CN105041594A - 具有带变形区域的缸座的紧凑型径向活塞液压机 - Google Patents

Abstract

一种液压机，其具有缸体，缸体带有第一端口和第二端口，并且带有多个径向地设置的缸膛，缸膛带有穿过侧面的开口。围绕各个缸膛开口形成的变形区域响应于缸膛内的压力变化而扩大和收缩。连续的箍带围绕缸体延伸，封闭缸膛开口并且施加预应变压缩力到各个变形区域。多个活塞可滑动地容纳在多个缸膛中，多个阀装置将缸膛连接到第一端口和第二端口。带有偏心凸轮的轴驱动活塞在缸膛内滑动。各个变形区域响应于在关联的缸膛内的压力而扭曲，其中当缸压力增大时，缸膛的周界变得更接近于圆形。

Description

具有带变形区域的缸座的紧凑型径向活塞液压机

相关文件的交叉引用

本申请是美国专利申请第13/266,378号的部分继续申请，该申请是是于2010年5月25日提交的国际申请第PCT/US2010/036072号的国家阶段的申请。

有关联邦赞助研发的声明

不适用

技术领域

本发明涉及液压机，例如泵和液压马达，并且尤其是涉及这样的机械，即其具有活塞，活塞在缸膛中移动，各缸膛围绕偏心传动轴径向设置。

背景技术

相关技术的描述

通常类型的径向活塞泵包括本体，本体带有围绕传动轴径向地设置的多个缸膛。活塞可滑动地容纳在各个缸膛内，并且有插塞关闭缸膛的外端，从而限定位于活塞和插塞之间的腔。传动轴具有偏心凸轮，活塞由弹簧提供的偏压力而骑靠偏心凸轮。入口供给流体到入口通道，入口通道通过独立的入口单向阀连接到各个缸腔。一组出口单向阀将缸腔联接到出口通道，出口通道通向泵的出口。

当传动轴旋转时，偏心凸轮促使各个活塞循环地在各个缸膛中滑入和滑出，从而减小和扩大相关联的缸腔的容积。在活塞循环的吸入阶段，当假定缸腔容积扩大时，入口单向阀打开，允许流体从入口通道被抽吸到缸腔中。在各个活塞循环的后继的排出阶段，当缸腔的容积减小时，流体在压力下通过出口单向阀被排出到出口。在偏心凸轮的每个旋转过程中，流体吸入和排出阶段交替反复。在任一个时间点，径向地排列的一些缸膛处于吸入阶段，而其他的缸膛处于排出阶段。

常规的径向活塞泵一般具有相对大的直径以容纳偏压弹簧和封闭缸膛外端的插塞。在许多装配中，用于泵的空间是受限的，因此希望能够减少泵的尺寸。通常泵是安装在发动机或传动装置的侧面，径向间隙是有限的，这约束了常规的径向活塞泵的装配。

发明内容

一种新颖的液压机包括缸体，缸体具有两个端面，在两个端面之间具有一个弯曲的侧面。第一端口和第二端口，设置用于产生到缸体的液压连接。多个缸膛径向地布置在缸体中，并且各个缸膛具有穿过侧面的开口。变形区域围绕开口形成，并且响应在邻近缸膛中的压力变化而变形。独立的活塞组件可滑动地容纳在各个缸膛中。传动轴可旋转地设置在缸座中，并且具有偏心凸轮以往复地驱动在多个缸膛内的多个活塞。阀装置将缸膛联接到第一端口和第二端口，并且允许流体在各个活塞循环过程中在适当的时间进入和离开各缸膛。

封闭箍带结合弯曲的端面并且在多个缸膛的开口上延伸。封闭箍带施加力到各个变形区域，从而施加压缩力到缸体。

在本液压机的一方面，各个变形区域包括围绕各个缸膛开口延伸并且延伸到侧面之外的边缘。

在本液压机的另一方面，在活塞循环的压缩阶段中，在各个缸膛内的压力降低该封闭箍带施加在与缸膛关联的变形区域上的压缩力。例如，当在各个缸膛内的压力升高时，缸膛的横截面形状变得更圆，也就是说，周界从明显的椭圆朝向圆形变化。

附图说明

图1是液压系统的示意图，其结合径向活塞和依照本发明的液压机；

图2是径向截面图，显示了在液压机中布置的缸膛和活塞；

图3是沿着图2中的线3-3的通过液压机的轴向截面；

图4是液压机缸膛的透视图；

图5是在一个缸膛的顶部的图3中的一部分的切口的放大图；和

图6是描绘在不同的压力级别下的缸膛的内部周界图。

具体实施方式

首先参考图1，液压系统10具有原动机12，例如内燃机或者电动机，该原动机由轴联接以驱动液压机14作为泵来工作。液压机14可以构造为定量泵或者变量泵以从第一管路15抽吸流体，并且在压力下迫使流体进入第二管路16，从而沿一个方向驱动液压马达18。液压马达18使得元件旋转，所述元件例如是车辆的一个或多个车轮19。

