一种滑片泵的定子曲线及具有该定子曲线的叶片泵

摘要

本发明公开了一种可减小滑片泵磨损的定子曲线及具有该定子曲线的滑片泵。泵内有一段与转子为同心圆弧的定子，使得带有全部工作负载的滑片，在与转子一起转动时，可相对于转子静止不动，并把油液直接压向排出口，同时通过对泵的吸入口及排出口范围的配置，使得正当相对于转子作伸缩动动的滑片不带工作负载，可轻松伸缩。不仅如此，本发明滑片泵的定子曲线，均采用圆弧过渡衔接，较其它函数曲线的定子，更容易制造，而且精度更高。

说明书

一、技术领域：本发明涉及一种容积式的回转泵，尤其与滑(叶) 片泵有关。

二、背景技术：泵的种类很多，均因其各自独特的结构而具有各自 的优缺点。滑片泵也因其结构的原因，有着容积效率高、流量脉动小等优 点，但同样也因为自身的结构原因，存在着一些难以克服的缺点：因为滑 片相对于转子伸出的动力，来自于滑片的离心力或加上滑片底部的弹簧 力，如果泵是空载运转的，则滑片的伸出力量可以很小，但由于滑片泵是 依靠滑片伸长时，滑片之间所形成的密封腔的增大而吸入油液的，因此滑 片必须有足够大的伸出力量，否则便无法吸入油液；同样地，滑片相对于 转子的缩进的动力，来自于定子内壁对滑片顶端的压迫推力，由于滑片泵 工作时有一个额定的工作压强，这实际上意味着泵内的滑片平面上也存在 一个相同的压强，产生的压力垂直于滑片平面，方向与泵的旋转方向相反， 这个作用在滑片平面上的巨大的压力，给滑片与转子之间的相对滑动造成 了很大的阻力，而此时定子曲线不但要克服此前滑片伸出时的伸出力量， 而且又必须克服这个因压强而引起的滑动阻力，方可将滑片顶入转子内， 因此滑片顶端会穿破与定子之间的流体膜层而造成滑片与定子的磨损，并 发热、发出噪声，大大地缩短了滑片泵的使用寿命。

三、发明内容：本发明的任务是提供一种能降低滑片泵磨损的定子 曲线和具有该定子曲线的滑片泵。

为了完成上述任务，本发明的解决方案是：

首先设计一条定子曲线，将环形的定子曲线分为四段不同的圆弧线 (本发明为了说明的便利，将这四条连成环形的曲线进行上、下、左、右 的四个位置的定位，当然其它的定位也可以，但其道理是一样的)：第一 段是离转子中心最远处的定子曲线，它是一段与转子为同心圆弧的圆弧 线，本发明称该段定子为同心圆弧段定子，并将其定位在定子的最上面； 第二段是位于同心圆弧段定子的对面，即定子的最下面的一段定子，这是 一段与转子为同心圆弧，且贴着转子表面，与转子始终保持密封的圆弧形 定子，本发明称其为密封圆弧段定子；第三段是位于定子左侧的一段圆弧 形定子，它的两端分别与同心圆弧段定子的左端和密封圆弧段定子的左端 圆滑连接，这段定子曲线也是一段圆弧，它的圆心在转子中心与同心圆弧 段定子左端的连线上，本发明称该段定子为左偏心圆弧段定子；第四段是 位于定子右侧的一段圆弧形定子，它的两端分别与同心圆弧段定子的右端 和密封圆弧段定子的右端圆滑连接，这段定子曲线也是一段圆弧，它的圆 心在转子中心与同心圆弧段定子右端的连线上，本发明称该段定子为右偏 心圆弧段定子。将这四段定子按位置依次圆滑地连接后，便成为本发明的 定子曲线。

