CN101432520B - 具有星形缸体和连续可变排量的液压马达 - Google Patents

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Abstract

一种具有连续可变排量能力的星形缸体液压马达，该液压马达包括：摆动液压缸(1)，所述摆动液压缸通过形成在马达轴(3)上的偏心曲柄销(2)被驱动摆动，所述偏心曲柄销承载有径向可动环(14)，所述径向可动环适于通过致动容纳在曲柄销内的相对的反作用液压缸(5、6、7)来沿着曲柄销的径向方向移位；液压控制回路，用于以连续的方式控制和调节所述反作用液压缸的位置；电子控制电路，适于控制液压控制回路并处理来自至少一个位置传感器的信号，该传感器设置成检测摆动缸体的位置；以及转动接头(8)，该转动接头用于所述反作用液压缸通过其进行控制和调节的液压管道(9、10)；其中，传感器(45)是角度位置传感器，该角度位置传感器靠近至少一个摆动缸体(1)的摆动轴线(C)放置，以基于信号中的变化来测量缸体衬套在摇摆过程中当前所进入的角度位置。

Description

具有星形缸体和连续可变排量的液压马达
技术领域
本发明涉及具有连续可变排量特征的星形缸体液压马达，特别是具有其排量可无需停止马达而以连续的方式调节的摆动式星形缸体并具有高转动速率能力的液压马达。本发明还涵盖用于改变马达排量的传感器和控制电子装置的设置，以及用于液压供应管道与位于马达曲柄销中的反作用液压缸的转动连接结构。
背景技术
人们已知这样的连续可变排量的液压马达，其中星形布置的缸体作用在公共的位于中心的曲柄销或偏心轮上，并且，一径向可动环可沿着曲柄销移位以增加或减小抛射(throw)。该环适于通过变化偏心率来改变液压马达缸体的总排量，这样的偏心率变化是通过设置在曲柄销内的反作用液压缸来实现的。常规的可变排量星形缸体液压马达还包括横向耦合的止回阀，这些止回阀设置成切断曲柄销内部的反作用液压缸并保持藉此设定的排量值。
此外，一个公认的事实是，对于相同的流率，液压马达的转速相反地随着其排量而变化，从而马达可用于这样的应用场合：对于给定的功率输入，马达的工作参数将在由液压流体的流率和压力参数所代表的输入功率的变化之外的一大得多的很宽范围上改变。
此外，新近提出的马达设计(特别是摆动缸体型的马达设计)装备有设置成检测缸体的真实位置的传感器，因此能意义明确地设定马达排量并更好地控制马达的工作状态。
最后，已知电子控制电路，藉助它们可以通过作用在至曲柄销内部的反作用液压缸的压力来控制和调节所检测的参数。
不过，这样的现有方法包括检测转速和摆动幅度，后者是通过感应传感器来检测的，而感应传感器无法准确且经济方面便利地确定位置。其它的方法测量诸如液压流体压力和马达每分钟转数之类的参数，并计算和调节作用在马达上的机械动力。
上述现有技术的方法成本很高且在高转速应用方面用途很小。星形缸体液压马达是固有地低速的，且不适合在低转速下(即在高或最大排量下)和高转速下(即在降低或减小的排量下)都要求有良好性能且摆动缸体的伴随摆动最小的应用。
现有技术水平的诸多限制一起使马达工作中任何可接受程度的灵活性、大范围的速度变化性以及对合适性能水平的保持变得不可能。因此，在最高输出功率下递送的转矩中不能实现相应的变化，这在高、低每分钟转数下都是相同的，即没有约束于液压流体压力并不受马达每分钟转数的限制的影响的转矩。
因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种星形缸体液压马达，该液压马达的排量变化可以在马达外部以成本经济的方式高精度地进行控制。
本发明的另一目的是提供这样一种液压马达：该液压马达带有以简单和有效的方式改变其排量且同时通过排量控制系统使液压损失最小的机械装置。
本发明的一个相当重要的目的是提供这样一种分配器装置：该分配器装置能够以最大限度的精度工作，这个特征在马达在降低的流率条件下以减小的排量工作时尤其重要。
发明内容
