线性调节非圆齿轮传动平流泵的制作方法

专利名称：线性调节非圆齿轮传动平流泵的制作方法技术领域：本发明属于一种无脉动液体泵。已有的平流泵，其结构形式通常有多缸并联式、单缸微机控制快速返回式或阿基米德螺线光滑凸轮传动式双缸泵。多缸泵主要不足是体积大、单向阀设置多、增加了泄漏和阀门失灵的机会，维修也不方便。单缸微机控制快速返回式泵脉动大。而光滑凸轮传动的双缸泵易磨损、机械效率低。美国专利3855129提出了一种WATERS6000A泵，这种泵采用了非圆齿轮-曲柄连杆机构，在某些性能上优于上述几种泵，但仍有不足之处。本发明的目的是为了克服上述泵所存在的不足，设计一种具有高的流量精度(包括小流量)好的平流特性、优良的线性调节特性、机械特性和加工工艺性的平流泵。本发明的技术方案包括以下几部份控制系统、传动系统、泵阀管路系统。图1是线性调节非圆齿轮传动平流泵工作原理图。图2是非圆齿轮实际外形图。图3是单向阀结构图。图4是控制器原理框图。图5是控制器原理图。本平流泵工作原理如下由电子控制系统〔1〕中的石英晶体振荡器为标准信号源的数字调速控制电路控制步进电机〔2〕的脉冲转动频率，从而形成不同转速输出，经减速齿轮〔3〕〔4〕减速后传递给非圆齿轮-曲柄连杆机构转换成直线运动，并分别带动两个泵头中的柱塞，交替作匀速推出和快速返回运动，使两泵头上的出口单向阀组〔18〕并联后合成排出瞬时流量恒定的液体。为了使管路在过压时得到保护，在流体输出管路上接有压力传感器〔24〕，它与控制器中的桥路比较器相接，当管路压力增加时，比较器输出高电平信号，经反相器控制控制门，封锁主控脉冲信号，使电机停转。本平流泵的控制系统由控制器〔1〕和压力传感器组成。控制器包括石英晶体振荡器、压缩补偿控制器、主控脉冲调节器(即调速电路P)分相器和功率放大器。调速电路由四级计数器(A15、A16)、四级比较器(A17～A20)、两个存贮器(A21、A22)和拨码盘K4、K5组成。计数器和比较器也可以是其它多级计数器和比较器。下面结合附图5加以说明由控制器〔1〕中的石英晶体振荡器A1产生的标准信号送入压缩补偿控制电路经分频后由门电路A12输入到调速电路的A15、A16计数器进行计数，每级计数器输出的BCD码分别送入四级比较器A17～A20。存贮器A21、A22的输出端也连到四级比较器A17～A20中，输入端与拨码盘K4、K5相连。这样，在比较器中，由计数器输入的BCD码与存贮器A21、A22输入的二进制数进行比较，比较后的脉冲信号一路输入门A14，与由门A12送来的信号进行相“与”，产生一个清零信号送入计数器A15、A16进行清零，然后计数器又开始重新计数，重复上述过程，于是在比较器输出端可得到一个受控制的调速信号。另一路输入到控制门A23，然后送入分相电路经功率放大器去驱动步进电机运转。传动系统由步进电机〔2〕，(或直流、交流调速电机)减速齿轮〔3〕、〔4〕，主动非圆齿轮〔5〕，被动非圆齿轮〔6-1〕、〔6-2〕，曲柄〔8-1〕、〔8-2〕，连杆〔9-1〕、〔9-2〕，滑块〔12〕构成。滑块连接着曲柄和宝石柱塞〔13〕。被动非圆齿轮的节曲线形成应按顺序满足下列方程组(1)当t＝0～(0.20～0.23)K时，C1cos (π)/(C9) · (t)/(K) -cosφ2+C2cos2φ2+C3＝0(2)当t＝(0.20～0.23)K～(0.93～0.96)K时，C4(t)/(K) +cosφ2-C2cos2φ2-C5＝0(3)当t＝(0.93～0.96)K～(1.10～1.17)K时，C1cos (π)/(C9) ( (t)/(K) -C6)-cosφ2+C2cos2φ2-C7＝0(4)当t＝(1.10～1.17)K～2K时，cosφ2-cos (π)/(C10) ( (t)/(K) -C8)-C2cos2φ2+C2＝0式中K为流量(即主动轮转速)控制系数φ2为被动轮转角t为时间因子C1～C10为系数或常数主动非圆齿轮节曲线由定中心距与无滑动对滚条件确定。泵阀管路系统由两个并联连接的柱塞泵头〔15〕〔16〕、进液四通阀〔20〕、以及注射器〔19〕、贮液罐〔21〕等构成，〔13〕是宝石柱塞，每个泵头中有一个入口单向阀组〔17〕和一个出口单向阀组〔18〕，分别与泵缸腔相通，单向阀组〔17〕、〔18〕，可由二个单向阀串联构成。单向阀体内有小密封垫〔26〕、限位阀盖〔27〕、小阀罩〔28〕、宝石球〔29〕、宝石阀座〔30〕、大密封垫〔31〕、大阀罩〔32〕、过滤网〔33〕、导向套〔34〕、定位圈〔36〕。