CN101334014A - 柱塞式定量液压马达机液开关变扭矩配油组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压马达配油机构，旨在提供一种柱塞式定量液压马达机液开关变扭矩配油组件。该配油组件包括柱塞、配油阀组和机液变扭矩驱动机构，配油阀组由与柱塞个数相同数量的一体阀组成；每个一体阀由一个高速开关高压供油阀和相应的高速开关排油/补油阀构成；所述每个高速开关排油/补油阀设有回油口，所述每个高速开关高压供油阀设有压力油口；推拉杆的尾部从高速开关高压供油阀的弹簧腔穿出，与机液变扭矩驱动机构相连；机液变扭矩驱动机构用于驱动一体阀工作。采用本发明的液压马达可实现开关变扭矩控制；节约了大量的能耗；大大提高了液压马达的驱动压力。

Description

柱塞式定量液压马达机液开关变扭矩配油组件

技术领域

本发明涉及液压马达配油机构，更具体的说，是涉及一种柱塞式定量液压马达机液开关变扭矩配油组件。

背景技术

柱塞液压马达是依靠压力油作用在柱塞上从而使马达输出轴获得一定转矩的，为了使柱塞能够交替与压力油口及回油口相通，必须采用配流装置，目前柱塞液压马达多采用端面配流，端面配流中所采用的主要器件就是配油盘。配油盘类似一个板式阀，由带两个弧形(“腰形”)窗口的平面贴合在开有配流孔的缸体端面，使得缸体和配油盘在垂直于马达轴的面上相对旋转，配油盘上的窗口和缸体端面开孔的相对位置按一定规律安排，以使处在供油或排油行程中的柱塞缸能交替与马达体上的供，排油相通，并保证各油腔之间的隔离和密封。由于配油盘与缸体之间相对旋转，因此会相互磨损形成端面间隙，液压马达的泄漏就主要来自配油盘与缸体之间的端面泄露，液压马达的端面泄露成为目前限制液压马达工作压力的主要障碍。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种柱塞式定量液压马达机液开关变扭矩配油组件。

为了解决以上问题，本发明是通过如下技术方案实现。

一种柱塞式定量液压马达机液开关变扭矩配油组件，包括柱塞，还包括配油阀组和机液变扭矩驱动机构，所述配油阀组由与柱塞个数相同数量的一体阀组成；每个一体阀由一个高速开关高压供油阀和相应的高速开关排油/补油阀构成，一体阀中的高速开关高压供油阀与高速开关排油/补油阀的阀口面对面设置，两个阀芯的端面留有可供推拉杆的推拉杆头活动的空间；每个高速开关排油/补油阀的弹簧腔均与相应的柱塞腔连通，每个高速开关排油/补油阀的阀芯中间是可通的，柱塞腔通过弹簧腔和高速开关排油/补油阀的阀芯与高速开关高压供油阀的阀芯端面连通；所述每个高速开关排油/补油阀设有回油口，所述每个高速开关高压供油阀设有压力油口；

所述推拉杆的尾部从高速开关高压供油阀的弹簧腔穿出，与机液变扭矩驱动机构相连；推拉杆头位于两个阀芯的端面之间；

所述机液变扭矩驱动机构由推拉杆驱动环、轴承和倾角调节器组成；所述推拉杆驱动环安装在配油阀组的推拉杆侧，推拉杆驱动环的中间还设有内孔；所述轴承安装在推拉杆驱动环背对配油阀组的一侧；所述倾角调节器安装在轴承背对推拉杆驱动环的一侧。

作为一种改进，在推拉杆与高速开关高压供油阀弹簧腔的接触位置处，还设有密封圈。

作为一种改进，所述推拉杆驱动环的四周均布了与柱塞数相同数量的孔，与配油阀组中推拉杆的位置一一对应，推拉杆与各孔之间通过销钉固定连接。

作为一种改进，所述倾角调节器包括一个径向调节块和一个倾角调节块，倾角调节块位于轴承侧，两调节块之间以圆柱面滑动连接，并依靠来自于轴承侧的液压力压紧固定，圆柱面的中心线与径向调节块的滑动方向都是径向且相互垂直。

