CN103174689B - 一种变量电液伺服液压变压器 - Google Patents

Abstract

一种变量电液伺服液压变压器，它涉及一种电液伺服液压变压器，以解决现有的液压变压器负载压力可控而负载流量不可控或者负载压力和负载流量耦合的问题，以及应用于不同场合需要不同规格的液压变压器，不能通用化的问题，它包括配流盘伺服机构和斜盘伺服机构；所述配流盘伺服机构包括配流盘、端盖、配流壳体、轴承盖、轴承、第一液压控制阀和摆动马达，配流盘与叶片轴可拆卸连接，马达壳体设置在端盖和配流壳体之间且三者可拆卸连接，第一液压控制阀安装在马达壳体上；所述斜盘伺服机构包括缸体、液压缸、第二液压控制阀、斜盘、壳体、传动轴和多个柱塞，壳体与端盖可拆卸连接。本发明用于液压领域的系统控制阀用。

Description

一种变量电液伺服液压变压器

技术领域

本发明涉及一种电液伺服液压变压器，具体涉及一种低功率损失的变功率控制元件。

背景技术

液压变压器是指在液压领域中主要实现压力变化作用的元件。CPR(Common PressureRail)系统就是液压界建造的新平台。该技术与电力系统中的电网技术类似，能极大地提高液压系统的效率，并减少动力源的数量，进一步精简液压系统的结构和降低使用成本。该技术目前的研究工作主要是针对于CPR系统中元件控制策略和元件本身这两个方面。液压变压器是CPR系统中元件的一种，其研究目前处于初级阶段，液压变压器不仅能应用于CPR系统，还能应用于其它系统。变压器在电力系统和机械系统中的作用是低损耗地将能量从动力源中转化成执行机构所需的能量形式，即改变电压与电流及转矩与转速的配比。在液压领域，液压变压器的作用就是低损耗地转变压力与流量的配比，达到能量近似恒功率转换。目前，液压变压器已由传统型液压变压器发展到新型液压变压器。

新型液压变压器是通过改变配流盘转角来改变其负载口与高压口流量比而获得相应的负载压力，即负载流量和负载压力相互影响，发生负载流量和负载压力耦合。目前，液压变压器的负载压力能够得到很好的控制，但是负载流量得不到很好的控制，也就是说液压变压器的功率不能得到很好的控制。另外，目前已公布生产的液压变压器的排量均是固定的，所以其最大流量是固定的，使得不同场合需要不同最大流量规格的液压变压器，故使得液压变压器的规格(流量系列)过多。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的液压变压器负载压力可控而负载流量不可控或者负载压力和负载流量耦合的问题，以及应用于不同场合需要不同规格的液压变压器，不能通用化的问题，进而提供一种变量电液伺服液压变压器。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种变量电液伺服液压变压器包括配流盘伺服机构和斜盘伺服机构；

所述配流盘伺服机构包括配流盘、端盖、配流壳体、轴承盖、轴承、第一液压控制阀和摆动马达，所述摆动马达包括马达壳体和叶片轴，配流盘与叶片轴可拆卸连接，马达壳体设置在端盖和配流壳体之间且三者可拆卸连接，叶片轴穿设在马达壳体的内腔中且二者接触密封，叶片轴的一端与配流盘可拆卸连接，叶片轴的另一端通过安装在轴承盖上的轴承支撑转动，轴承盖与配流壳体可拆卸连接，第一液压控制阀安装在马达壳体上；

所述斜盘伺服机构包括缸体、液压缸、第二液压控制阀、斜盘、壳体、传动轴和多个柱塞，壳体与端盖可拆卸连接，壳体内安装有液压缸、斜盘和缸体，缸体位于斜盘与配流盘之间，壳体内穿设有传动轴，传动轴依次穿过斜盘、缸体、配流盘和叶片轴，缸体安装在传动轴上，且传动轴与叶片轴转动连接，缸体内沿传动轴的轴向穿设有多个柱塞，斜盘的端面与多个柱塞滑动接触，斜盘的上端连接有液压缸，第二液压控制阀安装在壳体上，与缸体相邻的配流盘的盘面上沿配流盘的周向设置有第一配流槽、第二配流槽和第三配流槽，第一配流槽内设置有两个第一配流长孔，第二配流槽内设置有两个第二配流长孔，第三配流槽内设置有两个第三配流长孔，与配流盘相邻的叶片轴的端面上沿叶片轴的周向设置有与两个第一配流长孔连通的第一导流孔、与第二配流长孔连通的第二导流孔和与第三配流长孔连通的第三导流孔。