宝石球和宝石阀座之间关闭时能很好密封，密封垫通孔处相连的限位阀盖〔27〕，大阀罩〔32〕及泵头体上均有凸台R作为刚性衬口，以保护密封垫压变形时不堵塞液流通道。过滤网〔33〕安装在单向阀组中靠近泵缸一侧的单向阀中，用以收集杂质、和一级阀球升程限位。管路和泵头可用不锈钢、钛合金、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等材料制成。本发明的平流泵由于采用特殊的非圆齿轮-曲柄连杆机构、带宝石球的单向阀和控制器线路等一系列技术措施，因此使它的各种性能指标均很高。其排出液滴时间间隔的不均匀相对误差在△tmax＝1.05″时，为4.8%，而国外对比泵在△tmax＝1.93″时，为11%。图6是本泵的流量不均匀性对比曲线。图7是本泵的调节线性度对比曲线。图中Ⅰ为本发明的PB系列泵的曲线，Ⅱ为对比泵的曲线，Ⅲ为流量调节线性度理想准线。曲线的坐标轴分别是t-时间因子N-液滴次数。Q1-实际流量数 Q2-设定流量数本平流泵的流量复现精度小于0.5%。容积效率为96.6%，晶体振荡器脉冲信号源稳定度优于10-5。此外，由于采用EPROM计数器、比较器和拨码开关构成的调速电路，使流量可以直读，流量设定精度可随时修改。它的面板有电机输入信号的分相监视，便于查找问题。使用方便、噪音小、且节省能源。本平流泵的PB系列产品技术性能指标见表1。这种泵可用于分析型和制备型高压液相色谱仪、微型反应色谱装置及其他需定量或稳定输液的各种场合。表权利要求1.一种由控制器[1]驱动步进电机[2]带动一组非圆齿轮--曲柄连杆机构推动柱塞泵排出液体的平流泵，本发明的特征在于A.非圆齿轮包括一个主动轮和两个被动轮。两个被动非圆齿轮[6-1]、[6-2]的节曲线形成应依次满足下列方程(1)当t=0～(0.20～0.23)K时，C1cos (π)/(C9) · (t)/(K) -cosφ2+C2cos2φ2+C3=0(2)当t=(0.20～0.23)K～(0.93～0.96)K时，C4(t)/(K) +cosφ2-C2cos2φ2-C5=0(3)当t=(0.93～0.96)K～(1.10～1.17)K时，C1cos (π)/(C9) ( (t)/(K) -C6)-cosφ2+C2cos2φ2-C7=0(4)当t=(1.10～1.17)K～2K时，cosφ2-cos (π)/(C10) ( (t)/(K) -C8)-C2cos2φ2+C2=0式中K为流量(即主动轮转速)控制系数φ2为被动轮转角t为时间因子C1～C10为系数或常数主动非圆齿轮节曲线由定中心距与无滑动对滚条件确定；B.控制器中采用石英晶体振荡器A1作为信号源；调速电路P由计数器、比较器、存贮器、拨码盘和门电路构成；计数器和存贮器的输出端均接入比较器的输入端，比较器输出端一路输入门A14与由门A12送来的信号进行相“与”、A14的输出再送入计数器A15、A16，另一路输入控制门A23，然后送入分相电路H；拨码盘K4、K5的输出码接到存贮器中。C.每一个柱塞泵头中有一个入口单向阀组、一个出口单向阀组，两个泵头的输入和输出端互相并联。2.根据权利要求1的平流泵，其特征在于计数器为四级计数器A15、A16，它的输入端与门电路A12的输出端相接;比较器也采用四级比较器A17～A20。3.根据权利要求1或2的平流泵，其特征在于每个单向阀组由两个单向阀串联而成。4.根据权利要求1或2的平流泵，其特征在于泵头中的单向阀阀门由宝石球〔29〕、和宝石阀座〔30〕构成，密封垫通孔处相连的限位阀盖〔27〕、大阀罩〔32〕及泵头体上均有凸台R作为刚性衬口。5.根据权利要求1、2、3或4的平流泵，其特征在于泵头和管路的材料可以是不锈钢、钛合金、聚四氟乙烯或聚氯乙烯。全文摘要线性调节非圆齿轮传动平流泵，它由晶体振荡器产生标准信号，通过数字调速控制电路控制步进电机的脉冲转动频率，从而形成不同转速输出，经减速后传递给非圆齿轮——曲柄连杆机构转换成直线运动，并分别带动两个泵头柱塞交替作匀速推出和快速返回运动，输出瞬时流量恒定的液体。本泵克服了已有用于高压液相色谱仪或微型反应色谱装置中的平流泵的缺点。它具有高的流量精度(包括小流量)、好的平流特性、线性调节特性。流量复现精度小于0.5％，容积效率为96.6％。该泵可用于一切需要定量或稳定输液的地方。文档编号F04B9/02GK1031744SQ88104990公开日1989年3月15日 申请日期1988年8月18日 优先权日1988年8月18日发明者刘自来, 王松顺, 陈宝玲 申请人:国营五二九厂