CN101598148B - 液压缸控制的叶片式液压变压器 - Google Patents

Abstract

一种液压缸控制的叶片式液压变压器包括双作用变量部件、单作用变量部件、壳体、右端盖、旋转轴、左端盖等；其特征在于，双作用变量部件与单作用变量部件共用同一根旋转轴，旋转轴的左端通过滑动轴承安装在双作用变量部件的左侧配流盘上，旋转轴的右端通过滑动轴承安装在右端盖上，双作用变量部件的转子通过花键与旋转轴的左半轴配合联接，单作用变量部件的转子通过平键与旋转轴的右半轴配合联接，双作用变量部件与单作用变量部件安装在同一个壳体内，右端盖、左端盖通过螺栓固定在壳体上。本发明的有益效果是能以无节流损失的方式将恒压网络系统压力调整为负载压力变化范围内的任一值，以扩大液压变压器的应用范围，丰富液压变压器的品种。

Description

液压缸控制的叶片式液压变压器

(一)技术领域

本发明涉及一种液压变压器，具体地说是一种液压缸控制的叶片式液压变压器，属机械领域。

(二)背景技术

液压变压器是指在液压传动中实现压力转换的一种液压元件。液压变压器可以把给定压力下的输入液压能高效率地转换为另一种压力下的输出液压能，使用它可以实现多负载在恒压网络中互不相关的控制，还会使能量逆向流动，不仅可以无节流损失地驱动直线负载，而且还可以驱动旋转负载。

现有的液压变压器基本上都是柱塞式结构，其工作压力高，在20MPa以上，流量范围大，一般用于高压、大流量液压系统中，在中、低压液压系统中使用，效率很低，而且柱塞式液压变压器结构复杂、加工精度高，对油污染敏感，滤油精度要求高，价格较昂贵，因此使得液压变压器的应用范围受到了很大的限制。

(三)发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供了一种结构紧凑、流量均匀、噪声小、运转精度高且平稳，一端可用于中、高压液压系统，另一端可用于低压液压系统的液压缸控制的叶片式液压变压器，以解决负载端压力比供油恒压网络系统压力小得多的问题，提高了液压系统的工作效率，从而扩大了液压变压器的应用范围，丰富了液压变压器的种类。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案：

一种液压缸控制的叶片式液压变压器包括双作用变量部件、单作用变量部件、壳体、右端盖、旋转轴、左端盖等；双作用变量部件与单作用变量部件共用同一根旋转轴，旋转轴左半轴一段制成花键，旋转轴右半轴一段制成平键，旋转轴的左端通过滑动轴承安装在双作用变量部件的左侧配流盘上，旋转轴的右端通过滑动轴承安装在右端盖上，双作用变量部件的转子通过花键与旋转轴的左半轴配合联接，单作用变量部件的转子通过平键与旋转轴的右半轴配合联接，双作用变量部件与单作用变量部件安装在同一个壳体内，右端盖、左端盖通过螺栓固定在壳体上。

所述的液压缸控制的叶片式液压变压器，双作用变量部件包括旋转轴、转子、定子、叶片、旋转轴、变量油缸和配流盘等；转子和定子的中心是固定且重合的，转子的宽度比定子的宽度稍小，转子安装在定子内，叶片的一端放入转子的叶片槽内，另一端与定子的内表面接触，叶片沿转子径向安置；变量油缸包括变量杆、变量活塞、变量缸体等，变量缸体通过螺栓固定在壳体上，变量杆的球形头端与变量活塞的凹型槽联接，变量杆的另一端固定在定子的长半径圆弧中心线处的外表面上，变量活塞的凹型槽制作成圆弧形状或渐开线形状；左、右配流盘安装在旋转轴上，并紧压在定子的两个侧面上。

所述的液压缸控制的叶片式液压变压器，单作用变量部件包括旋转轴、转子、定子、叶片、旋转轴、变量活塞、变量油缸端盖、上端盖、上压板、下压板、滚柱和配流盘等；转子的中心是固定的，定子的中心可左右移动；转子的宽度比定子的宽度稍小，转子安装在定子内，叶片的一端放入转子的叶片槽内，另一端与定子的内表面接触，叶片沿转子径向安置；变量活塞的活塞杆右端头与定子的外表面固定在一起，变量活塞的壳体是在液压变压器的壳体上加工制成的，变量活塞、变量油缸端盖和壳体构成变量油缸，变量油缸端盖通过螺栓固定在壳体上；上端盖通过螺栓固定在壳体上，上压板通过螺栓联接在上端盖上，下压板与定子的外表面配合接触，滚柱安装在上压板和下压板之间，滚柱与上压板的下表面和下压板的上表面配合接触；左、右配流盘安装在旋转轴上，并紧压在定子的两个侧面上。

