[发明专利]一种基于智能材料的高频无阀泵

说明书

技术领域

本发明属于液压泵制造技术，涉及对传统液压泵原理的改进。

背景技术

液压泵在工程机械、起重运输、冶金、航空航天、船舶、生物、医药等领域有着广泛的应用，随着智能材料特别是压电陶瓷和超磁致伸缩次材料的出现以及其性能的逐渐提高，近几十年来国内外研究了很多种基于智能材料的液压泵，目前这种液压泵在很多领域有了一定的应用，但是由于现有的这种泵流量较小，其应用并不广泛。究其原因，已有的基于智能材料的液压泵都是采用往复泵的原理制造的，他们是利用智能材料的伸缩或振动来驱动一个压缩腔吸油和压油，这种结构需要一个换向阀，在压缩腔工作的每一个周期给油路进行两次换向，以保证泵的正常工作。而换向阀一般有两种实现的方案，其中一种是采用单向阀(被动阀)来限制油的流动方向，但是由于单向阀的开合频率一般只有几十赫兹，个别性能优越的也只能达到100赫兹，这使得这种泵的工作频率也只能在100赫兹以内；另外一种是采用主动阀，主要是利用智能材料驱动的比例阀或者开关阀，这种方案从理论上可以以较高的频率工作，但是由于存在一定的加工难度以及一些其他原因，使得目前采用这种方案研制的泵工作频率也不太高。智能材料的特点是能量密度大，工作频率高(可以达到10千赫兹)，但是压缩行程小，在较低的工作频率下材料本体不能发挥出能量密度大的优势。为了智能材料，特别是压电陶瓷堆和超磁置伸缩棒能够更好的应用到液压泵中，本专利提出一种不使用换向阀对油路进行换向的基于智能材料的液压泵，以避开阀的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是：提供一种体积小，能量密度高，结构紧凑简单，工作频率高的小型液压泵。

本发明的技术方案是：一种基于智能材料的高频无阀泵，其硬件主要包括智能材料驱动放大机构，金属膜片振动增压机构，吸油油路，排油止回油路。其中智能材料驱动放大机构将智能材料输出的高频振动能量经过弧型柔性铰链对振幅放大后驱动金属膜片振动增压机构，圆形的金属膜片的中部受迫振动产生向外扩散的环形横波，该金属膜片的上下表面和泵腔的上下碟形表壁分别形成两组向外移动的封闭容腔，这两组容腔将油液源源不断地由低压腔压向高压腔，从而实现了泵油的作用。吸油油路将低压油导入到低压腔，排油止回油路将高压腔的油液导出并防止高压油的回流。

本发明的优点是：基于智能材料的液压泵与普通的小型液压泵相比，在相同的功率下体积小，能量密度高，工作频率快，控制流量方便；本发明与现有的基于智能材料的液压泵相比，由于采用了新的原理，避开了单向阀频率的瓶颈，省掉了用于驱动主动阀的智能材料，使结构更简单，加工更容易，控制方法更简单，更利于发挥智能材料的高频特性，从而进一步提高了这种泵的能量密度。

附图说明

图1是基于智能材料的高频无阀泵的结构图。

图2是泵体的详细结构图

图3是泵腔的增压原理图

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。

本液压泵在硬件上主要包括：智能材料驱动放大机构，金属膜片振动增压机构，吸油油路，排油止回油路。

智能材料驱动放大机构，利用智能材料将电能转换为机械振动能，并对机械位移进行放大输出的机构；金属膜片振动增压机构，利用金属膜片的振动产生环形横波，实现从低压腔向高压腔泵油的功能的机构；吸油油路，连接吸油接口和低压腔，并保证上下低压腔压力相等的油路；排油止回油路，连接排油接口和高压腔的油路，并实现在金属膜片停止振动后阻断排油接口的油回流的功能。

其中智能材料驱动放大机构主要包括：智能材料6，用来将电能转换为机械振动能；弧型柔性铰链8，用来放大机械位移和给智能材料产生回复力；调节螺钉7，用于调节弧型柔性铰链8对智能材料6的预紧力；连接杆4，用来将机械振动能量传递给金属隔膜2；锁紧螺母5，用来调节和锁紧连接杆4和弧型柔性铰链8之间的螺纹连接；底座9，用来安装和支撑弧型柔性铰链8和整个泵体。

其中金属膜片振动增压机构主要包括：金属膜片2，在连接杆4的带动下产生环形横波，将油液从低压腔压向高压腔；压片12，两片压片安装在金属膜片中央处，用来夹持金属膜片2；螺母22，与连接杆的螺纹配合，将两片压片夹紧；上泵体1和下泵体3，形成整个容腔，并构成油路；密封圈10，用于下泵体3和连接杆4的密封；密封圈15，用于上泵体1和下泵体3的密封。