本发明的有益效果是：

1、本发明可低功率损耗地按指定规律实现液压能的控制，得到指定的负载压力和负载流量。配流盘伺服机构，采用摆动马达作为控制元件，主要起伺服控制负载压力的作用；斜盘伺服机构，采用液压缸作为控制元件，主要起伺服控制负载流量的作用；

2、本发明由于负载压力是通过改变配流盘角度进而改变高压口和负载口的流量比而得到，负载流量发生变化，即发生流量和压力耦合，通过控制信号输入到斜盘的第二液压控制阀，第二液压控制阀阀芯移动，调节输入到伺服液压缸的流量，斜盘发生偏转，输入到缸体中的高压油流量发生改变，负载流量相应发生改变，在本发明的液压变压器得到负载所需的流量，最终负载压力和负载流量同时得到控制，解决了以往液压变压器负载压力可控而负载流量不可控的问题，也解决了流量控制系统压力不能控制和压力控制系统中流量不能控制的问题；

3、本发明中的液压变压器可使直线负载的位置，速度和加速度及旋转负载的角度，角速度和角加速度得到控制，同时也可回收负载能量；

4、本发明所述液压变压器作为控制元件，即可实现恒功率控制，也可实现变功率控制，也可实现恒流量控制和恒压力控制，负载压力和负载流量可实现同时控制，继而可实现各种控制方式；

5、本发明基于柱塞泵或马达为基体结构，继承了以往成熟技术，避免了新的部件开发成本与相应工作，降低了总体设计和生产成本，生产成本相比新开发降低了30％～50％；

6、本发明减少了液压变压器的规格数目，增加了液压变压器通用性；

7、本发明可以用于多种场合，从要求不高的工程机械领域到精密的航空航天领域。

附图说明

图1是本发明的主剖视结构示意图，图2是图1中的B-B剖视图，图3是图1中的配流盘的左视图，图4是图1中的配流盘的右视图，图5是图1中的叶片轴的左视图，图6是图5的C-C剖视图，图7是图1中的配流壳体的左视图，图8是图7的D-D剖视图，图9是本发明的机能符号图，图10是本发明的具体实施方式一不带传感器的简化符号图，图11是本发明的具体实施方式八带传感器的简化符号图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图8说明本实施方式，本实施方式的一种变量电液伺服液压变压器包括配流盘伺服机构和斜盘伺服机构；

所述配流盘伺服机构包括配流盘1、端盖2、配流壳体6、轴承盖7、轴承15、第一液压控制阀23和摆动马达，所述摆动马达包括马达壳体3和叶片轴8，配流盘1与叶片轴8可拆卸连接，马达壳体3设置在端盖2和配流壳体6之间且三者可拆卸连接，叶片轴8穿设在马达壳体3的内腔中且二者接触密封，叶片轴8的一端与配流盘1可拆卸连接，叶片轴8的另一端通过安装在轴承盖7上的轴承15支撑转动，轴承盖7与配流壳体6可拆卸连接，第一液压控制阀23安装在马达壳体3上；

所述斜盘伺服机构包括缸体27、液压缸29、第二液压控制阀30、斜盘31、壳体32、传动轴33和多个柱塞28，壳体32与端盖2可拆卸连接，壳体32内安装有液压缸29、斜盘31和缸体27，缸体27位于斜盘31与配流盘1之间，壳体32内穿设有传动轴33，传动轴33依次穿过斜盘31、缸体27、配流盘1和叶片轴8，缸体27安装在传动轴33上，且传动轴33与叶片轴8转动连接，缸体27内沿传动轴33的轴向穿设有多个柱塞28，斜盘31的端面与多个柱塞28滑动接触，斜盘31的上端连接有液压缸29，第二液压控制阀30安装在壳体32上，与缸体27相邻的配流盘1的盘面上沿配流盘1的周向设置有第一配流槽1-1、第二配流槽1-2和第三配流槽1-3，第一配流槽1-1内设置有两个第一配流长孔1-1-1，第二配流槽1-2内设置有两个第二配流长孔1-2-1，第三配流槽1-3内设置有两个第三配流长孔1-3-1，与配流盘1相邻的叶片轴8的端面上沿叶片轴8的周向设置有与两个第一配流长孔1-1-1连通的第一导流孔8-1、与第二配流长孔1-2-1连通的第二导流孔8-2和与第三配流长孔1-3-1连通的第三导流孔8-3。

