一种智能可调型变流量齿轮泵装置转让专利
申请号 : CN200910232891.2
文献号 : CN101701581A
文献日 : 2010-05-05
发明人 : 童宝宏 , 桂长林 , 孙军 , 赵小勇
申请人 : 安徽工业大学
摘要 :
本发明提供一种智能可调型变流量齿轮泵装置，属于机电液系统集成设计技术领域。该装置主要由齿轮泵、流量调节装置和控制系统构成，液压管路将齿轮泵的入口和出口分别同流量调节装置的出口和入口相连接，控制系统检测到各种工况信号后，经过处理后输出控制指令驱动步进电机进行运动，利用蜗轮蜗杆传动机构将步进电机的运动传递给流量调节装置中调节阀的阀杆，进而驱动阀芯转动，通过流量变化调整阀两端流体压力。电机按“步”进行工作，通过蜗轮蜗杆传动机构，能实现调节阀流量大小在设定的范围内稳定连续变化，使齿轮泵出口压力和流量均也能够根据需要进行调整，且不会发生突变，从而能保障整个系统的工作稳定性，实现按需供流。
权利要求 :
1.一种智能可调型变流量齿轮泵装置，其特征在于该智能可调型变流量齿轮泵装置主要由齿轮泵、流量调节装置和控制系统三部分构成，具体包括齿轮泵(1)、压力传感器(2)、连接管路(3)、阀芯(4)、阀杆(5)、蜗杆(6)、蜗轮(7)、步进电机(8)及控制单元(9)，其中所述的液压管路(3)将齿轮泵(1)的入口和出口分别同流量调节装置的出口和入口相连接，所述控制单元(9)的输入端通过电子线路分别同安装在齿轮泵(1)入口和出口处的两压力传感器(2)相连接，控制单元(9)的另一端通过电缆与所述步进电机(8)相连接，所述步进电机(8)通过蜗轮(7)、蜗杆(6)与阀杆(5)相连接，阀杆(5)与安装在液压管路(3)中的阀芯(4)相连接。
说明书 :
技术领域
本发明属于机电液系统集成设计技术领域，具体涉及一种智能可调型变流量齿轮泵装置。
背景技术
容积式液压泵主要有齿轮泵、柱塞泵和叶片泵三种。其中，柱塞泵和叶片泵已经可以制造成各种形式的变量泵，并在各种机械设备中得到广泛应用。齿轮泵与柱塞泵、叶片泵在相同功率条件下，明显具有结构简单、体积小、重量轻等优势。变量齿轮泵在输入转速一定的情况下，可以根据其它工况因素(如负荷、温度等)的变化而调整排量，实现按需供给。采用变量齿轮泵可以取得很好的节能效果，在各种机械设备液压系统中(如内燃机润滑系统的机油泵)具有很大的应用潜力。但由于齿轮泵的工作原理和结构条件限制，实现其排量变化存在很大困难。现有的设计研究多是从改进齿轮泵零部件结构方面入手，通过调整工作腔容积或出口流体压力来实现变量的。这些方法对零部件的设计及加工方面都有很高的精度要求，在实际应用中存在很多现实问题难以解决。
发明内容
本发明的目的是结合现有常用的齿轮泵结构特征，引入智能可调式流量调节阀及相关传感器装置，提供一种智能可调型变流量齿轮泵装置，该装置主要由齿轮泵、流量调节装置和控制系统三部分构成，具体包括齿轮泵1，压力传感器2，连接管路3，阀芯4，阀杆5，蜗杆6，蜗轮7，步进电机8，控制单元9，本发明所提供的齿轮泵装置利用液压管路3将齿轮泵1的入口和出口分别同流量调节装置的出口和入口相连接，控制单元9输入端通过电子线路分别同安装在齿轮泵1入口和出口处的两压力传感器2相连接，控制单元9的另一端通过电缆与步进电机8相连接，步进电机8通过蜗轮7、蜗杆6与阀杆5相连接，阀杆5与安装在液压管路3中的阀芯4相连接。
齿轮泵结构与普通的齿轮泵相似，主要由输入轴13、泵盖14、主动齿轮15、泵体16、从动齿轮17、从动齿轮轴18和安全阀19构成，具体结构见说明书附图3、图4。
流量调节装置主要由阀芯4、阀杆5、蜗杆6、蜗轮7、步进电机8、手轮10、阀体11、阀盖12构成，具体结构见说明书附图2。
控制系统主要由传感器、A/D转换器、控制芯片及功率放大器构成，其工作由核心控制部件内的软件程序控制，核心控制部件可以是单片机、工控机或微处理器组成。整个控制系统整体采用微型件，集成在一块电路板上以便于安装。该控制系统示意图见说明书附图5。
