CN104612925B - 改进的柱塞式流体泵及马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了改进的柱塞式流体泵及马达，包括装在轴上具有流体腔室的缸体、若干在缸体内滑动的柱塞组件，与柱塞组件接触的变量盘和与变量盘连接的变量机构，该柱塞式流体泵和马达上还设有保持柱塞组件与变量盘分离或恢复接触的柱塞保持装置。该改进的柱塞式流体泵及马达，有效解决了流体泵及马达，在不需要工作的场合和时间仍输出较大的流量，存在背压，造成不必要的功率损耗和温升，增加机械磨损的问题，使在不需要工作时，流体泵及马达的输出流量为零，消除了非工作时间的功率消耗，而且摩擦件间不接触，消除了机械摩擦损耗，流体循环停止，也消除了不必要的流体温升。

Description

改进的柱塞式流体泵及马达

技术领域

本发明涉及流体泵和马达技术领域，尤其是涉及改进的柱塞式流体泵及马达。

背景技术

现有的柱塞式流体机械包括柱塞泵和马达，通过主摩擦副的摩擦件间顶压接触，以一定的相对运动形成流体腔室容积变化实现流体工作循环，具有变量机构的则可根据负载情况调节流量大小，通常在低压情况下摩擦件斜盘（变量盘）的角度（轴向柱塞式结构）或定子（可称变量盘）的偏心（径向柱塞式结构）处于较大位置，工作流量也大，在高压情况下则相反。在一些场合当不需要流体机械工作时，一般采取卸荷方式，这时仍输出较大的流量（在变量机构最大排量点工作），且系统存在一定背压，造成了该时段内不必要的功率损耗，同时流体循环也造成温升，而且主摩擦副柱塞（或柱塞滑靴部件）与变量盘间的接触摩擦仍存在也造成了功率损失和增加了机械磨损。

中国专利文献（公告日：2013年12月4日，公告号： CN103423118A）公开了一种流体柱塞泵(马达)，包括曲柄、柱塞、缸套、壳体及泵头，柱塞3设置在缸套内，曲柄通过端盖和轴承安装在壳体内，该泵(马达)还设有套装在曲柄上的传动环直线滑轨。在直线滑轨的约束下，曲柄驱动传动环周向移动，使柱塞往复运动，改变柱塞室的容积大小，实现泵流功能。

上述技术方案解决的是泵的转速低，重量重，成本高，体积大的问题，该方案并未解决泵的功率损失和机械磨损问题。

发明内容

本发明的目的为了解决现有技术中流体泵和马达，在一些不需要工作时，仍输出较大的流量，存在背压，造成不必要的功率损耗和温升，增加机械磨损的问题，而提供一种能够在不需要工作时停止输出流量，减少系统背压，降低功率损耗和温升，减少机械磨损的改进的柱塞式流体泵及马达。

本发明实现其技术目的所采用的技术方案是：改进的柱塞式流体泵及马达，包括装在轴上具有流体腔室的缸体、若干在缸体内滑动的柱塞组件，与柱塞组件接触的变量盘和与变量盘连接的变量机构，该柱塞式流体泵和马达上还设有保持柱塞组件与变量盘分离或恢复接触的柱塞保持装置。该改进的柱塞式流体泵及马达，通过在原有的结构上设置柱塞保持装置，通过控制柱塞保持装置可以使柱塞组件保持在缸体柱塞腔内不产生轴向移动并与变量盘分离，也可以使柱塞组件回复原位置与变量盘接触并在缸体柱塞腔内作轴向滑动。也就是使系统在不需要流体泵和马达工作时，利用该柱塞保持装置使柱塞组件保持在缸体的各自柱塞腔内，而与变量盘摩擦面处于分离状态，从而流体腔室容积不发生变化，流体循环停止，输出流量为零，消除了非工作时间的功率消耗，而且摩擦件之间不接触，消除了机械摩擦损耗，流体循环停止也消除了不必要的流体温升。而在需要流体泵和马达工作的场合和时间内，该流体柱塞泵和马达都可以按照原来的变量控制方式工作。并且工作状态和非工作状态这两种状态可进行快速变换，一般在不需要流体泵和马达工作时，系统卸荷控制信号发出，柱塞组件处于保持状态与变量盘不接触，流体泵和马达处于空转不工作状态，需要工作时则控制信号解除，柱塞组件迅速复位与变量盘接触，进入工作状态，流体泵和马达处于原变量方式下工作。该流体柱塞式泵及马达，能够在不需要工作时停止输出流量，减少系统背压，降低功率损耗和温升，减少机械磨损。

作为优选，所述的柱塞保持装置包括控制腔、控制阀和控制流体，所述的控制流体通过控制阀与控制腔连接，所述的控制流体来自外接低压流体。控制流体通过控制阀选择连通或不连通控制腔，连通时，控制流体压力作用于柱塞组件上使其保持在缸体内，不工作，不损耗，若不连通则柱塞组件滑出与变量盘接触，进行正常工作。