一种适用于柱塞式定量液压马达机液开关变扭矩配油组件的变扭矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据对输出负载大小的要求，调节倾角调节器中径向调节块偏离中心位置的距离，用以改变各高速开关高压供油阀的开关时间占空比；

(2)控制高速开关高压供油阀的开启时间，使得相应的柱塞即使在吸油阶段，也只有部分时间压力油可以通过高速开关高压供油阀进入的柱塞油腔，推动柱塞做功；

吸油阶段的其余时间柱塞油腔均通过与回油口相通的高速开关排油/补油阀，直接从回油口吸油，补充柱塞运动产生的空腔，但不会推动柱塞做功，确保平均输出扭矩与高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中的占空比成正比；

(3)通过对高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中占空比的实时调节，输出与占空比成正比的平均扭矩，实现变扭矩控制；占空比与平均扭矩之间的关系为：

占空比＝X_开×2n＝T/(D×P×η_机×η_阀)，

推杆运动幅值x与占空比之间的关系为：

占空比＝X_开×2n＝arccos(x0/x)/90°，

径向调节块离开其中间位置的偏移量y与推杆运动幅度x之间的关系为：

x＝y×tg(α/2)；

其中：X_开为高速开关高压供油阀开启时间段内的柱塞位移，n为液压马达的转速，T为需要获得的平均扭矩，D为液压马达的排量，P为压力油口的压力，η_机为液压马达的机械效率，η_阀为配油阀组控制柱塞腔的效率，x0为推拉杆头与高速开关高压供油阀端面留出的间隙长度，α为径向调节块的圆柱面延伸到推拉杆分布圆直径位置处所产生的弧度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过对高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中占空比的实时调节，输出与占空比成正比的平均扭矩，实现了开关变扭矩控制。

(2)当负载扭矩较小的时候，其部分柱塞虽然处于吸油区，但仍然是从回油口吸油的，而不需要把压力油浪费在额外的节流控制阀口上，因而节约了大量的能耗。

(3)本发明的配油阀组直接安装在液压马达柱塞缸体端面上，代替了传统的配油盘，由于配油阀组与液压马达柱塞缸体端面之间没有了相对滑动，因此大大提高了液压马达的驱动压力。

附图说明

图1是本发明具体实施例示意图。

图2是本发明结构示意图。

图3是本发明柱塞位置与动作流程图。

图4是本发明具体实施例结构示意图。

图中，1推拉杆、2高速开关高压供油阀、3高速开关排油/补油阀、4液压马达柱塞缸体、5柱塞腔、6柱塞、7推拉杆驱动环、8轴承、9倾角调节器、10输出轴、11压力油口、12回油口、13泄油口、14旋转缸筒、15马达壳体、24高速开关高压供油阀阀口、28高速开关排油/补油阀阀口、25高速开关高压供油阀阀芯、26高速开关排油/补油阀阀芯、27高速开关排油/补油阀弹簧腔、29高速开关高压供油阀弹簧腔、30驱动盘、31推拉杆头、32斜轴、33密封圈、34销钉。

具体实施方式

结合附图，下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明的具体实施例在说明问题时，具体讨论了一种采用了本发明提供的机液开关变扭矩配油组件的液压马达，详细描述如下：

一种采用了本发明提供的配阀组件的机液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压马达，包括马达壳体，柱塞和驱动盘，还包括配油阀组和机液变扭矩驱动机构，配油阀组由与柱塞个数相同数量的一体阀组成；每个一体阀由一个高速开关高压供油阀和相应的高速开关排油/补油阀构成，一体阀中的高速开关高压供油阀与高速开关排油/补油阀的阀口面对面设置，两个阀芯的端面留有可供推拉杆的推拉杆头活动的空间；每个高速开关排油/补油阀的弹簧腔均与相应的柱塞腔连通，每个高速开关排油/补油阀的阀芯中间是可通的，柱塞腔通过弹簧腔和高速开关排油/补油阀的阀芯与高速开关高压供油阀的阀芯端面连通；每个高速开关排油/补油阀设有回油口，每个高速开关高压供油阀设有压力油口；