本实施方式的斜盘与壳体转动连接，斜盘能发生偏转。通过调节液压缸的流量，实现斜盘的偏转。

本实施方式在使用时，第一摆角传感器34通过螺钉11安装在转角盘支架9上；轴承盖7与叶片轴8通过第一旋转密封圈13和第二O型密封圈14进行密封；轴承盖7与叶片轴8通过轴承15转动连接；配流壳体6与轴承盖7通过第三O型密封圈16进行密封；配流壳体16与叶片轴8通过第二旋转密封圈17、第四O型密封圈18进行密封、第五O型密封圈19、轴根支撑环20和轴根密封圈21进行连接和密封；端盖2与马达壳体3通过第六O型密封圈22进行密封；壳体32与端盖2之间通过第七O型密封圈24进行密封；传动轴33与叶片轴8之间通过第二轴承25转动连接；液压缸为伺服液压缸；摆动马达为伺服摆动马达。本实施方式的多个柱塞28可在缸体27内水平往复运动。

本实施方式在不加配流盘1的摆角传感器34时，配流盘伺服机构为开环伺服机构，配流盘1随控制器发出的指令旋转；在不加斜盘31的摆角传感器35时，斜盘伺服机构为开环伺服机构，斜盘31随控制器发出的指令旋转。本实施方式的第一配流槽(两个第一配流孔1-1)的作用是提供能量；第二配流槽(两个第二配流孔1-2)的作用是输送具有期望负载压力的期望负载流量，即经过控制后的油液(调整油液的压力参数和流量参数)；第三配流槽1-3的作用是为了补偿在液压变压器变压过程中产生的流量不平衡。

本实施方式叶片轴8设计成三油孔结构(第一导流孔、第二导流孔和第三导流孔)，三个油孔分别用作高压油孔、负载油孔和低压油孔，三个油孔分别连通相应的配流槽。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述液压变压器还包括第一螺钉12，马达壳体3、端盖2、配流壳体6以及壳体32四者通过第一螺钉12可拆卸连接。如此设置，安装拆卸方便，使用便捷。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述液压变压器还包括第二螺钉10，轴承盖7通过第二螺钉10与配流壳体6可拆卸连接。如此设置，安装拆卸方便，使用便捷。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述液压变压器还包括销钉26，配流盘1通过销钉26与叶片轴8可拆卸连接。如此设置，安装拆卸方便，使用便捷。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述第一液压控制阀23为电液伺服阀或电液比例阀。如此设置，实现了液压变压器的小型化，减轻了液压变压器的重量，实现了液压变压器作为控制元件的功能，可代替大功率伺服控制阀和比例控制阀等控制阀，控制效果好，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述第二液压控制阀30为电液伺服阀或电液比例阀。如此设置，实现了液压变压器的小型化，减轻了液压变压器的重量，实现了液压变压器作为控制元件的功能，可代替大功率伺服控制阀和比例控制阀等控制阀，控制效果好，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述液压变压器还包括第一摆角传感器34和转角盘支架9，转角盘支架9安装在轴承盖7的外壁上，第一摆角传感器34安装在转角盘支架9上。如此设置，在加上摆角传感器34时，配流盘伺服机构为闭环伺服机构，配流盘1随控制器发出的指令旋转后反馈给控制器摆角位置，控制器调整指令消减配流盘1旋转的误差，使配流盘1旋转运动得到更精确控制，相比不加摆角传感器34的配流盘1的旋转运动精度提高了5％～10％。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述液压变压器还包括第二摆角传感器35和转速传感器36，第二摆角传感器35安装在壳体32的上端，所述转速传感器36安装在壳体32。如此设置，在加上第二摆角传感器35时，斜盘伺服机构为闭环伺服机构，斜盘31随控制器发出的指令旋转后反馈给控制器摆角位置，控制器调整指令消减斜盘31摆角的误差，使斜盘31摆动运动得到精确控制，相比不加摆角传感器35的斜盘31的摆动运动精度提高了3％～8％。在加上转速传感器36后，本发明的液压变压器的控制性能得到大幅提升。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的叶片轴8与马达壳体3通过O型密封圈4和密封条5密封连接。如此设置，满足实际工作需要。其它与具体实施方式一、七或八相同。