作为优选，所述的柱塞组件为柱塞滑靴结构或柱塞式结构，所述的控制腔设置在缸体上，与控制腔相通的销孔内装设有柱销，所述的柱塞上制有与柱销配合的凹槽。柱塞组件选择柱塞滑靴部件形式时，柱塞组件包括有柱塞和滑靴，若为柱塞式结构则只包含柱塞，控制腔设置在缸体上，销孔内设有柱销，柱塞上制有与柱销配合的凹槽，当不需要流体泵和马达工作时，柱塞保持装置工作，控制流体通过控制阀接通控制腔，柱销在控制流体作用下被推入柱塞上的凹槽内部，将柱塞锁住，柱塞不会在缸体柱塞腔内部滑动，不产生流体循环，不产生功率损耗；需要流体泵和马达工作时，控制阀将控制流体与控制腔隔离，柱销在缸体旋转离心力作用下外伸而不与柱塞上的凹槽接触，柱塞恢复正常滑动工作。该结构适用于轴向型柱塞式流体泵及马达。

作为优选，所述的柱塞组件为柱塞式结构，包括柱塞，所述的控制腔设置在缸体上，与控制腔相通的销孔内装设有柱销，所述的柱塞上制有与柱销配合的凹槽。柱塞组件为柱塞式结构时则只包含柱塞，当不需要泵马达工作时，柱销被推入凹槽，柱塞锁住，当需要泵马达工作时，控制腔不通控制流体，柱塞在离心力作用下伸出柱塞腔工作，而柱销退回销孔内，该柱销头部制成弧形或斜面，便于柱塞伸出时带动柱销退回。该结构适用于径向型柱塞式流体泵及马达。

作为优选，所述的柱塞组件为柱塞式结构，包括柱塞，所述的控制腔设置在变量盘上。柱塞组件为柱塞式结构时，只包括柱塞，此时，控制腔设置在变量盘上，当不需要流体泵及马达工作时，控制流体经控制阀作用于控制腔内，控制流体的压力经控制腔和缸体变量盘间空腔作用于柱塞，使柱塞保持在缸体内而不与变量盘内表面接触，当需要流体泵及马达工作时，控制流体在控制阀的控制下不连通控制腔，此时柱塞在缸体旋转离心力作用下而外伸与变量盘内表面接触，从而按原变量机构控制偏心正常工作。缸体与变量盘间空腔设计成密封结构，便于保持控制流体压力。该结构适用于径向型结构的柱塞式流体泵及马达。

作为优选，控制腔对应位置设置有衬件，所述的衬件上设置有连通控制腔和控制流体的辅助腔。控制腔对应位置的缸体或者变量盘上设置有衬件，衬件上设置有辅助腔，这样的结构方便柱塞保持装置的设置。

作为优选，所述的柱塞组件为柱塞式结构或柱塞滑靴结构，包括柱塞和缸体柱塞腔，所述的柱塞为阶梯柱体结构，与变量盘接触端的柱塞直径小于靠近流体腔室端的柱塞直径，缸体柱塞腔与柱塞配合设置为阶梯结构，所述的柱塞的阶梯柱体结构大小端连接处与流体腔室阶梯孔大小孔连接处构成控制腔。柱塞设置为阶梯柱体结构，缸体柱塞腔也相应地制成阶梯孔结构，与变量盘接触端的柱塞直径小于靠近流体腔室端的柱塞直径，阶梯柱体结构与阶梯孔结构在台阶处形成控制腔，控制流体经控制阀连通控制腔，作用于柱塞台阶面上，从而控制柱塞保持在缸体内或滑出缸体柱塞腔与变量盘接触。可适用于轴向型结构或径向型结构。

作为优选，所述的控制阀为二位三通阀。控制阀可以采用二位三通阀也可以采用其他结构的阀，只要能够实现控制流体与控制腔的连通或者阻断即可。

作为优选，柱塞保持装置为液压控制装置或者气动控制装置或者机械控制或者电磁控制。柱塞保持装置可以选择液压控制装置、气动控制装置、机械控制或者电磁控制等多种形式。

本发明的有益效果是：该改进的柱塞式流体泵及马达，有效解决了流体泵及马达，在不需要工作的场合和时间仍输出较大的流量，存在背压，造成不必要的功率损耗和温升，增加机械磨损的问题，使在不需要工作时，流体泵及马达的输出流量为零，消除了非工作时间的功率消耗，而且摩擦件间不接触，消除了机械摩擦损耗，流体循环停止，也消除了不必要的流体温升。