通过一种具有连续可变排量能力的星形缸体液压马达解决了上述问题并实现本发明的目的，该液压马达包括：摆动液压缸，所述摆动液压缸通过形成在马达轴上的偏心曲柄销被驱动摆动，所述偏心曲柄销承载有径向可动环，所述径向可动环适于通过致动容纳在曲柄销内的相对的反作用液压缸来沿着曲柄销的径向方向移位；液压控制回路，用于以连续的方式控制和调节所述反作用液压缸的位置；电子控制电路，适于控制液压控制回路并处理来自至少一个位置传感器的信号，传感器设置成检测所述摆动缸体的位置；以及转动接头，该转动接头用于所述反作用液压缸通过其进行控制和调节的液压管道；其特点是，所述传感器是角度位置传感器，所述角度位置传感器靠近至少一个摆动缸体的摆动轴线放置，以基于信号中的变化来测量缸体衬套在摇摆过程中当前所进入的角度位置。
在较佳的实施例中，角度位置信号由安装在径向行中的两个相邻缸体上以对向40度的最小角度和120度的最大角度的两个角度位置传感器来提供。
在另一实施例中，该液压马达的角度位置传感器与摆动缸体衬套的耳轴同轴地安装，并且液压马达包括设置在传感器枢轴与耳轴端部之间的转动接头以及用于密封马达内部的流体的结构。
在较佳的实施例中，该液压马达中的所述接头包括：套筒，所述套筒与耳轴成同轴关系地干涉配合在缸体耳轴的传感器端部上；表面接头(face joint)，所述表面接头安装在传感器枢轴上并通过驱动销键合成与传感器枢轴一起转动，所述驱动销接纳在接头的轴向凹槽内；接头腿，所述接头腿包括轴向驱动销，这些轴向驱动销接纳在形成在所述套筒的外端中的径向凹部中。
在另一较佳实施例中，在该液压马达中，用于液压供应管道与反作用液压缸的转动接头包括相应的环形凹槽，所述环形凹槽形成在马达盖子的内径中靠近分配器的驱动销的位置处；其中，每一环形凹槽与相应的管道液压连通，并在其销端部以相应的密封轴衬终止，所述密封轴衬设置在所述盖子中并由所述驱动销转动地配合，密封轴衬各形成有环形凹槽，所述环形凹槽与所述盖子中的相应环形凹槽连通；并且，其中设置有相应轴衬中的侧密封件和通往所述液压进给管道的径向连通孔。
在液压马达的改进实施例中，侧密封件是环状密封件，该环状密封件各接纳在环形凹槽中的相应的一个凹槽中，该相应的一个凹槽在环形凹槽的一侧延伸，环形凹槽设置成将液压流体分配在销的表面上。
在液压马达的另一改进的实施例中，两个轴衬中的一个形成有至少一个小轴向孔，所述小轴向孔从轴衬的一侧壁穿过轴衬的厚度至另一侧壁，且不侵占环形凹槽，以使两个轴衬之间的侧接触区域中的间隙与马达的内室连通。
本发明的关于排量可连续变化的星形缸体液压马达的这些特征和优点应从下面参照三页附图对以非限制性例子给出的其实施例的描述中变得清楚。
附图说明
图1是实施本发明，即包括将要描述的组成零件的液压马达剖视图。
图2是图1中区域II的放大剖视图，示出改进的用于压力管道与设置在曲柄销内部用于改变马达排量的反作用缸体的转动接头。
图3示出如沿轴向所见的根据本发明的适于检测摆动缸体的当前位置的传感器的外部。
图4是根据本发明的用于检测摆动缸体的当前位置的传感器的连接结构的轴向剖视图，该摆动缸体包括液压缸体衬套耳轴的改进的实施例。
具体实施方式
图1示出具有连续排量改变能力的星形缸体液压马达，该液压马达具有：摆动液压缸1，该摆动液压缸1通过马达轴3的偏心曲柄销2来驱动摇摆，曲柄销2上安装有径向可动环4，该环4可通过致动相对的反作用液压缸5、6及7来沿着曲柄销的径向方向移位，反作用液压缸容纳在曲柄销2内；和转动接头8，该转动接头用于液压进给管道9和10与所述反作用液压缸体。活塞11通常设有用于在可动环4的外表面上滑动的转子(runner)12，活塞还包括套筒13，该套筒固定在转子12通常所附连的活塞基部14上；基部14形成有用于通常用来润滑转子12的加压流体的入口孔15。
图1还示出摆动缸体1的衬套20，该衬套具有支承摆动耳轴21和支承/进给耳轴22；下面称作进给耳轴的支承/进给耳轴22形成有随着耳轴摆动的通道23，该通道将缸体室24和流体供应通道25互连，该流体供应通道25从布置成与马达轴3同步转动的分配器28延伸穿过马达本体27的盖子26的厚度；摆动通道23和腔室24形成有润滑通路29，该润滑通路29通向耳轴21和22的可枢转地装载在马达盖子和本体中的相应轴颈中的部分。