所述的液压缸控制的叶片式液压变压器，双作用变量部件的左上油口为液压缸控制的叶片式液压变压器的进油口，进油口与恒压网络系统的高压油路连接，单作用变量部件的右上油口为液压缸控制的叶片式液压变压器的出油口，出油口与负载端连接，进油口大于出油口，双作用变量部件的下油口与单作用变量部件的下油口连接在一起，成为液压缸控制的叶片式液压变压器一个油口，该油口与油箱连接，该油口大于进油口。

本发明的液压缸控制的叶片式液压变压器与现有技术相比，所产生的有益效果是：

(1)本发明能以无节流损失的方式将恒压网络系统压力调整为负载压力变化范围内的任一值。

(2)本发明一端可用于中、高压液压系统，另一端可用于低压液压系统的叶片式液压变压器，解决了负载端压力比供油恒压网络系统压力小得多的问题，提高了液压系统的工作效率，扩大了液压变压器的应用范围，丰富了液压变压器的品种。

(3)本发明体积小、重量轻、转动惯量小，动态响应快，控制性能好。

(四)附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构简图

图2是本发明的的A-A视图

图3是本发明的的B-B视图

图4是本发明的油口连接形式示意图

图5是本发明的变压原理示意图

图中：1.双作用变量部件，2.单作用变量部件，3.第一壳体，4.右端盖，5.旋转轴，6.左端盖，7.第一转子，8.第一定子，9.第一组叶片，10.变量油缸，10-1.第一变量活塞，10-2.变量杆，10-3.变量缸体，11、12.第一组配流盘，13.第二变量活塞，14.变量油缸端盖，15.第二定子，16.第二转子，17.第二组叶片，18.上端盖，19.上压板，20.滚柱，21.下压板，22、23.第二组配流盘

(五)具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作以下详细地说明。

如图1、2、3所示，本发明所述的液压缸控制的叶片式液压变压器主要由双作用变量部件1、单作用变量部件2、第一壳体3、右端盖4、旋转轴5、左端盖6等组成；双作用变量部件1与单作用变量部件2共用同一根旋转轴5，旋转轴5左半轴一段制成花键，旋转轴5右半轴一段制成平键，旋转轴5的左端通过滑动轴承安装在双作用变量部件1的左侧配流盘11上，旋转轴5的右端通过滑动轴承安装在右端盖4上，双作用变量部件1的第一转子7通过花键与旋转轴5的左半轴配合联接，单作用变量部件2的第二转子16通过平键与旋转轴5的右半轴配合联接，双作用变量部件1与单作用变量部件2安装在同一个第一壳体3内，右端盖4、左端盖6通过螺栓固定在第一壳体3上。

双作用变量部件1主要由旋转轴5、第一转子7、第一定子8、第一组叶片9、变量油缸10和第一组配流盘11、12等组成；第一转子7和第一定子8的中心是固定且重合的，第一转子7的宽度比第一定子8的宽度稍小，第一转子7安装在第一定子8内，第一组叶片9的一端放入第一转子7的叶片槽内，第一组叶片9的另一端与第一定子8的内表面接触，第一组叶片9沿第一转子7径向安置(即安放角为零)，第一定子8在第一变量活塞10-1的带动下可绕中心旋转；在恒压网络系统中高压油的作用下，第一转子7可带动旋转轴5旋转；变量油缸10由第一变量活塞10-1、变量杆10-2、变量缸体10-3等构成，变量缸体10-3通过螺栓固定在第一壳体3上，变量杆10-2的球形头端与第一变量活塞10-1的凹型槽联接，变量杆10-2的另一端固定在第一定子8的长半径圆弧中心线处或短半径圆弧中心线处，图2所示本实施例中，变量杆10-2的另一端固定在第一定子8长半径圆弧中心线处的外表面上，在变量油缸10的作用下双作用变量部件1进行变量，第一变量活塞10-1的凹型槽制作成圆弧形状或渐开线形状；第一组配流盘11、12安装在旋转轴5上，并紧压在第一定子8的左右两个侧面上。

