基本信息
- 项目名称：
- 一种新型叶片结构的叶片泵/马达
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目设计了新型叶片、圆环套滚动体、定子、转子、配流盘及曲线导槽等零件的基本结构，利用pro/e软件将各零件装配及运动仿真分析，分析结果显示，装配系统能按预期的运动方式良好运行，证明本设计方案理论上可行。 与传统叶片相比，新型叶片与定子始终保持间隙、无摩擦，从而允许增大泵的转子转速及流量，提高叶片泵或马达的容积效率，可以有效地降低摩擦能耗及噪声，具有较大的研究及应用价值。
- 详细介绍：
- 一、设计发明目的： 本新型叶片结构的叶片泵或叶片马达，设计的目的是能够显著减小传统叶片滑动的摩擦力，降低磨损、噪声，提高叶片泵或马达的容积效率、额定工作压力，提高泵的吸油能力和马达的启动转矩。 二、基本思路： 在叶片顶端两侧面上，设计两个外伸圆柱体结构，两个圆环套安装在圆柱体上，圆环套的高度比外伸圆柱体的高度略小，且圆环套内径略大于圆柱体外径，圆柱体与圆环套组成转动副的活动铰链，即圆环套可绕圆柱体转动。在配流盘上加工一条曲线导槽，导槽的外环曲线与定子内曲线的轮廓相同，导槽深度与外伸圆柱体的高度相等，导槽的宽度略大于圆环套外径，圆环套镶嵌在曲线导槽内，圆环套可绕圆柱体自转且在导槽内滚动，因此通过圆环套作为滚动体，叶片顶端被约束在导槽内，曲线导槽相当于凸轮，当转子旋转推动叶片移动时，叶片顶端只能沿着曲线导槽的轨迹线运动，从而叶片顶端的运动轨迹线始终与定子内曲线相同。 三、创新点： 1、叶片与定子无接触，减小叶片的摩擦力；2、叶片顶端始终被约束在配流盘上的导槽内，密闭容积体积固定，提高叶片泵或马达的容积效率及额定工作压力，增大泵的吸油能力和马达的启动转矩。 四、科学性先进性： 1、在传统叶片泵或马达工作中，传统叶片在定子内曲线上滑动，而在本新型叶片结构的叶片泵或叶片马达中，由于滚动体在新型叶片与配流盘的曲线导槽内滚动，叶片因被圆环套滚动体支撑而与定子存在间隙，因此不存在滑动摩擦问题，能够彻底改变传统叶片的摩擦损坏及摩擦阻力问题，降低磨损、噪声。 2、由于新型叶片的顶端始终被约束在曲线导槽内，所以相邻两叶片、定子、转子组成了可靠的密闭容积，彻底改变了传统叶片中，因叶片顶端与定子接触不牢而发生泄漏的问题，极大提高容积效率、额定工作压力、泵的吸油能力和马达的启动转矩。 五、技术性分析说明： 1、圆环套滚动体与叶片顶端两侧面上外伸圆柱体结构的运动关系，相当于滑动轴承中轴颈与轴瓦的运动关系； 2、圆环套滚动体与曲线导槽之间的运动关系，相当于滚动轴承中滚动体与内外圈的运动关系； 3、曲线导槽、圆环套滚动体、新型叶片、加工有叶片槽的转子组成了一个圆柱凸轮机构，即：凸轮是曲线导槽，从动杆是新型叶片，滚子是圆环套滚动体，带有叶片槽的转子是机架，只不过在该凸轮机构中，机架是主动件，做旋转运动，而凸轮是静止的。 通过以上三点分析，新型叶片结构的叶片泵或叶片马达，各零件之间约束关系非常明确，理论上完全能保证该机构运动稳定可靠。 六、技术关键： 1、在叶片顶端两侧面上设计两个外伸圆柱体结构；2、设计两圆环套作为滚动体套在圆柱体上；3圆环套镶嵌入与定子内曲线相同轮廓的配流盘的曲线导槽内，通过圆环套的约束作用，可以做到叶片顶端与定子始终保持一固定间隙且运动轨迹始终与定子内曲线相同。 七、主要技术指标： 1、减小叶片摩擦力、磨损；2、提高容积效率、额定工作压力、泵的吸油能力和马达的启动转矩。 八、应用价值： 本新型叶片结构，适用于中或高压的单作用叶片泵或叶片马达、双作用叶片泵或叶片马达中，具有叶片磨损小、噪声低、寿命长、容积效率高、额定工作压力高、吸油能力强、输出扭矩大等优点，此外叶片可以在转子径向分布，泵或马达能够正反向转动。可广泛应用于船舶、注塑机、压铸机、压力机、航空、采矿工程机械、筑路工程机械、冶金机械、军工等行业中的中高压液压系统中。 在产品成本方面，新型叶片泵或马达与同类传统结构相比，需要增加的工艺或零件有：曲线导槽、圆环套滚动体及叶片顶端两侧的外伸圆柱体，增加的内容比较简单，预计增加的成本在5%-10%之间，但由于这种新型泵或马达比同类传统产品在磨损、容积效率、寿命等方面具有更加显著的优越性能，预计在一个泵的寿命周期内，单位做功的能耗同比可节约10%以上，因此与传统同类产品相比，新型泵或马达具有明显的市场竞争力，年经济效益预计超过五百万人民币。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：设计的目的是能够显著减小传统叶片滑动的摩擦力，降低磨损、噪声，提高叶片泵或马达的容积效率、额定工作压力，提高泵的吸油能力和马达的启动转矩。 基本思路：在叶片顶端两侧面上设计两个外伸圆柱体结构，两个圆环套安装在圆柱体上，圆环套的高度比外伸圆柱体的高度略小，且圆环套内径略大于圆柱体外径，圆柱体与圆环套组成转动副的活动铰链，即圆环套可绕圆柱体转动。