(shè)備結(jié)合。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員 而言，在實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例時(shí)，使用活塞夾頭60的其他類型 的泵和設(shè)備將變得清晰。如圖6所示，活塞30定位于活塞夾頭60的中心。更具體地， 活塞30位于泵室62中并且起著在泵10中泵送機(jī)油的泵活塞的作用。如上 所述，活塞30隨著其與圖1-4所示的偏心裝置中的一個(gè)或多個(gè)相接觸而移 動(dòng)。然而，傳統(tǒng)的(即，固定位移)凸輪軸或其他元件也可被用來(lái)移動(dòng)活 塞30。
隨著圖6所示的活塞30移動(dòng)到右邊，吸力制逆球66通過(guò)由活 塞30的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的吸力被朝向活塞30牽引。活塞30也環(huán)繞吸力制逆球 66通過(guò)輸入口 64將機(jī)油吸入到泵室62中。因?yàn)檩敵鲋颇媲?4通過(guò)活塞 吸力被向內(nèi)牽引并且通過(guò)朝基座偏壓的C形彈簧78 (圖7所示)被保持在 適當(dāng)位置上，因此當(dāng)機(jī)油如上所述被吸入到泵室62中時(shí)，圖6所示的輸出 制逆球74防止機(jī)油流過(guò)輸出口 76。
緊靠在制逆球66右邊的是制逆球引導(dǎo)部68，所述制逆球引導(dǎo) 部68容納制逆球66并可以由任何材料制成，但是其通常由塑料制成。球 引導(dǎo)部68包括多個(gè)相對(duì)制逆球引導(dǎo)部68中心地引導(dǎo)制逆球66的凸起部 70。球引導(dǎo)部68也包括多個(gè)允許機(jī)油從輸入口 64傳送到泵室62中的凹槽 72。
如圖6所示，活塞夾頭60中也包括定位在制逆球66和制逆球 引導(dǎo)部68之間的彈簧73。所述彈簧73朝輸入口 64偏壓制逆球66，并且 當(dāng)活塞30沒(méi)有產(chǎn)生吸引壓力時(shí)，制逆球66緊靠輸入口 64定位并防止機(jī)油 流過(guò)。
當(dāng)活塞30移動(dòng)到圖6的左邊時(shí)，輸入口 64至少基本被吸力制 逆球66密封。同樣，輸出制逆球74被從活塞30推開(kāi)并且推動(dòng)機(jī)油通過(guò)位 于泵室62側(cè)面的輸出口 76。
圖7為圖6所示的活塞夾頭60的周視圖。如圖7所示，低壓機(jī) 油輸出凹槽92將流體導(dǎo)入到輸入口 64。同樣，C形彈簧78包繞著在活塞 開(kāi)頭60的外側(cè)上的高壓機(jī)油輸出凹槽80纏并越過(guò)輸出口 76延伸。因此， 當(dāng)活塞30移動(dòng)到圖6的右邊時(shí)，C形彈簧78防止輸出制逆球74完全離開(kāi) 夾頭60。應(yīng)注意的是，根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，突出部或其他凸起57 位于C形彈簧78的內(nèi)表面上。所述凸起57被典型地插入到形成在高壓機(jī) 油輸出凹槽80中的保持槽口 59中，并防止C形彈簧78環(huán)繞夾頭60轉(zhuǎn)動(dòng)。
此外，在圖7中所示的為螺紋區(qū)域82，其典型地包括允許夾頭 60擰到泵或其他設(shè)備上從而固定夾頭60的位置的螺紋(例如，圖6所示的 鋸齒螺紋48)。當(dāng)然，也可以使用其他的聯(lián)結(jié)方法(例如，聯(lián)結(jié)裝配)。在16圖7中圖示了前述的活塞復(fù)位彈簧50并且所述活塞復(fù)位彈簧50推壓活塞 30。當(dāng)沒(méi)有其他力的反作用時(shí)，所述彈簧50將活塞30回復(fù)到圖7右手側(cè) 的位置。此外，在圖7中圖示了一對(duì)高壓0形密封圈86和分開(kāi)的低壓0形 圈88。 一對(duì)0形圈密封86被設(shè)計(jì)為防止夾頭60的機(jī)油泄露。
圖8圖示了圖2所示的泵圈分組件25的半透明立體圖，其包括 三個(gè)諸如圖7唯一所示的夾頭60和容納上述潤(rùn)滑活塞31的一個(gè)潤(rùn)滑夾頭 61。圈分組件25也圖示了允許螺栓通過(guò)圈分組件25插入以將圈分組件25 連接到上述泵10的其他部件上的螺栓孔63。
當(dāng)機(jī)油被泵出夾頭60時(shí)，機(jī)油流入高壓機(jī)油輸出凹槽80。同 樣，應(yīng)注意的是，存在圖8所示的低壓輸入機(jī)油通道96，其允許機(jī)油從油 罐32 (圖l所示)行進(jìn)到夾頭的輸入凹槽92。