其二是泵的进油口和出油口在泵内分布范围的确定，本发明将泵的 进油口在泵内的分布范围，称为吸入口区，将泵的出油口在泵内的分布范 围，称为排出口区，吸入口区与排出口区分别位于定子的左右两侧。滑片 从转子中逐渐伸出，至伸展到最大值并与同心圆弧段定子接触，这个过程 让其全部在吸入口区内进行；滑片从同心圆弧段定子的末端开始，在定子 内壁的压迫下逐渐缩入转子内，直至完全进入转子内，这个过程让其全部 在排出口区进行。吸入口区到排出口区在同心圆弧段定子上的最小距离， 必须大于转子上的两个相邻滑片落在同心圆弧段定子上时的净距离(前一 滑片的后背面到后一滑片的前面之间的距离)否则吸入口区与排出口区有 时会直接流通。

吸入口区和排出口区在定子的左右两侧，向下延伸的情况，与普通 的滑片泵一样分别到达密封圆弧段定子的左右两端为止，本发明这里将不 再讨论，但吸入口区与排出口区在同心圆弧段定子上的分布是本发明的讨 论主题，因此，本发明凡是提及吸入口区到排出口区之间的距离及分布范 围等，皆指在同心圆弧段定子的位置上。

其三，同心圆弧段定子和其它各段定子的长度的确度：

如果不考虑与吸入口区与排出口区的配套，则同心圆弧段定子的最 小长度，至少要超过转子上的两个相邻滑片的顶端之间落在同心圆弧段定 子上时所占的距离(前一滑片的前面与后一滑片的后背面在同心圆弧段定 子上的距离)。如果考虑与吸入口区和排出口区的配套，则同心圆弧段定 子的长度，在减去两个滑片的厚度后，仍大于吸入口区到排出口区之间在 同心圆弧段定子上分布的最小距离。密封圆弧段定子的密封长度可以很 短，只要能够承受泵的额定工作压强即可。左偏心圆弧段定子和右偏心圆 弧段定子，一般以长一些为好，可以延长滑片的伸缩运动的时间，减小定 子内壁对滑片顶端的作用力，从而减小滑片与定子内壁的磨损。

上述滑片泵在运转时(作顺时针方向转动，以后如无特殊说明，均 以顺时针方向作为转子转动的方向)，滑片从转子内伸出，直至伸长进入 同心圆弧段定子的左端内，这个滑片的伸出过程全部是在吸入口区内进行 的，滑片没有与定子等发生密封，滑片的正反两面均与泵的外口相通，正 反两面承受的压强是相同的，滑片上没有工作负荷，它既不需要吸取油液， 也不需要向排出口区压送油液，因此滑片的伸出十分轻松，滑片伸出所需 的离心力或加上弹簧力相对较小(普通的滑片泵随着滑片的伸长，相邻滑 片所构成的容积也会随着增大，油液便被吸入其中，使滑片伸长时所需的 离心力或加上弹簧力大大增加，然而滑片伸长的离心力或加上弹簧力被加 大后，必将导致滑片在转子上缩进时的阻力也随之加大，使定子内壁对滑 片顶端的压迫力加大，最终加剧滑片与定子之间的磨损)；当滑片进入同 心圆弧段定子，并离开吸入口区时，滑片便与同心圆弧段定子发生密封， 滑片的正面将推动油液压向排出口区，滑片的背面形成一个低压，将油液 吸入泵内，此时滑片已承受了整个泵的全部工作负荷。但是由于同心圆弧 段定子与转子有着相同的圆心，因此滑片相对于转子是静止不动的，无论 滑片承受多大的负荷，滑片与定子及转子等都不会发生磨损；当滑片运动 到同心圆弧段定子的末端，并进入排出口区时，滑片的正反两面均已与排 出口区相通，排出口区的额定工作压强，立即传递到滑片的背面，使滑片 背面的低压消除而变为与滑片的前面相同的压强，此时滑片因正反面的压 强相同而失去了工作负荷(这个工作负荷已由后面接上来的滑片所承受)， 右偏心圆弧段定子便可轻松地将滑片压入转子内。由于此前滑片伸出时所 需的离心力或加上弹簧力都较小，因此，此时定子压迫滑片顶端的力也可 以较小，不但达到减少磨损的目的，还节约了能耗。