推拉杆的尾部从高速开关高压供油阀的弹簧腔穿出，与机液变扭矩驱动机构相连；推拉杆头位于两个阀芯的端面之间；在推拉杆与高速开关高压供油阀弹簧腔的接触位置处，还设有密封圈。

本具体实施例中的每个柱塞均由配油阀组中与之相对应的一体阀单独控制，一体阀由专门的机液变扭矩驱动机构来驱动。

基于双向驱动推拉杆的配油阀组中，用于控制同一柱塞的高速开关高压供油阀与高速开关排油/补油阀的阀口面对面布置，但两个阀芯的端面留出一定的空间，弹簧腔位于两边。高速开关排油/补油阀位于柱塞缸筒侧，它的弹簧腔与柱塞腔直接连通，它的阀芯中间也是全部打通的，让柱塞腔能通过弹簧腔和阀芯与高速开关高压供油阀的阀芯端面连通。推拉杆的尾部从高速开关高压供油阀的弹簧腔穿出，连到机液变扭矩驱动机构上。推拉杆头则位于两阀阀口的中间，向柱塞缸筒侧运动的时候可以推开高速开关排油/补油阀，反过来向机液变扭矩驱动机构侧运动的时候则可以推开高速开关高压供油阀。推拉杆穿过高速开关高压供阀的弹簧腔时，其前后都有可靠的密封，保证其头部处于柱塞腔的变化压力环境中，中部处于弹簧腔的供油压力高压环境中，而尾部处于回油的低压环境中。推拉杆位于中位时，它与高速开关排油/补油阀阀芯端面的复位位置无间隙甚至能把阀芯略微顶开一点，确保一旦柱塞进入排油区，该阀就能被顶开。而与高速开关高压供油阀则留出一定的间隙，间隙大小要求达到阀芯总开度的20％-60％，以方便实现机液变扭矩控制。

机液变扭矩驱动机构由推拉杆驱动环、轴承和倾角调节器组成；推拉杆驱动环安装在配油阀组的推拉杆侧，推拉杆驱动环的中间还设有内孔；液压马达的斜轴穿过内孔并与推拉杆驱动环通过键连接；内孔可以跟着斜轴、柱塞缸筒一起旋转。推拉杆驱动环的四周均布了与柱塞数相同数量的孔，与配油阀组中推拉杆的位置一一对应，推拉杆与各孔之间通过销钉固定连接。

轴承安装在推拉杆驱动环背对配油阀组的一侧，以隔离推拉杆驱动环与倾角调节器之间的高速相对旋转，并支撑柱塞腔通过推拉杆作用在驱动环上的强载荷。

倾角调节器安装在轴承背对推拉杆驱动环的一侧，并固定在壳体上，而不跟着液压马达的斜轴一起旋转。倾角调节器包括一个径向调节块和一个倾角调节块，两块之间以圆柱面滑动连接，并依靠来自于轴承侧的液压力压紧固定。倾角调节块位于轴承侧，径向调节块则压在液压马达的壳体上。圆柱面的中心线与径向调节块的滑动方向都是径向且相互垂直。径向调节块的径向滑动转变为倾角调节块紧贴轴承面的倾斜，使得推拉杆驱动环、轴承都能在来自柱塞腔的强载荷作用下倾斜。推拉杆驱动环跟着液压马达的斜轴一起高速旋转，并带着推拉杆往复运动，运动幅值由倾角决定。

