CN101614226B - 内开路式液压变压器及变压方法 - Google Patents
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Abstract
内开路式液压变压器及变压方法属新型液压元件和方法，本发明的前端盖经唇形密封圈、卡环I与壳体的左端连接；上端盖、电机壳体I与壳体的上部连接，电机壳体II与壳体的下部连接；后端盖经螺栓II与壳体的右端连接；壳体内部置有主轴、立式配流盘、缸体、斜式配流盘和内开路式柱塞，主轴上套有卡环II和立式配流盘；主轴的内端设有主轴配流窗口，并经内开路式柱塞与缸体的一端连接，缸体的另一端与斜式配流盘的内侧连接，斜式配流盘的外侧与后端盖连接；立式配流盘和斜式配流盘分别由步进电机II经齿轮I、步进电机I经齿轮II驱动旋转。本发明不仅可扩大调压比范围，减少径向力分布不均的影响，且可增强液压变压器的自吸能力，降低噪声，延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明属新型液压元件和方法，尤其是内开路式双端面配流的液压变压器和变压方法。
背景技术
目前，二次调节技术的出现提高了液压系统的柔性和效率。尽管液压变压原理有很多优点，但在液压领域的应用仍受到一定的限制，最主要的原因是缺少一种能够有效实现二次调节技术的液压变压器。
专利WO 97/31185中提出一种新型液压变压器设计概念，与传统液压变压器相比，这种液压变压器将液压马达和液压泵的功能集于一身，形成一个单独的液压元件。尽管该液压变压器有很多优点，但还有很多问题需要解决，如该专利只考虑配流盘和缸体这对配流副之间的关系，而没考虑配流盘与后端盖这对配流副对液压变压器的性能影响，同时在该专利中配流盘上3个腰型槽的包角大小相等，限制了变压比调节范围。
专利WO 99/40318和WO 00/28211中，对液压变压器进行了改进，将配流盘前端的高压油口引导了配流盘后端面的中心位置，其他2个腰型槽位置不变，同时后端盖的油口做了相应调整。该结构虽然提高了调压比范围，但还是有限，而且在后端盖的4个槽口通过换向阀与两个负载油路和低压油路连接，增加了液压变压器的结构复杂性，同时为了防止配流盘倾斜，使用了径向尺寸较大的滚动轴承，这样增加了液压变压器的体积。
专利ZL 03129072.8中，对配流盘槽口形状进行了改进，将配流盘前端面的3个槽口分别引到后端面不同的分布圆上，使配流盘旋转角度增大，一定程度拓宽了变压比。但是，当配流盘后端面与后端盖面积不断变化时，导致对后端盖的推力增大，造成变压器内泄露使其不能正长工作。
专利ZL 200810183259.9中，对配流盘的3个腰型槽包角大小的进行改进，该结构虽然可提高一定的变压比，但无法解决同一配流盘设3个腰型槽，分别连通高压、低压和负载压力导致配流盘径向力分布不均的影响即烧盘，降低液压变压器的使用寿命。
专利ZL 200810226067.1中，提出在后端盖和壳体之间加过渡板的方案，通过改变后端面槽口与壳体配合的相对位置，将液压变压器实施分段变压，该专利虽然扩大了变压比，但在具体操作中带来了很多麻烦，为了扩大变压比需要人为的拆解过渡板并重新安装，这样就限制了其应用范围。
发明内容
本发明的目的是拓宽液压变压器变压比的调节范围，提高液压变压器的自吸能力，降低配流盘同时承受3种不同压力值的影响，提高配流盘使用寿命，同时降低噪声。