圖9圖示了圖8所示的泵圈分組件25的另一半透明立體圖。在 機(jī)油流入圖8所示的高壓機(jī)油輸出凹槽80以后，機(jī)油典型地流過(guò)圖8所示 的輸出孔通道94中的一個(gè)并朝泵10的泵輸出口40 (見(jiàn)圖9)流出。所述 機(jī)油典型地流過(guò)圖9所示的渠道81中的一個(gè)。圖10圖示了圖1所示的泵 IO的典型設(shè)備的立體圖。
本發(fā)明的特定實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)活塞30處于完全行程時(shí)， 上述幾何形狀最小化了泵室62中的死區(qū)容積量。換句話講，因?yàn)闄C(jī)油在某 種程度上可壓縮，因此泵室62的尺寸被最小化并且存在當(dāng)前待壓縮的少量 的機(jī)油以使泵10的效率最大化的事實(shí)。保持兩個(gè)輸出口 40較小并且靠近 活塞30的端部行程使死區(qū)容積最小化。
然而本發(fā)明的特定實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)與夾頭60的螺紋特征 使得夾頭60可從泵10上方便且完全地可拆卸下來(lái)的事實(shí)有關(guān)。由于制逆 球引導(dǎo)部68可以被設(shè)計(jì)為可從夾頭60容易地拆卸下來(lái)(例如，僅通過(guò)松 開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)突出部)，引導(dǎo)部68還可以有效地成本維修或由另一個(gè)引 導(dǎo)部代替而又不會(huì)中斷在任何延長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間內(nèi)的泵使用。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，例如，提供了一種運(yùn)行諸如活塞夾 頭60的活塞的方法。所述方法包括將液壓液(例如機(jī)油)引入到活塞室(例如，泵室62)中。所述方法也包括利用活塞將力作用于所述腔室中的液壓液。例如，所述步驟可以通過(guò)將圖6中的活塞30移動(dòng)到左邊從而將壓力作 用到泵室62中的機(jī)油上來(lái)實(shí)施。
除上述之外，所述方法也包括從多個(gè)出口 (例如，口76)釋放 液壓液，其中當(dāng)活塞將力作用于液壓液時(shí)，出口中的至少一個(gè)通過(guò)活塞保 持基本開(kāi)放。換句話說(shuō)，當(dāng)利用夾頭60實(shí)施所述步驟時(shí)，在運(yùn)行期間，活 塞30的行程沒(méi)有完全阻塞出口 76。
根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，所述方法也包括當(dāng)活塞從出口被移 開(kāi)時(shí)利用可移動(dòng)障礙物(例如，輸出制逆球74)基本密封多個(gè)出口中的一 個(gè)出口。所述方法還包括利用保持器(例如，C形彈簧78)基本圍繞活塞 室。然后，所述方法可包括利用保持器防止可移動(dòng)障礙物從活塞夾頭上完 全脫離。換句話說(shuō)，當(dāng)活塞30移動(dòng)到圖6的左邊時(shí)，C形彈簧78可被用 作防止輸出制逆球74離開(kāi)夾頭。
所述方法也包括包含作為活塞室的器件的殼體(圖6中作為98 項(xiàng)所圖示)。所述方法還包括設(shè)置在殼體上螺紋部(例如，螺紋部82)，從 而便于將殼體從泵上拆卸下來(lái)。換句話說(shuō)，因?yàn)槁菁y，夾頭60的殼體98 可以被擰下并由新的夾頭60來(lái)代替。
以上所述泵10和夾頭60可以以多種方式實(shí)施。例如，圖9圖 示了上述泵IO的典型設(shè)備的立體圖。圖10然后圖示了圖6和7所示的活 塞夾頭60的另一立體圖。最后，圖11圖示了圖8所示的泵圈分組件25的 另一半透明立體圖。
除上述之外，所述方法也包括允許液壓液通過(guò)入口 (例如，口 64)進(jìn)入腔室并在活塞朝入口移動(dòng)時(shí)基本密封入口。典型地，這可以利用 吸力制逆球66實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，所述方法可包括利用凸起基本密封入口的可 移動(dòng)障礙物的部分限制運(yùn)動(dòng)。所述步驟可以利用制逆球引導(dǎo)部68和其上的 凸起部70實(shí)施。最后，所述方法可包括允許液壓液流過(guò)基本密封入口的可 移動(dòng)障礙物中的渠道。所述步驟可以利用上述凹槽80實(shí)施。