从上述泵的运转可以看出，本发明关键是两个方面：第一是使承受 工作负荷的滑片相对于转子静止，滑片相对于转子静止时，滑片顶端随转 子转动时的运动轨迹，必定是与转子为同心圆的圆弧，因此同心圆弧段定 子可与滑片保持密封而不会磨损；第二是使伸缩运动中的滑片不承受工作 负荷，因为这样可以减小滑片相对于转子滑动的阻力，滑片在转子上的伸 出与缩进都是在吸入口区和排出口区进行的，滑片没有发生密封，自然也 就没有工作负荷，滑片的伸缩便十分轻松，磨损也就很小。如果考虑排出 口区存在的工作压强，则右偏心圆弧段定子对滑片顶端的压迫推力可以更 小，因为排出口区的工作压强，有利于滑片向转子内部的缩进。当然，排 出口区的工作压强不会将同心圆弧段定子上的滑片推入转子内部的，因为 同心圆弧段定子上伸出的滑片，它的正面(转动方向上的一面)有一个工 作压强，强大的工作压力，将滑片与转子之间的滑动阻力大幅度地提高， 再加上还有滑片的离心力或加上弹簧力，同时由于滑片的背面是一个低压 区，滑片顶端上的压力难以形成，因此泵的工作压力不可能把位于同心圆 弧段定子上的滑片推入转子内部的。

另外，本发明滑片泵的定子曲线，用于一般的滑片泵，如果没有严 格考虑吸入口区与排出口区的配套，只要同心圆弧段定子的长度超过转子 上两个相邻滑片顶端之间在同心圆弧段定子上所占的距离，一般也可以减 小磨损和降低噪音，因为同心圆弧段定子离转子最远，其上的滑片的工作 负荷最大，却不会与定子发生磨损，也就没有噪音。虽然滑片离开同心圆 弧段定子后与一般的滑片泵一样，但毕竟负荷较小，磨损就较小，噪音也 较低。除此之外，本发明滑片泵的定子曲线，全部采用了圆弧连接，特别 是左右两侧的偏心圆弧段定子曲线，较其它的函数曲线，可大大节省生产 成本，同时又具有较高的精度，因此具有很高的实用价值。

四、附图说明：

图1是本发明滑片泵的定子曲线及作法示意图。

图2是本发明滑片泵的左偏心圆弧段定子与右偏心圆弧段定子与密 封圆弧段定子的两端使用切线连接的作法示意图。

图3是本发明的第一实施例的滑片泵的工作原理示意图。

图4是本发明的第二实施例在同心圆弧段定子的末端安装有卸荷轮 的滑片泵示意图。

图5是本发明的第三实施例在同心圆弧段定子的末端安装有卸荷孔 的滑片泵示意图。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