本发明由主轴1、唇形密封圈2、前端盖3、壳体5、立式配流盘10、上端盖11、内开路式柱塞17、缸体19、斜式配流盘20、步进电机I 21、后端盖23、步进电机II 25、齿轮I 37和齿轮II 67组成，其中前端盖3经唇形密封圈2、O型密封圈I 6、卡环I 4与壳体5的左端连接，构成液压变压器的前部封闭；上端盖11、电机壳体I 22与壳体5的上部连接，电机壳体II 26与壳体5的下部连接，共同构成液压变压器的中部封闭；后端盖23经螺栓II 24与壳体5的右端连接，构成液压变压器的后部封闭；壳体5内部置有主轴1、立式配流盘10、缸体19、斜式配流盘20和内开路式柱塞17，由轴承7支撑的主轴1的外端穿过前端盖3的中心孔，主轴1上套有卡环II 8和立式配流盘10，卡环II 8和轴承7共同侧向支撑立式配流盘10；主轴1的内端设有主轴配流窗口45-51，并经内开路式柱塞17与缸体19的一端连接，且通过缸体中心轴铰接球18保证缸体19的旋转中心线始终交于主轴1中心线，缸体19的另一端与斜式配流盘20的内侧连接，斜式配流盘20的外侧与后端盖23连接；立式配流盘10由步进电机II 25经齿轮I 37驱动旋转，斜式配流盘20由步进电机I 21经齿轮II 67驱动旋转。
上端盖11的中部周围呈六角卡位28，六角卡位28上设有4个均布的通孔I 27，上端盖11的下部设有螺纹29，上端盖11的底部设有环形槽I 30；上端盖11经螺栓I 9和O型密封圈III13与壳体5连接。
立式配流盘10的圆周面上设有环形槽II32和环形槽III34；环形槽II32和环形槽III34之间设有环形槽IV35，环形槽IV35经通孔II36与高压腰型槽口15连通；立式配流盘10的圆周面上还设有齿轮I37，在立式配流盘10的内表面设有环形槽V38和环形槽VI39，并经O型密封圈IV14与主轴1连接；立式配流盘10的径向端口33经O型密封圈II12与上端盖11的接口31相通，且中心线重合，立式配流盘10的高压腰型槽口15与主轴1内端的主轴配流窗口45-51处于同轴，且分度圆半径相等。
内开路式柱塞17经密封板40、锁紧螺栓41与主轴1连接，且当主轴1带动内开路式柱塞17旋转时，滑靴盘通孔16经内开路式柱塞内部通孔42与柱塞腔43、缸体配流口44连通；主轴1内端均布的7个主轴配流窗口45-51，分别对应缸体19上均布的7个缸体配流窗口52-58。
斜式配流盘20与缸体19连接的端面上，设有大小相同的腰型槽口I 59和腰型槽口II 60，腰型槽口I 59和腰型槽口II 60之间为缸体19的一个缸体配流窗口52的距离；斜式配流盘20与后端盖23的连接面I 63上设有环形槽孔I 62和环形槽孔II 64，分别经斜式配流盘的内部通孔I 61和斜式配流盘的内部通孔II 65，与配流端面的腰型槽口I 59和腰型槽口II 60连通；斜式配流盘20的圆周面上设有齿轮II 67，用于调节斜式配流盘20的旋转角度；斜式配流盘20与后端盖23的连接面I 63上设有环形槽VII66，用于填放O型密封圈进行密封。
后端盖23与斜式配流盘20的连接面II 72上，设有环形槽VIII68、环形槽IX69和环形槽X71；后端盖23与斜式配流盘20的连接面II 72上，还设有环形槽孔III70和环形槽孔IV73，经后端盖内部管道I 74、后端盖内部管道II 76分别与低压油接口75、外部负载接口77连通；后端盖23上的环形槽孔III70和环形槽孔IV73分别与斜式配流盘20的环形槽孔I 62和环形槽孔II 64的分度圆的中心线重合，且半径相同；后端盖23的环形槽分度圆半径由大到小依次为：环形槽VIII68、环形槽孔IV73、环形槽IX69、环形槽孔III70、环形槽X71；后端盖23设有通孔III78和通孔IV 79，经螺栓II 24与壳体5连接。
立式配流盘10的高压腰型槽口15的分度圆半径大于斜式配流盘20的腰型槽口I 59和腰型槽口II 60的分度圆半径；主轴配流窗口45-51的分度圆半径大于缸体19的缸体配流窗口52-58的分度圆半径，且采用内开路式柱塞17的结构，即增大了柱塞腔43的容积，扩大了配流容积增大压力比，还减少了配流盘3个腰型槽导致径向力分布不均的影响。