附图说明

图1是本发明改进的柱塞式流体泵及马达的一种结构示意图；

图2是图1中改进的柱塞式流体泵及马达的一种保持状态结构示意图；

图3是本发明改进的柱塞式流体泵及马达的第二种结构示意图；

图4是本发明改进的柱塞式流体泵及马达的第三种结构示意图；

图中：1、轴，2、流体腔室，3、缸体，4、柱塞组件，5、变量盘，6、变量机构，7、柱塞保持装置，8、控制腔，9、控制阀，10、控制流体，11、柱塞，12、滑靴，13、柱销，14、凹槽，15、衬件，16、辅助腔，17、缸体柱塞腔。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例1：

在图1所示的实施例中，改进的柱塞式流体泵及马达，包括装在轴1上具有流体腔室2的缸体3、若干在缸体3内滑动的柱塞组件4，与柱塞组件4接触的变量盘5和与变量盘5连接的变量机构6，该柱塞式流体泵和马达上还设有保持柱塞组件4与变量盘5分离或恢复接触的柱塞保持装置7。柱塞保持装置7为液压控制装置，柱塞保持装置7包括控制腔8、控制阀9和控制流体10，控制阀9为二位三通阀。控制流体10通过控制阀9与控制腔8连接，控制流体10来自外接低压流体。柱塞组件4为柱塞滑靴部件形式，包括柱塞11和滑靴12，控制腔8设置在缸体3上，与控制腔8连通的销孔内内装设有柱销13，柱塞11上制有与柱销13配合的凹槽14。控制腔8对应位置的缸体3上设置有衬件15，衬件15上设置有连通控制腔8和控制流体10的辅助腔16。

实施例2：

在图3所示的实施例中，改进的柱塞式流体泵及马达，包括装在轴1上具有流体腔室2的缸体3、若干在缸体3内滑动的柱塞组件4，与柱塞组件4接触的变量盘5和与变量盘5连接的变量机构6，该柱塞式流体泵和马达上还设有保持柱塞组件4与变量盘5分离或恢复接触的柱塞保持装置7。柱塞保持装置7为液压控制装置，柱塞保持装置7包括控制腔8、控制阀9和控制流体10，控制阀9为二位三通阀。控制流体10通过控制阀9与控制腔8连接，控制流体10来自外接低压流体。柱塞组件4为柱塞式结构，包括柱塞11，控制腔8设置在变量盘5上。控制腔8对应位置的变量盘5上设置有衬件15，衬件15上设置有连通控制腔8和控制流体10的辅助腔16。

实施例3：

在图4所示的实施例中，改进的柱塞式流体泵及马达，包括装在轴1上具有流体腔室2的缸体3、若干在缸体3内滑动的柱塞组件4，与柱塞组件4接触的变量盘5和与变量盘5连接的变量机构6，该柱塞式流体泵和马达上还设有保持柱塞组件4与变量盘5分离或恢复接触的柱塞保持装置7。柱塞保持装置7为液压控制装置，柱塞保持装置7包括控制腔8、控制阀9和控制流体10，控制阀9为二位三通阀。控制流体10通过控制阀9与控制腔8连接，控制流体10来自外接低压流体。柱塞组件4为柱塞式结构，包括柱塞11和缸体柱塞腔17，柱塞11为阶梯柱体结构，与变量盘接触端的柱塞直径小于靠近流体腔室端的柱塞直径，缸体柱塞腔17与柱塞11配合设置为阶梯孔结构，柱塞11的阶梯柱体结构大小端连接处与缸体柱塞腔17阶梯孔大小孔连接处构成控制腔8。

上述实施例所述的柱塞式流体机械，在柱塞式流体泵及马达上设置柱塞保持装置，使系统在不需要流体泵及马达工作时，利用柱塞保持装置使柱塞保持在缸体的各自柱塞腔内（见图2），而与变量盘摩擦面处于分离状态，从而流体腔室容积不变化，流体循环停止，输出流量为零，消除了非工作时间的功率消耗，而且摩擦件之间不接触，消除了机械摩擦损耗，流体循环停止也消除了不必要的流体温升。而在需要流体机械工作的场合和时间内该柱塞式流体泵及马达均按原变量控制方式工作。工作和不工作这两种状态可以快速选择变换，一般在不需要流体机械工作时，系统卸荷，控制信号发出，柱塞处于保持状态与变量盘不接触，流体机械处于空转不工作状态，需要工作时则控制信号解除，柱塞迅速复位与变量盘接触，处于工作状态，流体机械按原变量方式工作。