同时应保证圆柱面的中心线跟该液压马达的斜轴倾角方向应位于同一垂直剖面上。由于该定量液压马达的斜轴倾角方向是固定的，因此柱塞的吸油区、排油区相对于液压马达壳体来说都是固定的，吸油区与排油区的分界线也是固定的。通过该方向的设计，确保液压马达各个柱塞在回程过程中都可以通过高速开关排油/补油阀把液压油排到回油口，在进程过程中都可以通过高速开关高压供油阀或高速开关排油/补油阀从压力油口或回油口吸油，只要推拉杆的运动幅度超过了它与高速开关高压供油阀阀芯端面的间隙，就可以强行打开该高速开关高压供油阀。这样，随着柱塞缸筒的旋转，各高速开关阀都可以以相同的波形和幅值启闭，且相互之间相位相差(360°/柱塞数)，从而替代了配油盘相对液压马达柱塞缸体回转的功能。

圆柱面的中心线跟该定量液压马达的斜轴倾角方向位于同一垂直剖面上，首先确保了给各阀控制信号的相位角与液压马达各柱塞的吸排油状态完全吻合。与此同时，根据对输出负载大小的要求，对倾角调节器中径向调节块偏离中心位置的距离进行调节，就可以改变各高速开关高压供油阀的开关时间占空比，使得即使在相应柱塞的吸油阶段，也只有一部分时间压力油可以通过高速开关高压供油阀进入液压马达的柱塞油腔，推动柱塞做功，吸油阶段的其余时间柱塞油腔均通过与回油口相通的高速开关排油/补油阀，直接从回油口吸油，补充柱塞运动产生的空腔，但不会推动柱塞做功，从而使得液压马达的平均输出扭矩不仅与该液压马达的排量、入口油压成正比，还与高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中的占空比成正比，从而输出与占空比成正比的平均扭矩，实现了开关变扭矩控制。占空比与平均扭矩之间的关系为：

占空比＝X_开×2n＝T/(D×P×η_机×η_阀)，

推杆运动幅值x与占空比之间的关系为：

占空比＝X_开×2n＝arccos(x0/x)/90°，

径向调节块离开其中间位置的偏移量y与推杆运动幅度x之间的关系为：

x＝y×tg(α/2)；

其中：X_开为高速开关高压供油阀开启时间段内的柱塞位移，n为液压马达输出轴的转速，T为需要获得的平均扭矩，D为液压马达的排量，P为压力油口的压力，η_机为液压马达的机械效率，η_阀为配油阀组控制柱塞腔的效率，x0为推拉杆头与高速开关高压供油阀端面留出的间隙长度，α为径向调节块的圆柱面延伸到推拉杆分布圆直径位置处所产生的弧度。

下面结合附图3，当柱塞处于状态1时，高速开关高压供油阀在弹簧力和液压力作用下关闭，高速开关排油/补油阀强行打开，柱塞向回油口顺利排油；当柱塞处于状态2时，高速开关排油/补油阀强行关闭，柱塞腔压力上升；当柱塞处于状态3时，高速开关高压供油阀强行打开，高速开关排油/补油阀仍然处于关闭状态，柱塞腔升压吸油；当柱塞处于状态4时，高速开关高压供油阀关闭，高速开关排油/补油阀仍然处于关闭状态，压力推动柱塞继续运动；当柱塞处于状态5时，柱塞腔压力降低，高速开关排油/补油阀在回油口压力作用下打开，柱塞从回油口吸油；当柱塞处于状态6时，高速开关排油/补油阀强行打开，保证柱塞从回油口顺利吸油。

开关变扭矩控制既没有改变液压马达的排量，也没有改变供油压力，但它最终直接改变了液压马达的输出扭矩。

由该配油阀组替代了配油盘之后的液压马达，当负载扭矩较小的时候，其部分柱塞虽然处于吸油区，但仍然是从回油口吸油的，而不需要把压力油浪费在额外的节流控制阀口上，因而节约了大量的能耗。