在配流盘上加工一条曲线导槽，导槽的外环曲线与定子内曲线的轮廓相同，导槽深度与外伸圆柱体的高度相等，导槽的宽度略大于圆环套外径，圆环套镶嵌在曲线导槽内，圆环套可绕圆柱体自转且在导槽内滚动，因此通过圆环套作为滚动体，叶片顶端被约束在导槽内，曲线导槽相当于凸轮，当转子旋转推动叶片移动时，叶片顶端只能沿着曲线导槽的轨迹线运动，从而叶片顶端的运动轨迹线始终与定子内曲线相同。 创新点：1、叶片与定子无接触，减小叶片的摩擦力；2、叶片顶端始终被约束在配流盘上的导槽内，密闭容积体积固定，提高叶片泵或马达的容积效率及额定工作压力，增大泵的吸油能力和马达的启动转矩。 技术关键：1、在叶片顶端两侧面上设计两个外伸圆柱体结构；2、设计两圆环套作为滚动体套在圆柱体上；3圆环套镶嵌入与定子内曲线相同轮廓的配流盘的曲线导槽内，通过圆环套的约束作用，可以做到叶片顶端与定子始终保持一固定间隙且运动轨迹始终与定子内曲线相同。 主要技术指标：1、减小叶片摩擦力、磨损；2、提高容积效率、额定工作压力、泵的吸油能力和马达的启动转矩。
科学性、先进性
- 先进性： 1、在传统叶片泵或马达中，叶片在定子曲线上滑动，而在本新型叶片泵或马达中，由于滚动体在新型叶片与配流盘的曲线导槽内滚动，叶片因被圆环套滚动体支撑而与定子存在间隙，因此不存在摩擦，彻底避免传统叶片的摩擦损坏及摩擦阻力问题，降低磨损、噪声。 2、由于新型叶片的顶端始终被约束在曲线导槽内，所以相邻两叶片、定子、转子组成了可靠的密闭容积，减少传统叶片中因叶片顶端与定子接触不牢而发生的泄漏，极大提高容积效率、额定工作压力、泵的吸油能力和马达的启动转矩。 科学性： 1、圆环套滚动体与叶片顶端两侧面上外伸圆柱体结构的运动关系，相当于滑动轴承中轴颈与轴瓦的运动关系； 2、圆环套滚动体与曲线导槽之间的运动关系，相当于滚动轴承中滚动体与内外圈的运动关系； 3、曲线导槽、圆环套滚动体、新型叶片、加工有叶片槽的转子组成了一个圆柱凸轮机构，即：凸轮是曲线导槽，从动杆是新型叶片，滚子是圆环套滚动体，带有叶片槽的转子是机架，只不过在该凸轮机构中，机架是主动件，做旋转运动，而凸轮是静止的。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 面议
作品可展示的形式
- 图纸、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本新型叶片结构，适用于中或高压的单作用叶片泵或叶片马达、双作用叶片泵或叶片马达中，具有叶片磨损小、噪声低、寿命长、容积效率高、额定工作压力高、吸油能力强、输出扭矩大等优点，此外叶片可以在转子径向分布，泵或马达能够正反向转动。可广泛应用于船舶、注塑机、压铸机、压力机、航空、采矿工程机械、筑路工程机械、冶金机械、军工等行业中的中高压液压系统中。 在产品成本方面，新型叶片泵或马达与同类传统结构相比，需要增加的工艺或零件有：曲线导槽、圆环套滚动体及叶片顶端两侧的外伸圆柱体，增加的内容比较简单，预计增加的成本在5%-10%之间，但由于这种新型泵或马达比同类传统产品在磨损、容积效率、寿命等方面具有更加显著的优越性能，预计在一个泵的寿命周期内，单位做功的能耗同比可节约10%以上，因此与传统同类产品相比，新型泵或马达具有明显的市场竞争力，年经济效益预计超过五百万人民币。
同类课题研究水平概述
- 目前国产的叶片泵主要以中低档为主，综合性能不及台湾、日本及欧美产品，国外主要的叶片泵品牌如日本油研、美国DENISON丹尼逊、Parker派克、VICKERS威格士、德国Rexroth力士乐等，基本上都占领了高端市场，欧美日厂家的叶片泵普遍优点是脉动小，噪声低，可靠性高，但价格普遍比国产叶片泵贵数倍。 目前国外叶片泵主流的结构特点有两个： 1、内部采用圆弧叶片，以提高定子和叶片的寿命；2、定子采用高次方无冲击过渡曲线，使压力和流量脉动最小，噪声更低。目前国内外的叶片泵在定子曲线设计、圆弧叶片结构设计等技术方面比较成熟，工作压力一般最高可达20-30MPa，市场上高压叶片泵主要有圆弧头叶片式、双叶片式、阶梯叶片式、弹簧叶片式、母子叶片式、柱销式和减压式等七种。 目前市场上应用的国内外主流叶片泵或叶片马达，长时间运转后，主要存在的问题有：1、叶片存在不同程度的磨损；2、叶片泵的噪音会增高；3、需要修配叶片才能进一步提高叶片泵或马达的容积效率；4、由于叶片的磨损，导致叶片泵的吸油能力和额定工作压力下降，叶片马达的制动性能降低。 当前国内外对叶片泵的研究主要在如下方面：子母叶片泵内部噪声产生机理研究、转子径向力分析研究、叶片振动研究、叶片受力分析研究、单作用与双作用叶片泵的叶片倾角研究、高阶次定子曲线优化研究、最佳定子过渡曲线研究、叶片与定子材料及磨损研究、叶片泵输出瞬时流量脉动研究等等，对涉及改变叶片结构的创新研究相对较少。