本发明的内开路式液压变压器的变压方法包括下列步骤：
a.将高压油由上端口11引入，经立式配流盘10的径向端口33进入立式配流盘10的配流端面高压腰型槽口15；
b.通过调节立式配流盘10的高压腰型槽口15的转角，使其与主轴1内端的主轴配流窗口45-51进行配流调节，经配流调节后，使液压油由内开路式柱塞内部通孔42进入缸体19的柱塞腔43中；
c.控制斜式配流盘20的转角，对配流端面的腰型槽口I 59和腰型槽口II 60与缸体配流窗口52-58进行配流，使液压油连通至外部负载接口77和低压油接口75。由于主轴1带动内开路式柱塞17和缸体19转动，液压油分别由低压油接口75和上端盖11进入柱塞腔43的吸油区，同时将液压油带到压油区由外部负载接口77排出。
d.通过步进电机II 25和步进电机I 21的转动，调节立式配流盘10和斜式配流盘20的转角，对柱塞腔43的内部流量进行控制，最终实现调压。
本发明的积极效果在于：将内开路式柱塞应用到液压变压器结构中，并采用两个配流盘进行双端面配流的结构，同时由于主轴配流窗口分度圆半径大于缸体配流窗口分度圆半径，这样不仅可扩大调压比范围，减少一个配流盘开三个腰型槽口径向力分布不均的影响，而且可增强液压变压器的自吸能力，降低噪声，延长使用寿命。
附图说明
图1为内开路式液压变压器的结构图
图2为上端盖主视图
图3为上端盖俯视图
图4为立式配流盘的局部结构剖视图
图5为立式配流盘主视图
图6为立式配流盘右视图
图7为双配流结构组件左视图
图8为双配流结构组件主视图
图9为双配流结构组件右视图
图10为斜式配流盘的局部结构剖视图
图11为斜式配流盘右视图
图12为斜式配流盘主视图
图13为斜式配流盘左视图
图14为后端盖主视图
图15为后端盖左视图
其中：1.主轴；2.唇形密封圈；3.前端盖；4.卡环I；5.壳体；6.O型密封圈I；7.轴承；8.卡环II；9.螺栓I；10.立式配流盘；11.上端盖；12.O型密封圈II；13.O型密封圈III；14.O型密封圈IV；15.高压腰型槽口；16.滑靴盘通孔；17.内开路式柱塞；18.缸体中心轴铰接球；19.缸体；20.斜式配流盘；21.步进电机I；22.电机壳体I；23.后端盖；24.螺栓II；25.步进电机II；26.电机壳体II；27.通孔I；28.六角卡位；29.螺纹；30.环形槽I；31.接口；32.环形槽II；33.径向端口；34.环形槽III；35.环形槽IV；36.通孔II；37.齿轮I；38.环形槽V；39.环形槽VI；40.密封板；41.锁紧螺栓；42.内开路式柱塞内部通孔；43.柱塞腔；44.缸体配流口；45-51.主轴配流窗口；5258.缸体配流窗口；59.腰型槽口I；60.腰型槽口II；61.斜式配流盘的内部通孔I；62.环形槽孔I；63.连接面I；64.环形槽孔II；65.斜式配流盘的内部通孔II；66.环形槽VII；67.齿轮II；68.环形槽VIII；69.环形槽IX；70.环形槽孔III；71.环形槽X；72.连接面II；73.环形槽孔IV；74.后端盖内部管道I；75.低压油接口；76.后端盖内部管道II；77.外部负载接口；78.通孔III；79.通孔IV。