具体实施方式十：结合图8说明本实施方式，本实施方式所述配流壳体6的侧壁上设置有与第一导流孔8-1连通的第一接口6-1、与第二导流孔8-2连通的第二接口6-2和与第三导流孔8-3连通的第三接口6-3。如此设置，配流壳体6上设计成三接口结构，对内连接叶片轴8的相应三个油孔，对外分别连接系统的高压油路、负载油路和低压油路或油箱，有利于实现油液的顺利流通。其它与具体实施方式一相同。

工作原理

结合图1～图11说明本发明工作原理，本发明中的配流盘伺服机构与斜盘伺服机构(通过第一螺钉12)连接在一起。配流盘1有第一配流槽1-1、第二配流槽1-2和第三配流槽1-3，第一配流槽1-1为高压口，通高压油路；第二配流槽1-2为负载口，通往执行机构油路；第三配流槽1-3为低压口，通低压油路或直接通往油箱。第一配流槽1-1在本发明所述液压变压器中起液压马达作用，高压油从第一接口6-1经第一导流孔8-1和第一配流槽1-1(两个第一配流长孔1-1-1)进入，作用于该第一配流槽1-1对应的柱塞28，该柱塞28压住斜盘31，斜盘31反作用推动该柱塞28旋转，柱塞28推动缸体27旋转，液压能转换为机械能。缸体27带动其它柱塞28旋转，同时，斜盘31推动第二配流槽1-2对应的柱塞28作相对缸体27的直线运动，该柱塞28把油液压入第二配流槽1-2(两个第二配流长孔1-2-1)内，油液内部产生一定压力，机械能又转化为液压能。第二配流槽1-2在液压变压器起液压泵作用，从该第二配流槽1-2输出负载需要的压力油，能量从第一配流槽1-1中的油液途经该第一配流槽1-1对应的柱塞28、斜盘31、缸体27和第二配流槽1-2对应的柱塞28传递到第二配流槽1-2的油液中。当控制信号输入到配流盘1的第一液压控制阀23(电液伺服阀或电液比例阀)，配流盘1的第一液压控制阀23阀芯移动，调节输入到摆动马达的流量，推动摆动马达中的叶片轴8旋转一定的角度，(通过销钉26)带动配流盘1一起旋转，从外界流入第一配流槽1-1的高压油在缸体内发生压力变化，在第二配流槽1-2得到控制目标所指定的负载压力，本发明的负载压力是通过改变配流盘1的旋转角度进而改变高压口和负载口的流量比而得到，负载流量发生变化，即发生流量和压力耦合；控制信号输入到斜盘31的第二液压控制阀30(电液伺服阀或电液比例阀)，斜盘31的第二液压控制阀30的阀芯移动，调节输入到伺服液压缸29的流量，斜盘31发生偏转，输入到缸体中的高压油流量发生改变，负载流量相应发生改变，在第二配流槽1-2得到负载所需的流量，最终负载压力和负载流量同时得到控制，其余油液可通过第三配流槽1-3通往压油路或直接通往油箱。

图9中标明了变量电液伺服液压变压器的能量传递油路和控制油路的布置，能量由高压油路进入到第一配流槽1-1(两个第一配流长孔1-1-1，高压压力为P_A)，能量形式经液压变压器低功率损耗调整后(调整液压能的压力参数和流量参数)，从第二配流槽1-2(两个第二配流孔1-2-1，负载压力为P_B)输送到负载油路驱动负载按控制信号动作。控制器发出控制信号给第一液压控制阀或第二液压控制阀(电液伺服阀或电液比例阀)，进而控制配流盘或斜盘按指定规律旋转，使得液压变压器获得期望的负载功率，同时改变输入液压变压器的液压能，即改变液压能的压力参数和流量参数，将改变后的液压能输送给负载油路，液压变压器的液压能发生低功率损耗改变。通过第三配流槽1-3(两个第三配流孔1-3-1，低压压力或油箱压力为P_T)补偿在液压变压器变压过程中产生的流量不平衡。添加传感器可提高液压变压器的控制性能。

如图10和图11，本发明液压变压器在液压系统中简化表示时，两个箭头表示两个变量，上面的箭头表示配流盘变量(对应于图9中所示的马达)，下面的箭头表示斜盘变量(对应于图9中所示的油缸)，两个伺服线表示液压变压器是受伺服控制的。

Claims (10)