转动分配器28通过驱动联轴器31利用驱动销30连接至马达轴；分配器还通过定中心销17在所述销30与分配器的转盘16之间保持精确的对准；该盘形成有用于在合适的定时对相应摆动缸体1进行给料的常规端口18和19。
销30的另一端通常与马达轴3配合以与之一起转动，在马达轴和销中设置孔以互连用于用来控制和调节反作用缸体5、6和7的位置的加压流体的轴向入口通道32和33。控制/调节流体在形成在马达盖子26中的通道9和10与形成在驱动销30中的轴向通道32和33之间进入，穿过液压管道的转动接头8，该转动接头8包括形成在靠近所述销30的盖子的内径中的相应环形凹槽34和35；并且，每个环形凹槽与相应管道9或10液压连通，并在销侧上由相应的密封轴衬(bush)36和37终止，密封轴衬牢固地保持在盖子26中并转动联接至所述驱动销30。
图2示出液压管道的转动接头8的更多零件，其中衬套36和37形成有相应的环形凹部38，它们自己在两侧上设有用于相应环状密封件40的环形座39；来自通道9和10的加压流体在流过凹槽34和35以及衬套36和37的相应的环形凹部38之后，通过环状密封件40被引导到驱动销30的表面41并进入相应的径向孔42，径向孔42自身与销中的相应轴向通道32或33液压连通。两个轴衬中的一个轴衬36形成有小轴向孔43，该小轴向孔从一个侧壁穿过轴衬厚度到另一侧壁，且其不侵占环形凹槽38，以将两轴衬之间的侧接触区域中的间隙44连接到马达的内室；因此，可将任何漏出的流体引导到马达内的公共贮槽中。
图3和4示出安装在凸缘46上的角度位置传感器45，该凸缘46接纳在靠近进给耳轴22带有修改的端部47的端部处。进给耳轴的端部具有定中心直径部48，套筒49夹紧在该直径部上以刚性地随着耳轴旋转，并设置凸缘46的环状密封件50以围绕套筒49的外径。角度位置传感器的枢轴51接纳成与进给耳轴的轴线C大致同轴；表面接头52键合在传感器枢轴的端部上并可在其上轴向移动，该接头形成有轴向凹槽53并接纳径向安装在所述传感器枢轴51上的滑动销54。表面接头52具有轴向安装在其各个径向腿55上的导向销56，该导向销面对所述套筒49的外端部，以配合在所述外端部的相应径向凹部58中。
设置成控制和调节所述反作用液压缸的位置的液压回路和设置成控制液压回路和处理来自所述摆动缸体的至少一个位置传感器的信号的电子控制电路与马达相关联(尽管没有示出)。
用于液压管道的转动接头8通过轴衬36和37来起作用，这些轴衬36和37分别形成有环形凹槽38以将用于控制和调节反作用缸体的加压流体引导到驱动销30的表面40上。在环形座39中的环状密封件40终止销表面41上流体流动的圆柱形区域，并且设置相应的径向孔42以将通道9和10通过相应的环形凹槽38和径向孔42液压连接至销中的轴向通道32和33。同样，所述两个轴衬36、37中的至少一个形成有从一侧壁穿过轴衬厚度到另一侧壁的小轴向孔43；漏出到间隙44的流体可排入马达，籍此防止在两个轴衬的侧接触区域中发生过压。轴衬36和37干涉配合在盖子26上的座中以密封环形凹槽34和35；此外，轴衬在它们的内径，即与所述驱动销30摩擦接触的直径上表面硬化。
位置传感器45工作联系于摆动进给耳轴2的转动，该传感器有利的是适于精确感测甚至是最小可能排量设定下的最轻微的缸体摆动的角度位置传感器。驱动是通过表面接头以及表面接头52与传感器枢轴51和径向腿55与转动连接套筒的端部59的双重联接来施加的。上述组件除了在工作中提供精确的角度定位之外，还可补偿传感器枢轴51相对于耳轴22的摆动轴线C的轻微的不对准。该组件还允许不打开马达而仅通过将枢轴51和滑动销54拿离表面接头52中的座来更换传感器。来自于角度位置传感器的当前数据和来自于转速传感器的数据在电子控制/调节电路中按惯例地加以处理，用以根据马达所安装的机器控制逻辑来设定排量变化。
当然，熟悉本领域的技术人员可以各种方式对上述的星形缸体液压马达进行径向修改以满足可能的要求，这样的修改被如下面的权利要求书所提出的本发明的所有权范围所包含。

Claims (8)

1.一种具有连续可变排量能力的星形缸体液压马达，该液压马达包括：