单作用变量部件2主要由旋转轴5、第二转子16、第二定子15、第二组叶片17、第二变量活塞13、变量油缸端盖14、上端盖18、上压板19、下压板21、滚柱20和第二组配流盘22、23等组成，第二转子16的中心是固定的，第二定子15的中心可左右移动；第二转子16的宽度比第二定子15的宽度稍小，第二转子16安装在第二定子15内，第二组叶片17的一端放入第二转子16的叶片槽内，第二组叶片17的另一端与第二定子15的内表面接触，第二组叶片17沿第二转子16径向安置；第二变量活塞13的活塞杆右端头与第二定子15的外表面固定在一起，第二变量活塞13的第二壳体是在第一壳体3上加工制成的，第二变量活塞13、变量油缸端盖14和第一壳体3构成变量油缸，变量油缸端盖14通过螺栓固定在第一壳体3上，第二变量活塞13的活塞杆可推动第二定子15左右移动，改变第二转子16与第二定子15的偏心距的大小和方向，从而使单作用变量部件2实现变量；上端盖18通过螺栓固定在第一壳体3上，上压板19通过螺栓联接在上端盖18上，下压板21与第二定子15的外表面配合接触，滚柱20安装在上压板19和下压板21之间，滚柱20与上压板19的下表面和下压板21的上表面配合接触，下压板21可随第二定子15左右移动；第二组配流盘22、23安装在旋转轴5上，并紧压在第二定子15的左右两个侧面上；由旋转轴5带动第二转子16旋转，输出压力油。

如图4所示，所述的液压缸控制的叶片式液压变压器的双作用变量部件1与双作用叶片式二次元件的结构、功能相似，双作用变量部件1可以看作为一个双作用叶片式二次元件；所述的液压缸控制的叶片式液压变压器的单作用变量部件2与单作用叶片式二次元件的结构、功能相似，单作用变量部件2可以看作为一个单作用叶片式二次元件；于是，所述的液压缸控制的叶片式液压变压器可以看作由两个二次元件同轴刚性联接而成的，双作用变量部件1的左上油口M为液压缸控制的叶片式液压变压器的进油口，进油口M与恒压网络系统的高压端连接，单作用变量部件2的右上油口N为液压缸控制的叶片式液压变压器的出油口，出油口N与负载端连接，进油口M大于出油口N，双作用变量部件1的下油口与单作用变量部件2的下油口连接在一起，成为液压缸控制的叶片式液压变压器一个油口0，油口0与油箱连接，油口0一方面向液压变压器补充油液，另一方面将多余的油液和液压变压器内泄漏产生的油液流回油箱，油口0大于进油口M。

如图5所示，在恒压网络压力p₁的作用下，双作用变量部件1产生的主动转矩为：

$T_1=\frac{V_1}{2\mathrm{\π}}(p_1-p_0)$

单作用变量部件2产生的阻力转矩为：

$T_2=-\frac{V_2}{2\mathrm{\π}}(p_2-p_0)$

式中：V₁、V₂是双作用变量部件1、单作用变量部件2的排量，p₁、p₂是液压变压器进、出油口处的压力，p₀是油箱处的压力，通常p₀＝0。

忽略双作用变量部件1与单作用变量部件2之间的摩擦阻力矩，当T₁+T₂＝0时，液压变压器处于平衡状态，此时液压变压器进、出油口之间的压力比为：

$\mathrm{\λ}=\frac{p_2}{p_1}=\frac{V_1}{V_2}---\left(1\right)$

式中：λ为变压比。

由以上推导可以看出，变压比是液压变压器进、出口压力的比值，它也等于相应排量的反比。这里压力p₁是恒压网络的压力，它为定值，而压力p₂取决定于负载，因此所述的液压缸控制的叶片式液压变压器的变压实质上是调节排量V₁/V₂的值，工作中可分别或同时调节双作用变量部件1的排量V₁或单作用变量部件2的排量V₂来满足负载变化的需要。

所述的液压缸控制的叶片式液压变压器不工作时，双作用变量部件12的第一转子7与单作用变量部件2的第二转子16均静止不动，双作用变量部件1的第一定子8处在初始旋转位置(零点)，此时双作用变量部件1的排量V₁为零，单作用变量部件2的第二定子15可处在除零点外的任一位置，单作用变量部件2的排量V₂不为零，由公式(1)可知，变压比λ等于零。

所述的液压缸控制的叶片式液压变压器工作时，为适应负载的变化，在变量油缸的作用下，双作用变量部件1的第一定子8顺时针或逆时针旋转，随着第一定子8旋转角度的变化，双作用变量部件1的排量V₁也不断变化，单作用变量部件2的第二定子15向左或向右移动，第二转子16与第二定子15的偏心距的大小和方向不断变化，随着偏心距的大小和方向不断变化，单作用变量部件2的排量V₂不断变化，由公式(1)可知，变压比λ就随之改变，实现变压，满足负载变化的需要。