1.一种变量电液伺服液压变压器，其特征在于：所述液压变压器包括配流盘伺服机构和斜盘伺服机构；所述配流盘伺服机构包括配流盘(1)、端盖(2)、配流壳体(6)、轴承盖(7)、轴承(15)、第一液压控制阀(23)和摆动马达，所述摆动马达包括马达壳体(3)和叶片轴(8)，配流盘(1)与叶片轴(8)可拆卸连接，马达壳体(3)设置在端盖(2)和配流壳体(6)之间且三者可拆卸连接，叶片轴(8)穿设在马达壳体(3)的内腔中且二者接触密封，叶片轴(8)的一端与配流盘(1)可拆卸连接，叶片轴(8)的另一端通过安装在轴承盖(7)上的轴承(15)支撑转动，轴承盖(7)与配流壳体(6)可拆卸连接，第一液压控制阀(23)安装在马达壳体(3)上；

所述斜盘伺服机构包括缸体(27)、液压缸(29)、第二液压控制阀(30)、斜盘(31)、壳体(32)、传动轴(33)和多个柱塞(28)，壳体(32)与端盖(2)可拆卸连接，壳体(32)内安装有液压缸(29)、斜盘(31)和缸体(27)，缸体(27)位于斜盘(31)与配流盘(1)之间，壳体(32)内穿设有传动轴(33)，传动轴(33)依次穿过斜盘(31)、缸体(27)、配流盘(1)和叶片轴(8)，缸体(27)安装在传动轴(33)上，且传动轴(33)与叶片轴(8)转动连接，缸体(27)内沿传动轴(33)的轴向穿设有多个柱塞(28)，斜盘(31)的端面与多个柱塞(28)滑动接触，斜盘(31)的上端连接有液压缸(29)，第二液压控制阀(30)安装在壳体(32)上，与缸体(27)相邻的配流盘(1)的盘面上沿配流盘(1)的周向设置有第一配流槽(1-1)、第二配流槽(1-2)和第三配流槽(1-3)，第一配流槽(1-1)内设置有两个第一配流长孔(1-1-1)，第二配流槽(1-2)内设置有两个第二配流长孔(1-2-1)，第三配流槽(1-3)内设置有两个第三配流长孔(1-3-1)，与配流盘(1)相邻的叶片轴(8)的端面上沿叶片轴(8)的周向设置有与两个第一配流长孔(1-1-1)连通的第一导流孔(8-1)、与第二配流长孔(1-2-1)连通的第二导流孔(8-2)和与第三配流长孔(1-3-1)连通的第三导流孔(8-3)。

2.根据权利要求1所述的一种变量电液伺服液压变压器，其特征在于：所述液压变压器还包括第一螺钉(12)，马达壳体(3)、端盖(2)、配流壳体(6)以及壳体(32)四者通过第一螺钉(12)可拆卸连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种变量电液伺服液压变压器，其特征在于：所述液压变压器还包括第二螺钉(10)，轴承盖(7)通过第二螺钉(10)与配流壳体(6)可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的一种变量电液伺服液压变压器，其特征在于：所述液压变压器还包括销钉(26)，配流盘(1)通过销钉(26)与叶片轴(8)可拆卸连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种变量电液伺服液压变压器，其特征在于：所述第一液压控制阀(23)为电液伺服阀或电液比例阀。

6.根据权利要求1或2所述的一种变量电液伺服液压变压器，其特征在于：所述第二液压控制阀(30)为电液伺服阀或电液比例阀。

7.根据权利要求1所述的一种变量电液伺服液压变压器，其特征在于：所述液压变压器还包括第一摆角传感器(34)和转角盘支架(9)，转角盘支架(9)安装在轴承盖(7)的外壁上，第一摆角传感器(34)安装在转角盘支架(9)上。

8.根据权利要求7所述的一种变量电液伺服液压变压器，其特征在于：所述液压变压器还包括第二摆角传感器(35)和转速传感器(36)，第二摆角传感器(35)安装在壳体(32)的上端，所述转速传感器(36)安装在壳体(32)的外壁上。

9.根据权利要求1、7或8所述的一种变量电液伺服液压变压器，其特征在于：叶片轴(8)与马达壳体(3)通过第一O型密封圈(4)和密封条(5)密封连接。

10.根据权利要求1所述的一种变量电液伺服液压变压器，其特征在于：所述配流壳体(6)的侧壁上设置有与第一导流孔(8-1)连通的第一接口(6-1)、与第二导流孔(8-2)连通的第二接口(6-2)和与第三导流孔(8-3)连通的第三接口(6-3)。