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示：主轴1、唇形密封圈2、前端盖3、壳体5、立式配流盘10、上端盖11、缸体19、斜式配流盘20、后端盖23组成，其特征在于前端盖3经唇形密封圈2、O型密封圈I6、卡环I 4与壳体5的左端连接，构成液压变压器的前部封闭；上端盖11、电机壳体I 22与壳体5的上部、电机壳体II 26与壳体5的下部连接，共同构成液压变压器的中部封闭；后端盖23经螺栓II 24与壳体5的右端连接，构成液压变压器的后部封闭；壳体5内部置有主轴1、立式配流盘10、缸体19、斜式配流盘20和内开路式柱塞17，由轴承7支撑的主轴1的外端穿过前端盖3的中心孔，主轴1上套有卡环II 8和立式配流盘10，卡环II 8和轴承7共同支撑立式配流盘10，主轴1的内端设有主轴配流窗口45-51，并经内开路式柱塞17与缸体19的一端连接，且通过缸体中心轴铰接球18保证缸体19的旋转中心线始终交于主轴1中心线，缸体19的另一端与斜式配流盘20的内侧连接，斜式配流盘20的外侧与后端盖23连接。
如图2、图3所示：在壳体5上部设有上端口用于连接上端盖11接口，即用于连通高压油源；上端盖11的中部周围呈六角卡位28，六角卡位28上设有4个均布的通孔I 27，用于螺栓I 9定位锁紧上端盖11，上端盖11的下部设有螺纹29用于连接到壳体5上，上端盖11的底部设有环形槽I 30；上端盖11经螺栓I 9和O型密封圈III13与壳体5连接，在上端盖11的底部设有环形槽I 30用于填放O型密封圈进行密封。
如图4、图5和图6所示：在主轴1上加装轴承7、卡环II 8和立式配流盘10，轴承7和卡环II8用于防止高压油冲击导致立式配流盘10倾斜，同时主轴1中心线与立式配流盘10的中心线重合，且立式配流盘10的径向端口33与上端盖11的接口31相通并保持中心线重合；此时，通过调节立式配流盘10的转角，使高压腰型槽口15与主轴配流窗口45-51进行端面配流，达到控制流量的目的；立式配流盘10的高压腰型槽口15与主轴配流窗口45-51处于同轴且分度圆半径相等均为R；立式配流盘10的圆周面上设有用于填放O型密封圈进行密封的环形槽II 32和环形槽III34；在环形槽II 32和环形槽III34之间设有用于连通高压油入口的径向端口33，液压油再经由通孔II 36连通到立式配流盘10的配流端面的高压腰型槽口15上；立式配流盘10的圆周面上加工有齿轮I 37，用于调节立式配流盘10的旋转角度；在立式配流盘10的内表面设有环形槽V38和环形槽VI39，用于与主轴1装配时填放O型密封圈进行密封。
如图7、图8和图9所示：内开路式柱塞17与主轴1由密封板40及锁紧螺母41连接；当主轴1带动内开路式柱塞17旋转时，滑靴盘通孔16始终通过内开路式柱塞内部通孔42与柱塞腔43和缸体配流口44连通。此时，在主轴1的左视图中可以看到均匀分布的7个主轴配流窗口45-51，并分别对应缸体19右视图上均匀分布的7个缸体配流窗口52-58，即各个对应的配流窗口是相互独立连通的。
如图10、图11、图12和图13所示：斜式配流盘20与缸体19连接的端面，即斜式配流盘20的左视图上设有两个大小相同的腰型槽口I 59和腰型槽口II 60，而腰型槽口I 59的大小为半径r的分度圆上能平均分布3个腰型槽口I 59，且两个腰型槽口I 59和腰型槽口II60之间的距离为缸体19的一个配流窗口52的直径。此时，缸体配流窗口52-58与斜式配流盘20的腰型槽口I 59和腰型槽口II 60的分度圆半径重合且均为r；在斜式配流盘20与后端盖23的连接面63上设有两个环形槽孔I 62和环形槽孔II 64，分别通过斜式配流盘的内部通孔I 61和斜式配流盘的内部通孔II65与配流端面腰型槽口I 59和腰型槽口II 60连通；在斜式配流盘20的圆周面上加工有齿轮II67，用于调节斜式配流盘20的旋转角度；斜式配流盘20与后端盖23的连接面63上，设有环形槽VII66，用于填放O型密封圈进行密封。