摆动液压缸(1)，所述摆动液压缸通过形成在马达轴(3)上的偏心曲柄销(2)被驱动摆动，所述偏心曲柄销承载有径向可动环(14)，所述径向可动环适于通过致动容纳在所述曲柄销内的相对的反作用液压缸(5、6、7)来沿着所述曲柄销的径向方向移位；
液压控制回路，用于以连续的方式控制和调节所述反作用液压缸的位置；
电子控制电路，适于控制所述液压控制回路并处理来自至少一个位置传感器的信号，所述至少一个位置传感器设置成检测所述摆动缸体的位置；以及
转动接头(8)，所述转动接头用于液压进给管道(9、10)，所述反作用液压缸(5、6、7)通过所述液压进给管道(9、10)进行控制和调节；
其中，所述至少一个位置传感器是角度位置传感器(45)，所述角度位置传感器靠近耳轴(21，22)的摆动轴线(C)放置，以基于所述信号中的变化来测量所述缸体的衬套在摇摆过程中所进入的角度位置，其特征在于，在液压进给管道(9、10)与至所述反作用液压缸(5、6、7)的轴向通道(32，33)之间的所述转动接头(8)包括相应的环形凹槽(34、35)，所述环形凹槽形成在马达盖子(26)的内径中靠近分配器(28)的驱动销(30)的位置处；
其中，每一环形凹槽与相应的液压进给管道(9、10)液压连通，并在驱动销侧以相应的密封轴衬(36、37)终止，所述密封轴衬(36、37)设置在所述盖子(26)中并转动连接至所述驱动销(30)，所述密封轴衬形成有相应的环形凹部(38)，所述环形凹部与所述盖子中的相应环形凹槽(34、35)连通；并且，
设置有在所述密封轴衬(36，37)中的侧密封件(39、40)和驱动销(30)上通往所述液压进给管道的径向孔(42)。
2.如权利要求1所述的液压马达，其特征在于，所述信号由安装在径向行中的两个相邻缸体上的两个角度位置传感器来提供，所述两个角度位置传感器之间的角度最小是40度，最大是120度。
3.如权利要求1所述的液压马达，其特征在于，所述角度位置传感器与所述摆动液压缸的衬套的所述耳轴同轴地安装，并且还设置有在传感器枢轴(51)与耳轴端部(47)之间的转动接头结构(49、52、54)和用于密封马达内部的流体的结构(50)。
4.如权利要求3所述的液压马达，其特征在于，所述接头结构包括：
套筒(49)，所述套筒在所述耳轴端部(47)上与所述耳轴(22)同轴地干涉配合；
表面接头(52)，所述表面接头安装在所述传感器枢轴(51)上并通过滑动销(54)的键连接与所述传感器枢轴(51)一起转动，所述滑动销(54)接纳在所述表面接头的轴向凹槽(53)中；以及
径向腿(55)，所述表面接头(52)包括轴向安装在所述径向腿(55)上的导向销(56)，所述导向销接纳在形成在所述套筒的外端部(57)中的径向凹部(58)中。
5.如权利要求1所述的液压马达，其特征在于，所述侧密封件是环状密封件(40)，每一所述环状密封件(40)接纳在环形座(39)中的相应的一个中，所述相应的一个环形座(39)在所述环形凹部(38)的一侧延伸，所述环形凹部(38)设置成将液压流体分配在所述驱动销(30)的表面(41)上。
6.如权利要求5所述的液压马达，其特征在于，所述密封轴衬(36、37)为两个，所述两个密封轴衬(36、37)中的一个形成有至少一个小轴向孔(43)，所述小轴向孔从所述密封轴衬的一侧壁穿过所述密封轴衬的厚度至另一侧壁，且不侵占所述环形凹槽(38)，以使所述两个密封轴衬之间的侧接触区域中的间隙(44)与所述马达的内室连通。
7.如权利要求5和6中的一项所述的液压马达，其特征在于，所述密封轴衬干涉配合在所述盖子(26)上的座中以密封住所述环形凹槽(34、35)并且，所述密封轴衬在它们的内径上，即与所述驱动销(30)摩擦接触的直径上表面硬化。
8.如权利要求1至7中的一项所述的液压马达，其特征在于，所述分配器(28)的驱动销(30)通过定中心销(17)沿轴向方向连接，以在所述驱动销(30)与所述分配器(28)的转盘(16)之间保持精确的对准。
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