五、具体实施方式：

如图1，图中定子(2)上的AB段是与转子(1)为同心圆的圆弧， 是图中用虚线表示的圆的一部分，它的圆心也是转子(1)的中心O点， 本发明称其为同心圆弧段定子(3)，DC段定子是紧靠转子(1)表面，并 与转子(1)保持密封的一段圆弧，本发明称其为密封圆弧段定子(4)， 左边AD段定子是圆心为Q点的一段圆弧，本发明称其为左偏心圆弧段定 子(5)，右边BC段定子是圆心为P点的一段圆弧，本发明称其为右偏心 圆弧段定子(6)。为了简单图形，滑片(7)只画了相邻的两个，吸入口 区(8)和排出口区(9)均用点划线表示，吸入口区(8)与排出口区(9) 均与泵的进油口和出油口相通，为求简单，本发明以后也将吸入口区(8) 与排出口区(9)当作泵的进油口和出油口进行描述。图中的定子曲线非 常简单，先根据转子(1)上的两个相邻滑片之间的夹角，定出同心圆弧 段定子A、B两点的位置，如果不考虑吸入口区(8)与排出口区(9)的 严格配套，则只要AB段定子大于两个滑片端头EF之间所占有的总长度， 便可获得比现行普通滑片泵磨损较小的定子曲线，因为同心圆弧段定子已 承担了整个泵的大部分工作负荷；如果考虑吸入口区(8)及排出口区(9) 的配套使用，则A、B两点间的距离在减去两个滑片的厚度后必须仍大于 吸入口区(8)到排出口区(9)之间的最小距离，而吸入口区(8)到排 出口区(9)之间的最小距离必须大于转子上的两个相邻滑片之间在同心 圆弧段定子上的净距离(滑片F的左面到滑片E的右面之间的距离)，否 则有时会出现吸入口区(8)与排出口区(9)直接流通的情况。在确定A、 B两点后，再确定C、D两点，C、D两点的密封长度很小，只要能与转 子保持密封，能承受泵的设计压强便可。然后作OA及AD的连线(图中 用虚线表示，以下均相同)，再作AD的垂直平分线与OA相交于Q点， 过Q点作半径为QA的圆弧至D点，圆弧AD便是左偏心圆弧段定子(5) 的曲线。同理可作出圆弧BC为右偏心圆弧段定子曲线。

上述的定子曲线是由四段圆弧连接而成的，除A、B两点处的连接自 然圆滑外，C点和D点的连接处会有微小凸棱，需要稍加磨滑，当然也 完全可以用切线连接的方法消除这一凸棱，图2便是在C、D两点用切线 连接的作图法。

如图2，在A、B、C、D四点确定的情况下，连接OB、OC，并在 OB上截取M点，使得MB等于OC，过M点作OB的垂线与过O点作 OC的垂线相交于N点，作角ONM的平分线交OB于P点，过P作半径 为PB的圆弧交过P点作OC的平行线于G点。线段CG便是圆弧BG与 圆弧CD的公共切线，而圆弧BG就是右偏心圆弧段定子曲线，同理可以 作出左边的左偏心圆弧段定子曲线及切线段DH。当然作图的方法不只一 种，如可以用计算的方法，根据圆心角AOB及DOC的大小和OM的长 度，求得CG的长度，再过G点作OC的平行线交OB于P点，P点即为 右偏心圆弧段定子曲线的圆心。

上述的用切线段定子(10)，将密封圆弧段定子(4)的两端分别与 左偏心圆弧段定子(8)和右偏心圆弧段定子(9)连接后，再与同心圆弧 段定子(3)连接成一个本发明滑片泵的定子(2)。这个定子(2)非常光 洁平滑，完全可与单个的正圆形的定子相媲美。不仅如此，本发明的定子 (2)，由于采用四条圆弧连接，其生产制造的成本远比其它的函数曲线要 低得多，因此这种定子曲线将会有较好的市场前景。