如图13、图14所示：在后端盖23与斜式配流盘20的连接端面72上，设有用于填放O型密封圈进行密封的环形槽VIII68、环形槽IX69和环形槽X 71；在后端盖20与斜式配流盘20的连接端面72上，设有环形槽孔III70和环形槽孔IV73，分别通过后端盖内部管道I 74和后端盖内部管道II 76，连通到外部负载接口77和低压油接口75；此时，后端盖23上的环形槽孔III70和环形槽孔IV73，分别与斜式配流盘20的环形槽孔I 62和环形槽孔II 64的分度圆的中心线重合，且半径相同；后端盖23的环形槽分度圆半径由大到小依次为：环形槽VIII68、环形槽孔IV73、环形槽IX69、环形槽孔III70、环形槽X 71；后端盖23上加工有通孔III78和通孔IV79，用于将后端盖23装配到壳体5上，起连接锁紧作用。
如图1、图4、图6-图10所示：立式配流盘10由步进电机II 25通过齿轮I 37驱动旋转；斜式配流盘20由步进电机I 21通过齿轮II 67驱动旋转；立式配流盘10的高压腰型槽口15的分度圆半径大于斜式配流盘20的腰型槽口I 59和腰型槽口II60的分度圆半径；主轴配流窗口45-51的分度圆半径R，大于缸体配流窗口52-58的分度圆半径r。
Claims (8)
1.一种内开路式液压变压器，由主轴(1)、唇形密封圈(2)、前端盖(3)、壳体(5)、立式配流盘(10)、上端盖(11)、内开路式柱塞(17)、缸体(19)、斜式配流盘(20)、步进电机Ⅰ(21)、后端盖(23)、步进电机Ⅱ(25)、齿轮Ⅰ(37)和齿轮Ⅱ(67)组成，其特征在于前端盖(3)经唇形密封圈(2)、O型密封圈Ⅰ(6)、卡环Ⅰ(4)与壳体(5)的左端连接，构成液压变压器的前部封闭；上端盖(11)、电机壳体Ⅰ(22)与壳体(5)的上部连接，电机壳体Ⅱ(26)与壳体(5)的下部连接，共同构成液压变压器的中部封闭；后端盖(23)经螺栓Ⅱ(24)与壳体(5)的右端连接，构成液压变压器的后部封闭；壳体(5)内部置有主轴(1)、立式配流盘(10)、缸体(19)、斜式配流盘(20)和内开路式柱塞(17)，由轴承(7)支撑的主轴(1)的外端穿过前端盖(3)的中心孔，主轴(1)上套有卡环Ⅱ(8)和立式配流盘(10)，卡环Ⅱ(8)和轴承(7)共同侧向支撑立式配流盘(10)；主轴(1)的内端设有主轴配流窗口(45-51)，并经内开路式柱塞(17)与缸体(19)的一端连接，且通过缸体中心轴铰接球(18)保证缸体(19)的旋转中心线始终交于主轴(1)中心线，缸体(19)的另一端与斜式配流盘(20)的内侧连接，斜式配流盘(20)的外侧与后端盖(23)连接；立式配流盘(10)由步进电机Ⅱ(25)经齿轮Ⅰ(37)驱动旋转，斜式配流盘(20)由步进电机Ⅰ(21)经齿轮Ⅱ(67)驱动旋转。
2.按权利要求1所述的内开路式液压变压器，其特征在于所述的上端盖(11)的中部周围呈六角卡位(28)，六角卡位(28)上设有4个均布的通孔Ⅰ(27)，上端盖(11)的下部设有螺纹(29)，上端盖(11)的底部设有环形槽Ⅰ(30)；上端盖(11)经螺栓Ⅰ(9)和0型密封圈Ⅲ(13)与壳体(5)连接。
3.按权利要求1所述的内开路式液压变压器，其特征在于所述的立式配流盘(10)的圆周面上设有环形槽Ⅱ(32)和环形槽Ⅲ(34)；环形槽Ⅱ(32)和环形槽Ⅲ(34)之间设有环形槽Ⅳ(35)，环形槽Ⅳ(35)经通孔Ⅱ(36)与高压腰型槽口(15)连通；立式配流盘(10)的圆周面上设有齿轮Ⅰ(37)，在立式配流盘(10)的内表面设有环形槽Ⅴ(38)和环形槽Ⅵ(39)，并经O型密封圈Ⅳ(14)与主轴(1)连接；立式配流盘(10)的径向端口(33)经O型密封圈Ⅱ(12)与上端盖(11)的接口(31)相通，且中心线重合，立式配流盘(10)的高压腰型槽口(15)与主轴(1)内端的主轴配流窗口(45-51)处于同轴，且分度圆半径相等。