所述的液压缸控制的叶片式液压变压器的双作用变量部件1的第一定子8旋转角度的大小和方向由第一变量活塞10-1的位移决定，单作用变量部件2的第二转子16与第二定子15的偏心距的大小和方向由第二变量活塞13的位移决定，第一变量活塞10-1、第二变量活塞13的位移可由电液伺服(比例)阀和位置传感器控制。工作中，由位置传感器检测变量活塞的位移，反馈给控制器，由控制器发出指令给电液伺服(比例)阀，调节第一变量活塞10-1与第二变量活塞13的位移(大小和方向)。

Claims (2)

1.一种液压缸控制的叶片式液压变压器，包括双作用变量部件(1)、单作用变量部件(2)、第一壳体(3)、右端盖(4)、旋转轴(5)、左端盖(6)，其特征在于，双作用变量部件(1)包括第一转子(7)、第一定子(8)、第一组叶片(9)、旋转轴(5)、变量油缸(10)和第一组配流盘(11、12)，第一转子(7)和第一定子(8)的中心是固定且重合的，第一转子(7)的宽度比第一定子(8)的宽度稍小，第一转子(7)安装在第一定子(8)内，第一组叶片(9)的一端放入第一转子(7)的叶片槽内，第一组叶片(9)的另一端与第一定子(8)的内表面接触，第一组叶片(9)沿第一转子(7)径向安置，变量油缸(10)包括第一变量活塞(10-1)、变量杆(10-2)、变量缸体(10-3)，变量缸体(10-3)通过螺栓固定在第一壳体(3)上，变量杆(10-2)的球形头端与第一变量活塞(10-1)的凹型槽联接，第一变量活塞(10-1)的凹型槽制作成圆弧形状或渐开线形状，变量杆(10-2)的另一端固定在第一定子(8)的长半径圆弧中心线处的外表面上，第一组配流盘(11、12)安装在旋转轴(5)上，并紧压在第一定子(8)的左右两个侧面上，单作用变量部件(2)主要由旋转轴(5)、第二转子(16)、第二定子(15)、第二组叶片(17)、第二变量活塞(13)、变量油缸端盖(14)、上端盖(18)、上压板(19)、下压板(21)、滚柱(20)和第二组配流盘(22、23)组成，第二转子(16)的中心是固定的，第二定子(15)的中心可左右移动，第二转子(16)的宽度比第二定子(15)的宽度稍小，第二转子(16)安装在第二定子(15)内，第二组叶片(17)的一端放入第二转子(16)的叶片槽内，第二组叶片(17)的另一端与第二定子(15)的内表面接触，第二组叶片(17)沿第二转子(16)径向安置，第二变量活塞(13)的活塞杆右端头与第二定子(15)的外表面固定在一起，第二变量活塞(13)的第二壳体是在第一壳体(3)上加工制成的，第二变量活塞(13)、变量油缸端盖(14)和第一壳体(3)构成变量油缸，变量油缸端盖(14)通过螺栓固定在第一壳体(3)上，上端盖(18)通过螺栓固定在第一壳体(3)上，上压板(19)通过螺栓联接在上端盖(18)上，下压板(21)与第二定子(15)的外表面配合接触，滚柱(20)安装在上压板(19)和下压板(21)之间，滚柱(20)与上压板(19)的下表面和下压板(21)的上表面配合接触，第二组配流盘(22、23)安装在旋转轴(5)上，并紧压在第二定子(15)的左右两个侧面上，双作用变量部件(1)与单作用变量部件(2)共用同一根旋转轴(5)，旋转轴(5)的左端通过滑动轴承安装在双作用变量部件(1)的左侧配流盘(11)上，旋转轴(5)的右端通过滑动轴承安装在右端盖(4)上，双作用变量部件(1)的第一转子(7)通过花键与旋转轴(5)的左半轴配合联接，单作用变量部件(2)的第二转子(16)通过平键与旋转轴(5)的右半轴配合联接，双作用变量部件(1)与单作用变量部件(2)安装在同一个第一壳体(3)内，右端盖(4)、左端盖(6)通过螺栓固定在第一壳体(3)上。

2.根据权利要求1所述的液压缸控制的叶片式液压变压器，其特征在于，旋转轴(5)左半轴一段制成花键，旋转轴(5)右半轴一段制成平键。

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