该柱塞式流体泵及马达的柱塞保持装置包括控制腔、控制阀、控制流体，控制流体来自外接低压流体，控制阀采用二位三通阀或其他形式的阀，控制流体通过控制阀选择连通或不连通控制腔，连通时，控制流体的压力作用使柱塞保持在缸体内，若不连通则柱塞滑出与变量盘接触。而控制腔的位置可有多种结构：对于轴向型或径向型结构的柱塞式流体泵及马达，控制腔均可设在缸体上，对应于控制腔的缸体外还设有衬件，缸体柱塞腔内的柱塞上制有凹槽，控制腔内装有柱销，柱销与凹槽配合设置，流体机构泵及马达正常工作时，柱销在缸体旋转离心力作用下外伸（轴向型结构）或柱塞外伸而柱销退入销孔内（径向型结构）而不与柱塞凹槽接触，不需要流体机械泵及马达工作时，外接的控制流体压力作用在柱销上，使柱销压入凹槽内部阻止柱塞移动，从而保持柱塞在缸体内不滑动。

对于径向型结构的柱塞式流体泵及马达，控制腔还可设在变量盘上，当控制流体连通控制腔时，控制流体压力经控制腔和缸体变量盘间空腔作用于柱塞上，使柱塞保持在缸体内而不与变量盘内表面接触，当控制流体不连通控制腔时则柱塞因缸体旋转离心力作用于而外伸与变量盘接触，按原变量机构控制偏心正常工作。

还有一种就是控制腔直接通过柱塞和缸体柱塞腔的结构形成，将柱塞制成阶梯柱体结构，缸体的柱塞腔也相应地制成阶梯孔结构，与变量盘接触端柱塞直径小于靠近流体腔室端柱塞直径，阶梯柱体结构与阶梯孔结构在台阶处形成控制腔，控制流体经控制阀连通控制腔，作用于柱塞台阶面，从而控制柱塞保持在缸体内或滑出缸体与变量盘接触。

该改进的柱塞式流体泵及马达，有效解决了流体泵及马达，在不需要工作的场合和时间仍输出较大的流量，存在背压，造成不必要的功率损耗和温升，增加机械磨损的问题，使在不需要工作时，流体泵及马达的输出流量为零，消除了非工作时间的功率消耗，而且摩擦件间不接触，消除了机械摩擦损耗，流体循环停止，也消除了不必要的流体温升。

Claims (8)

1.改进的柱塞式流体泵及马达，包括装在轴（1）上具有流体腔室（2）的缸体（3）、若干在缸体（3）内滑动的柱塞组件（4），与柱塞组件（4）接触的变量盘（5）和与变量盘（5）连接的变量机构（6），其特征在于：该柱塞式流体泵及马达上还设有保持柱塞组件（4）与变量盘（5）分离或恢复接触的柱塞保持装置（7）；所述的柱塞保持装置（7）包括控制腔（8）、控制阀（9）和控制流体（10），所述的控制流体（10）通过控制阀（9）与控制腔（8）连接，所述的控制流体（10）来自外接低压流体。

2.根据权利要求1所述的改进的柱塞式流体泵及马达，其特征在于：所述的柱塞组件（4）为柱塞滑靴结构形式，包括柱塞（11）和滑靴（12），所述的控制腔（8）设置在缸体（3）上，与控制腔（8）相通的销孔内装设有柱销（13），所述的柱塞（11）上制有与柱销（13）配合的凹槽（14）。

3.根据权利要求1所述的改进的柱塞式流体泵及马达，其特征在于：所述的柱塞组件（4）为柱塞式结构，包括柱塞（11），所述的控制腔（8）设置在缸体（3）上，与控制腔（8）相通的销孔内装设有柱销（13），所述的柱塞（11）上制有与柱销（13）配合的凹槽（14）。

4.根据权利要求1所述的改进的柱塞式流体泵及马达，其特征在于：所述的柱塞组件（4）为柱塞式结构，包括柱塞（11），所述的控制腔（8）设置在变量盘（5）上。

5.根据权利要求2或3或4所述的改进的柱塞式流体泵及马达，其特征在于：控制腔（8）对应位置的缸体（3）或者变量盘（5）上设置有衬件（15），所述的衬件（15）上设置有连通控制腔（8）和控制流体（10）的辅助腔（16）。

6.根据权利要求1所述的改进的柱塞式流体泵及马达，其特征在于：所述的柱塞组件（4）为柱塞式结构或柱塞滑靴结构，包括柱塞（11）和缸体柱塞腔（17），所述的柱塞（11）为阶梯柱体结构，与变量盘接触端的柱塞直径小于靠近流体腔室端的柱塞直径，所述的缸体柱塞腔（17）与柱塞（11）配合设置为阶梯结构，所述的柱塞的阶梯柱体结构大小端连接处与缸体柱塞腔（17）阶梯孔大小孔连接处构成控制腔（8）。

7.根据权利要求1所述的改进的柱塞式流体泵及马达，其特征在于：所述的控制阀（9）为二位三通阀。

8.根据权利要求1或2或3或4或6或7所述的改进的柱塞式流体泵及马达，其特征在于：柱塞保持装置（7）为液压控制装置或者气动控制装置或者机械控制或者电磁控制。