4.按权利要求1所述的内开路式液压变压器，其特征在于所述的内开路式柱塞(17)经密封板(40)、锁紧螺栓(41)与主轴(1)连接，且当主轴(1)带动内开路式柱塞(17)旋转时，滑靴盘通孔(16)经内开路式柱塞内部通孔(42)与柱塞腔(43)、缸体配流口(44)连通；主轴(1)内端均布的7个主轴配流窗口(45-51)，分别对应缸体(19)上均布的7个缸体配流窗口(52-58)。
5.按权利要求1所述的内开路式液压变压器，其特征在于所述的斜式配流盘(20)与缸体(19)连接的端面上，设有大小相同的腰型槽口Ⅰ(59)和腰型槽口Ⅱ(60)，腰型槽口Ⅰ(59)和腰型槽口Ⅱ(60)之间为缸体(19)的一个缸体配流窗口(52)的距离；斜式配流盘(20)与后端盖 (23)的连接面Ⅰ(63)上设有环形槽孔Ⅰ(62)和环形槽孔Ⅱ(64)，分别经斜式配流盘的内部通孔Ⅰ(61)和斜式配流盘的内部通孔Ⅱ(65)，与配流端面的腰型槽口Ⅰ(59)和腰型槽口Ⅱ(60)连通；斜式配流盘(20)的圆周面上设有齿轮Ⅱ(67)；斜式配流盘(20)与后端盖(23)的连接面Ⅰ(63)上设有环形槽Ⅶ(66)。
6.按权利要求1所述的内开路式液压变压器，其特征在于所述的后端盖(23)与斜式配流盘(20)的连接面Ⅱ(72)上，设有环形槽Ⅷ(68)、环形槽Ⅸ(69)和环形槽Ⅹ(71)；后端盖(23)与斜式配流盘(20)的连接面Ⅱ(72)上，还设有环形槽孔Ⅲ(70)和环形槽孔Ⅳ(73)，经后端盖内部管道Ⅰ(74)、后端盖内部管道Ⅱ(76)分别与低压油接口(75)、外部负载接口(77)连通；后端盖(23)上的环形槽孔Ⅲ(70)和环形槽孔Ⅳ(73)分别与斜式配流盘(20)的环形槽孔Ⅰ(62)和环形槽孔Ⅱ(64)的分度圆的中心线重合，且半径相同；后端盖(23)的环形槽分度圆半径由大到小依次为：环形槽Ⅷ(68)、环形槽孔Ⅳ(73)、环形槽Ⅸ(69)、环形槽孔Ⅲ(70)、环形槽Ⅹ(71)；后端盖(23)设有通孔Ⅲ(78)和通孔Ⅳ(79)，经螺栓Ⅱ(24)与壳体(5)连接。
7.按权利要求3所述的内开路式液压变压器，其特征在于立式配流盘(10)的高压腰型槽口(15)的分度圆半径大于斜式配流盘(20)的腰型槽口Ⅰ(59)和腰型槽口Ⅱ(60)的分度圆半径；主轴配流窗口(45-51)的分度圆半径大于缸体(19)的缸体配流窗口(52-58)的分度圆半径，且采用内开路式柱塞(17)的结构。
8.一种内开路式液压变压器的变压方法，其特征在于包括下列步骤：
a.将高压油由上端口(11)引入，经立式配流盘(10)的径向端口(33)进入立式配流盘(10)的配流端面高压腰型槽口(15)；
b.通过调节立式配流盘(10)的高压腰型槽口(15)的转角，使其与主轴(1)内端的主轴配流窗口(45-51)进行配流调节，经配流调节后，使液压油由内开路式柱塞内部通孔(42)进入缸体(19)的柱塞腔(43)中；
c.控制斜式配流盘(20)的转角，对配流端面的腰型槽口Ⅰ(59)和腰型槽口Ⅱ(60)与缸体配流窗口(52-58)进行配流，使液压油连通至外部负载接口(77)和低压油接口(75)；由于主轴(1)带动内开路式柱塞(17)和缸体(19)转动，液压油分别由低压油接口(75)和上端盖(11)进入柱塞腔(43)的吸油区，同时将液压油带到压油区由外部负载接口(77)排出;
d.通过步进电机Ⅱ(25)和步进电机Ⅰ(21)的转动，调节立式配流盘(10)和斜式配流盘(20)的转角，对柱塞腔(43)的内部流量进行控制，最终实现调压。
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