本发明提供的智能可调型变流量齿轮泵装置的基本工作过程是，控制系统在利用传感器检测到齿轮泵1进、出口处的流体压力信号、温度信号和载荷信号后，通过A/D芯片将这些模拟信号转换为数字信号。然后将数字信号送到核心控制部件内部，结合相关的专家数据库信息，核心控制部件将信号与预先设置的参数进行比较分析，然后输出控制指令，再经过功率放大器对信号进行放大处理并驱动步进电机8进行运动控制。利用蜗轮7蜗杆6将步进电机8的运动传递给阀杆5，进而驱动阀芯4转动，进而通过调整流量的大小来调整齿轮泵1的泵流量和出口压力。
本发明提供的智能可调型变流量齿轮泵装置的三个组成部分可以总装在一起，也可以根据实际应用情况进行分散布置，因而在总体结构设计上有很强的灵活性，可以满足不同场合下的使用需求。电机8按“步”进行工作，控制精度很高，通过蜗轮7蜗杆6传动机构，可以使流量调节阀的开口量控制精度相应很高，且能实现流量大小能在设定的范围内稳定连续变化。这一特点可以保证齿轮泵1出口压力和流量均能够根据需要进行调整，且不会发生突变，从而能保障整个系统工作的可靠性和稳定性，实现按需供流。
本发明的积极效果有：
1、提出的智能可调型变流量齿轮泵系统可以实现齿轮泵出口压力和供流量在一定范围内根据工况需求而连续、稳定变化，实现按需供流，可以产生很强的技术、经济效果。
2、本发明系统各部分布置灵活，采用的结构组成中，不需要对齿轮泵结构作太大的更改，可以根据场合充分利用现有齿轮泵的结构；流量控制部分结构也比较简单，相关的控制系统软、硬件设计也很成熟，因而有较强的实用价值。
齿轮泵结构与普通的齿轮泵相似，主要由输入轴13、泵盖14、主动齿轮15、泵体16、从动齿轮17、从动齿轮轴18和安全阀19构成，具体结构见说明书附图3、图4。
流量调节装置主要由阀芯4、阀杆5、蜗杆6、蜗轮7、步进电机8、手轮10、阀体11、阀盖12构成，具体结构见说明书附图2。
控制系统主要由传感器、A/D转换器、控制芯片及功率放大器构成，其工作由核心控制部件内的软件程序控制，核心控制部件可以是单片机、工控机或微处理器组成。整个控制系统整体采用微型件，集成在一块电路板上以便于安装。该控制系统示意图见说明书附图5。
本发明提供的智能可调型变流量齿轮泵装置的基本工作过程是，控制系统在利用传感器检测到齿轮泵1进、出口处的流体压力信号、温度信号和载荷信号后，通过A/D芯片将这些模拟信号转换为数字信号。然后将数字信号送到核心控制部件内部，结合相关的专家数据库信息，核心控制部件将信号与预先设置的参数进行比较分析，然后输出控制指令，再经过功率放大器对信号进行放大处理并驱动步进电机8进行运动控制。利用蜗轮7蜗杆6将步进电机8的运动传递给阀杆5，进而驱动阀芯4转动，进而通过调整流量的大小来调整齿轮泵1的泵流量和出口压力。
本发明提供的智能可调型变流量齿轮泵装置的三个组成部分可以总装在一起，也可以根据实际应用情况进行分散布置，因而在总体结构设计上有很强的灵活性，可以满足不同场合下的使用需求。电机8按“步”进行工作，控制精度很高，通过蜗轮7蜗杆6传动机构，可以使流量调节阀的开口量控制精度相应很高，且能实现流量大小能在设定的范围内稳定连续变化。这一特点可以保证齿轮泵1出口压力和流量均能够根据需要进行调整，且不会发生突变，从而能保障整个系统工作的可靠性和稳定性，实现按需供流。
本发明的积极效果有：
1、提出的智能可调型变流量齿轮泵系统可以实现齿轮泵出口压力和供流量在一定范围内根据工况需求而连续、稳定变化，实现按需供流，可以产生很强的技术、经济效果。
2、本发明系统各部分布置灵活，采用的结构组成中，不需要对齿轮泵结构作太大的更改，可以根据场合充分利用现有齿轮泵的结构；流量控制部分结构也比较简单，相关的控制系统软、硬件设计也很成熟，因而有较强的实用价值。
附图说明
图1是智能可调型变流量齿轮泵装置的结构组成示意图。
图2是流量调节装置结构示意图。
图3是齿轮泵结构示意图。