從詳細(xì)的說(shuō)明中，本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點(diǎn)是明顯的，并因此意圖通過(guò)隨附的權(quán)利要求覆蓋落入本發(fā)明的實(shí)際宗旨和范圍內(nèi)的本發(fā)明的 所有特征和優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步，由于眾多修改和變化是本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易 想到的，因此不要求將本發(fā)明局限于所圖示和描述的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)和操作，并 且相應(yīng)地，所有適當(dāng)?shù)男薷暮偷韧锟梢员辉V諸于落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種泵，包括活塞，其沿第一軸可移動(dòng)；偏心凸輪，其關(guān)于第二軸定位，其中所述第二軸基本垂直于所述第一軸；執(zhí)行器，其鄰近所述凸輪定位并被配置為使所述凸輪沿著所述第二軸運(yùn)動(dòng)；第一近凸輪軸承，其定位在所述活塞和所述凸輪之間，其中當(dāng)所述凸輪沿著所述第二軸運(yùn)動(dòng)時(shí)所述第一近凸輪軸承保持基本沿著所述第一軸定位。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的泵，其中所述執(zhí)行器包括彈簧組件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的泵，其中所述彈簧組件包括具有第一彈簧常 數(shù)的第一彈簧和具有第二彈簧常數(shù)的第二彈簧。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的泵，其中所述第一彈簧常數(shù)和所述第二彈簧 常數(shù)不相等。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的泵，其中所述執(zhí)行器包括銷，其配置為沿著所述第二軸向所述凸輪施加壓力；以及 近銷軸承，其定位在所述銷和所述凸輪之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的泵，進(jìn)一步包括凸輪軸，其基本圍繞所述凸輪的一部分和所述執(zhí)行器的一部分。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的泵，進(jìn)一步包括 近凸輪軸軸承，其基本圍繞所述凸輪軸。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的泵，其中所述偏心凸輪包括形成在其外部的 凹槽，并且其中所述第一近凸輪軸承定位在所述凹槽中。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的泵，進(jìn)一步包括第二近凸輪軸承，其關(guān)于所述凸輪從所述第一近凸輪軸承偏置并且被 定位，以使得當(dāng)所述凸輪關(guān)于所述第二軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述第一近凸輪軸承和 所述第二近凸輪軸承相互異相運(yùn)動(dòng)180° 。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的泵，進(jìn)一步包括第三近凸輪軸承，其關(guān)于所述凸輪從所述第一近凸輪軸承和所述第二 近凸輪軸承這兩者都偏置并且進(jìn)一步被定位，以使得當(dāng)所述凸輪關(guān)于所述 第二軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述第一近凸輪軸承、所述第二近凸輪軸承和所述第三近 凸輪軸承相互異相運(yùn)動(dòng)以平衡所述泵。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的泵，進(jìn)一步包括軸承引導(dǎo)部，其鄰接所述第一近凸輪軸承定位并被配置為使所述第一 近凸輪軸承相對(duì)于所述活塞的橫向運(yùn)動(dòng)最小化。
12、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的泵，進(jìn)一步包括潤(rùn)滑活塞，其鄰近所述凸輪定位并被配置為向潤(rùn)滑液提供到所述凸輪 的路徑。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的泵，進(jìn)一步包括第二近凸輪軸承，其定位在所述潤(rùn)滑活塞和所述凸輪之間，其中當(dāng)所 述凸輪沿著所述第二軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述第二近凸輪軸承保持基本沿著所述第 一軸定位。