图3是本发明的滑片泵的工作原理示意图。图3是转子(1)上有六 个滑片(7)的滑片泵，左右两侧用虚线作图，作弯弧样画出的两个区域 分别是吸入口区(8)和排出口区(9)，定子(2)由同心圆弧段定子(3)、 密封圆弧段定子(4)、左偏心圆弧段定子(5)和右偏心圆弧段定子(6) 及切线段定子(10)连接组成。当转子(1)作如图中所示箭头方向转动 时(顺时针转动)，位于密封圆弧段定子(4)内的滑片(7)，便离开密封 圆弧段定子(4)进入左边的吸入口区(8)，随着转子(1)的转动，滑片 逐渐向转子外伸出，滑过切线段定子(10)后，便沿着左偏心圆弧段定子 (5)滑动，直至转子(1)将滑片带至同心圆弧段定子的左端位置时，滑 片(7)伸展到最大长度，此时滑片尚在吸入口区(8)内，由于滑片(7) 的整个伸出运动的过程，自始至终都是在吸入口区(8)内进行的，滑片 (7)上没有工作负荷，因此滑片可轻松自由地伸出，使得推动滑片(7) 向外伸出的离心力或加上弹簧力可以很小，产生的磨损也就很小；转子继 续转动，滑片便离开吸入口区(8)与同心圆弧段定子(3)及两侧的侧板 (未图示)发生密封，承受了整个泵的工作负荷，一方面滑片(7)要推 动油液向排出口区(9)运动，另一方面滑片(7)背面形成的低压还要将 油液吸入泵内，此时，由于同心圆弧段定子(3)是与转子(1)为同心圆 的，因此滑片(7)虽随着转子(1)在转动，但相对于转子(1)是静止 的，无论滑片(7)有多大的工作负荷，滑片(7)与同心圆弧段定子(3) 及转子(1)都没有发生磨损；当滑片(7)随转子(1)运转到同心圆弧 段定子(3)的末端时，滑片(7)便已进入排出口区(9)的范围内，排 出口区(9)内的高压油液一下子包围了整个滑片(7)，使滑片(7)的正 反两面的压强相同，滑片便失去了工作负荷，此时滑片(7)的顶端开始 滑入右偏心圆弧段定子(6)内，随着转子(1)的转动，滑片(7)在右 偏心圆弧段定子(6)的压迫下轻松地缩进到转子(1)内部，由于滑片上 已没有工作负荷，右偏心圆弧段定子(6)压迫滑片(7)的推力可以很小， 只要能克服此前滑片的离心力或加上弹簧力即可。因此滑片的顶端不会穿 透与右偏心圆弧段定子(6)之间的流体膜层而造成直接刮擦，磨损自然 就非常小。

本发明的滑片泵，消除磨损的原理很简单：利用空载时滑片运动非 常轻松的原理，使滑片在泵内作伸缩运动时不带负载；利用带有负载的滑 片相对于转子伸缩困难的原理，设计了一段同心圆弧段定子，索性让带有 工作负荷的滑片，在该段定子上时，相对于转子静止下来，这样无论滑片 上有多大的负载，都不会发生磨损。显然这个原理也可用于对双作用滑片 泵的设计，设计出高压的滑片泵。

图4是一个在同心圆弧段定子末端与右偏心圆弧段定子的连接处， 安装了一个卸荷轮(11)的滑片泵示意图，因为同心圆弧段定子的末端已 在排出口区(9)的范围，为了防止刚进入排出口区(9)的滑片(7)不 能及时消除工作负荷，本发明设计用一个滑轮(本发明称其为卸荷轮)对 滑片进行一次松动，确保滑片能轻松进入转子内部。图(5)的工作原理 也一样，只是在同心圆弧段定子末端的位置上打了几小孔(本发明称其卸 荷孔)，以利于将排出口区的高压油液从滑片的顶端迅速进入，达到消除 滑片工作负荷的目的。

另外，本发明所例举的同心圆弧段定子上可容纳的滑片一般是两个， 但如果泵内的滑片较多，或滑片伸缩的时间较充裕，则同心圆弧段定子上 可以有多个滑片，或同心圆弧段定子可以较长，其内的多个滑片更能确保 泵的密封性能。同理吸入口区与排出口区之间也可以有多个滑片，而本发 明所给出的同心圆弧段定子的长度及吸入口区到排出口区之间的最小距 离，只是最小值而已。除此之外，本发明的滑片泵的定子曲线，完全可以 让密封圆弧段定子无限地缩短，而变成只有三条圆弧构成的定子曲线，或 者也可以在A点或B点位置上，用其它的函数曲线稍加修变等。不仅如 此，本发明中所例举的定子曲线及吸入口区和排出口区，均于y轴对称， 显然不对称时也可以实施本发明，如让右偏心圆弧段定子长一些，使滑片 缩入转子的运动时间更长，作用力更小；或使同心圆弧段定子在排出口区 更加延长，使滑片有充足的卸荷时间等，凡此种种，一切熟习此技者均可 以作出多种变化，均属于本发明的保护范围。