图4是图3的A-A向剖视图。
图5是控制系统示意图。
图1中：1齿轮泵，2压力传感器，3连接管，4阀芯，5阀杆，6蜗杆，7蜗轮，8步进电机，9控制单元，介质流动方向如图中箭头所示。
图2中：10手轮，11调节阀筏体，12阀盖。
图3中：13齿轮泵输入轴，14泵盖，15主动齿轮，16泵体，17从动齿轮，18从动齿轮轴。
图4中：19安全阀。
图2是流量调节装置结构示意图。
图3是齿轮泵结构示意图。
图4是图3的A-A向剖视图。
图5是控制系统示意图。
图1中：1齿轮泵，2压力传感器，3连接管，4阀芯，5阀杆，6蜗杆，7蜗轮，8步进电机，9控制单元，介质流动方向如图中箭头所示。
图2中：10手轮，11调节阀筏体，12阀盖。
图3中：13齿轮泵输入轴，14泵盖，15主动齿轮，16泵体，17从动齿轮，18从动齿轮轴。
图4中：19安全阀。
具体实施方式
如图1所示，利用液压管路3将齿轮泵1的入口和出口分别同流量调节装置的出口和入口相连接。控制系统在利用各种传感器检测到各种工况信号后，经过核心控制部件9内部进行处理，然后输出控制指令驱动步进电机8进行运动。利用蜗轮7蜗杆6传动机构将步进电机8的运动传递给流量调节阀的阀杆5，进而驱动阀芯4转动，通过调整流经调节阀流量的变化来调整齿轮泵1的泵流量和出口压力。
如图2所示，为流量调节装置结构示意图。阀杆5与阀芯4固定连接后，主体部分安装在阀体11内，下端通过阀盖12安装定位。阀体11内有阶梯形的圆孔结构，阀杆5与该圆孔之间有间隙，采用密封装置进行密封。圆柱形阀芯4可以在圆柱形阀腔内自由旋转并且能够构成无接触式密封。阀芯4有横向通孔结构，通过转动阀芯可以调整进出口的通流面积。阀杆5的另一端通过平键和蜗轮7连接，保证蜗轮7与阀芯的转角保持一致。蜗杆6与步进电机8同轴平接，并与蜗轮7相啮合实现电机运动的传递。蜗杆6的另一端与手轮10相连，在控制系统出现故障时可以通过手动方式将调节阀关闭，此时整个系统将以定量泵的形式工作，保证设备工作的安全性。阀体11进、出口侧采用管螺纹结构与连接管3相连接。
如图3所示，齿轮泵结构与普通的齿轮泵相似，图4是该图的A-A向剖视图。主要由输入轴13、泵盖14、主动齿轮15、泵体16、从动齿轮17、从动齿轮轴18和安全阀19等部件构成。在外界动力源驱动下，输入轴13带动主动齿轮15并驱动从动齿轮17旋转，通过两侧容积的连续变化实现流体的输送。进、出口两侧分别通过连接管3同调节阀的出口和入口相连接。这样，在调节阀的作用下，可以实现齿轮泵两侧流体压力和输出流量的调整。当流量调节系统出现故障或过载时，安全阀19可以对齿轮泵起到保护作用。
如图2所示，为流量调节装置结构示意图。阀杆5与阀芯4固定连接后，主体部分安装在阀体11内，下端通过阀盖12安装定位。阀体11内有阶梯形的圆孔结构，阀杆5与该圆孔之间有间隙，采用密封装置进行密封。圆柱形阀芯4可以在圆柱形阀腔内自由旋转并且能够构成无接触式密封。阀芯4有横向通孔结构，通过转动阀芯可以调整进出口的通流面积。阀杆5的另一端通过平键和蜗轮7连接，保证蜗轮7与阀芯的转角保持一致。蜗杆6与步进电机8同轴平接，并与蜗轮7相啮合实现电机运动的传递。蜗杆6的另一端与手轮10相连，在控制系统出现故障时可以通过手动方式将调节阀关闭，此时整个系统将以定量泵的形式工作，保证设备工作的安全性。阀体11进、出口侧采用管螺纹结构与连接管3相连接。
如图3所示，齿轮泵结构与普通的齿轮泵相似，图4是该图的A-A向剖视图。主要由输入轴13、泵盖14、主动齿轮15、泵体16、从动齿轮17、从动齿轮轴18和安全阀19等部件构成。在外界动力源驱动下，输入轴13带动主动齿轮15并驱动从动齿轮17旋转，通过两侧容积的连续变化实现流体的输送。进、出口两侧分别通过连接管3同调节阀的出口和入口相连接。这样，在调节阀的作用下，可以实现齿轮泵两侧流体压力和输出流量的调整。当流量调节系统出现故障或过载时，安全阀19可以对齿轮泵起到保护作用。