与此同时，由于配油盘与柱塞缸体之间相对滑动面的端面泄漏一直是液压马达驱动压力进一步升高的最大障碍，将本发明的配油阀组直接安装在液压马达柱塞缸体端面上，代替配油盘，配油阀组与液压马达柱塞缸体端面之间没有了相对滑动，也为柱塞式液压马达驱动压力成倍提高扫清了主要技术障碍。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1、一种柱塞式定量液压马达机液开关变扭矩配油组件，包括柱塞，其特征在于，还包括配油阀组和机液变扭矩驱动机构，所述配油阀组由与柱塞个数相同数量的一体阀组成；每个一体阀由一个高速开关高压供油阀和相应的高速开关排油/补油阀构成，一体阀中的高速开关高压供油阀与高速开关排油/补油阀的阀口面对面设置，两个阀芯的端面留有可供推拉杆的推拉杆头活动的空间；每个高速开关排油/补油阀的弹簧腔均与相应的柱塞腔连通，每个高速开关排油/补油阀的阀芯中间是可通的，柱塞腔通过弹簧腔和高速开关排油/补油阀的阀芯与高速开关高压供油阀的阀芯端面连通；所述每个高速开关排油/补油阀设有回油口，所述每个高速开关高压供油阀设有压力油口；

所述推拉杆的尾部从高速开关高压供油阀的弹簧腔穿出，与机液变扭矩驱动机构相连；推拉杆头位于两个阀芯的端面之间；

所述机液变扭矩驱动机构由推拉杆驱动环、轴承和倾角调节器组成；所述推拉杆驱动环安装在配油阀组的推拉杆侧，推拉杆驱动环的中间还设有内孔；所述轴承安装在推拉杆驱动环背对配油阀组的一侧；所述倾角调节器安装在轴承背对推拉杆驱动环的一侧。

2、根据权利要求1所述的柱塞式定量液压马达机液开关变扭矩配油组件，其特征在于，在推拉杆与高速开关高压供油阀弹簧腔的接触位置处，还设有密封圈。

3、根据权利要求1所述的柱塞式定量液压马达机液开关变扭矩配油组件，其特征在于，所述推拉杆驱动环的四周均布了与柱塞数相同数量的孔，与配油阀组中推拉杆的位置一一对应，推拉杆与各孔之间通过销钉固定连接。

4、根据权利要求1所述的柱塞式定量液压马达机液开关变扭矩配油组件，其特征在于，所述倾角调节器包括一个径向调节块和一个倾角调节块，倾角调节块位于轴承侧，两调节块之间以圆柱面滑动连接，并依靠来自于轴承侧的液压力压紧固定，圆柱面的中心线与径向调节块的滑动方向都是径向且相互垂直。

5、一种适用于柱塞式定量液压马达机液开关变扭矩配油组件的变扭矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据对输出负载大小的要求，调节倾角调节器中径向调节块偏离中心位置的距离，用以改变各高速开关高压供油阀的开关时间占空比；

(2)控制高速开关高压供油阀的开启时间，使得相应的柱塞即使在吸油阶段，也只有部分时间压力油可以通过高速开关高压供油阀进入的柱塞油腔，推动柱塞做功；

吸油阶段的其余时间柱塞油腔均通过与回油口相通的高速开关排油/补油阀，直接从回油口吸油，补充柱塞运动产生的空腔，但不会推动柱塞做功，确保平均输出扭矩与高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中的占空比成正比；

(3)通过对高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中占空比的实时调节，输出与占空比成正比的平均扭矩，实现变扭矩控制；占空比与平均扭矩之间的关系为：

占空比＝X_开×2n＝T/(D×P×η_机×η_阀)，

推杆运动幅值x与占空比之间的关系为：

占空比＝X_开×2n＝arccos(x0/x)/90°，

径向调节块离开其中间位置的偏移量y与推杆运动幅度x之间的关系为：

x＝y×tg(α/2)；

其中：X_开为高速开关高压供油阀开启时间段内的柱塞位移，n为液压马达的转速，T为需要获得的平均扭矩，D为液压马达的排量，P为压力油口的压力，η_机为液压马达的机械效率，η_阀为配油阀组控制柱塞腔的效率，x0为推拉杆头与高速开关高压供油阀端面留出的间隙长度，α为径向调节块的圆柱面延伸到推拉杆分布圆直径位置处所产生的弧度。

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