14、 一種運(yùn)行泵的方法，所述方法包括 以第一壓力級(jí)和第一功率輸出級(jí)來(lái)運(yùn)行所述泵；將所述泵被運(yùn)行處的所述第一壓力級(jí)變換為大約6000psi以上的第二 壓力級(jí)；以及隨著將所述泵從在所述第一壓力級(jí)處的運(yùn)行變換為在所述第二壓力級(jí) 處的運(yùn)行而基本保持所述第一功率輸出級(jí)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括將所述泵被運(yùn)行處的所述第二壓力級(jí)變換為大約10000psi以上的第 三壓力級(jí)；以及隨著將所述泵從在所述第二壓力級(jí)處的運(yùn)行變換為在所述第三壓力級(jí) 處的運(yùn)行而基本保持所述第一功率輸出級(jí)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括通過(guò)對(duì)被設(shè)置為驅(qū)動(dòng)流體位移機(jī)構(gòu)的凸輪設(shè)置逆向平衡液體位移機(jī)構(gòu) 來(lái)最小化所述泵的振動(dòng)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括通過(guò)在所述泵的凸輪和在所述泵運(yùn)行期間調(diào)節(jié)凸輪的位置的執(zhí)行器之 間設(shè)置推力軸承組件來(lái)最小化泵的扭矩臂。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括通過(guò)在所述泵的凸輪和在所述泵運(yùn)行期間調(diào)節(jié)凸輪的位置的執(zhí)行器之 間設(shè)置球來(lái)最小化泵的扭矩臂。
19、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括選擇所述第一功率輸出級(jí)以與驅(qū)動(dòng)所述泵的電動(dòng)機(jī)的功率級(jí)基本一致。
20、 一種泵，包括 平移裝置，其用于沿第一軸平移；轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其用于關(guān)于第二軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其中所述第二軸基本垂直于所述 第一軸；執(zhí)行裝置，其用于使所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置沿著所述第二軸運(yùn)動(dòng)；以及滾動(dòng)裝置，其用于環(huán)繞所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的外表面滾動(dòng)，其中所述滾動(dòng)裝 置定位在所述平移裝置和所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置之間，并且其中當(dāng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置沿 著所述第二軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述滾動(dòng)裝置保持基本沿著所述第一軸定位。
21、 一種運(yùn)行泵的方法，所述方法包括關(guān)于第一軸來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)偏心狀凸輪；沿著所述第一軸平移所述凸輪；隨著所述凸輪沿著所述第一軸平移，沿著與所述凸輪鄰近的軸承的第 一軸來(lái)保持位置；隨著所述凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將鄰近所述軸承定位的活塞與所述軸承一起推動(dòng);以及隨著所述凸輪沿著所述第一軸平移，保持來(lái)自于所述泵的基本恒定的 功率輸出級(jí)。
全文摘要
一種泵，其包括沿著第一軸可移動(dòng)的活塞和環(huán)繞第二軸定位的偏心凸輪，其中第二軸基本垂直于第一軸。所述泵也包括鄰近凸輪定位并且配置為沿著第二軸移動(dòng)凸輪的執(zhí)行器。此外，所述泵進(jìn)一步包括定位在活塞和凸輪之間的近凸輪軸承，其中當(dāng)凸輪沿著第二軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，近凸輪軸承保持基本沿著第一軸定位。
文檔編號(hào)F04B35/00GK101535641SQ200780033832
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月12日
發(fā)明者唐納德·E·布萊克曼, 詹姆斯·M·海姆, 邁克爾·蘭德拉斯, 道格拉斯·米勒 申請(qǐng)人:Spx公司