液压机的相同的设计也可以用作液压马达，例如用作液压马达18。在此，该液压机在一个端口处接收液压流体，将流体能转换为机械能，该能量施加到与车轮19连接的轴。

因此，在此描述的设备一般指的是″液压机″，因此它可以构造为起泵或者液压马达的作用，这取决于它在液压系统中是如何使用和在哪里使用。在一些情形中，相同的液压机在不同的时间可以作为泵或者马达两者来运行，这取决于该液压机是驱动负载(例如车轮19)还是由从负载接收的流体所驱动(例如当车辆逐渐停止时)。

参考图2、图3和图4，液压机14具有缸座20，其带有第一和第二平坦的、圆形的端面21和22，圆柱状的弯曲的侧面38在它们之间延伸。缸座20具有多个缸膛36，各缸膛36从侧面38径向地向内延伸到中心轴孔41。示例性的液压机14具有9个缸膛36，它们围绕中心轴孔41以40度的角度间隔，然而其他液压机可以具有更多或者更少数量的缸膛。

多个第一孔24延伸到缸座20的第一端面21中，这些孔的每一个都通过弯曲的孔穴(cavity)43与一个不同的缸膛36连通，该孔穴以环形的方式绕该一个缸膛延伸，并且通向该一个缸膛中。端板23栓接抵靠第一端面21，并且多个孔隙27贯穿端板并且与所述多个第一孔24对准。每对第一孔24和孔隙27形成为缸膛36之一的入口通道。入口歧管26邻抵端板23的暴露的表面并且具有环形入口通道31，该环形入口通道31将所有的端板小孔27连接到液压机14的入口32。通过入口32进入液压机的流体经入口通道31、小孔27和第一孔24流到各个缸膛36，这将要接下来描述。

多个第二孔25延伸到缸座的第二端面22中，并且这些第二孔的每个通过各个弯曲的孔穴43与不同的一个缸膛36连通。排出歧管28邻抵第二端面22并且具有环形的出口通道29，该出口通道29将所有的第二孔25连接到液压机14的出口35。环形入口通道31和环形出口通道29围绕延伸穿过缸座20的中心的轴孔41。缸座20、端板23、入口歧管26和排出歧管28结合以形成液压机14的本体30。

独立的入口单向阀33设置在每一个第一孔24中。当在入口通道31内的压力大于相关联的缸腔37内的压力时，入口单向阀33打开，如在活塞循环的吸入阶段中所发生的。独立的出口单向阀34设置在每个第二孔25中。当在关联的缸腔37内的压力大于出口通道29内的压力时，出口单向阀34打开，如通常在活塞循环的排出阶段中所发生的。每个入口单向阀33和出口单向阀34都是被动的，此意为各单向阀响应于施加在其上的压力来运行，而不是由电动操作的。

特别参考图2和3，传动轴40延伸穿过轴孔41并且在其中是可旋转的，同时由在缸座20的每个端部处的各独立的轴承42支承。传动轴40的位于缸座20内的中段具有偏心凸轮44。凸轮44具有圆形的外表面，该圆形外表面的中心线偏离传动轴40的其余部分的轴线45。因此，当传动轴40在缸座20内旋转时，凸轮44以偏心的方式围绕轴线45旋转。凸轮轴承46围绕传动轴凸轮44延伸。凸轮轴承46可以具有可选择的内环，其压在传动轴凸轮的外周界表面上。多个滚子49设置在内环和外环48之间。通过热处理和加工偏心凸轮44的表面使其起到内环的作用，可以省去内环。尽管描绘了具有圆柱状滚子的凸轮轴承46，但是也可以使用带有其他类型滚动元件的轴承，或者可以使用带有或者不带有润滑的轴颈轴承。

活塞组件50可滑动地容纳在每个缸膛36内，从而在缸膛内限定腔37。每个活塞组件50包括活塞54和活塞杆52。活塞杆52在活塞54和凸轮轴承46之间延伸。活塞杆52具有弯曲的滑靴(瓦部)56，其邻抵凸轮轴承46的外环48，并且其宽于活塞杆的轴，从而产生凸缘部分。一对环形挡圈58围绕凸轮44延伸，同时结合各个活塞杆滑靴56的凸缘部分，从而保持活塞杆52抵靠凸轮轴承46，这在活塞循环的吸入阶段是尤其有益的。弯曲的活塞杆滑靴56均匀地将活塞负载分布在凸轮轴承46的外环48上，并且也将局部负载力分布到轴承的滚子49上。当传动轴40和凸轮44在缸座20内旋转时，凸轮轴承46的外环48以与传动轴的转速相比缓慢得多的速度旋转。因此，在各个活塞杆滑靴56和凸轮轴承的外环48之间几乎没有相对运动。

活塞54是杯状的，具有朝向传动轴40打开的内部孔穴。活塞杆52的端部容纳在内部孔穴内，并且具有球形头，该球形头与在活塞54中的相匹配的部分球形的凹部结合。活塞杆52通过衬套57和卡环59保持抵靠活塞54，卡环59靠置在位于活塞的内部孔穴(参见图5)内的内部凹槽中。由于活塞杆52跟随凸轮44的偏心运动并且活塞54通过在缸膛36内滑动而跟随，当旋转力矩通过凸轮44的旋转施加到活塞杆52上时，衬套和卡环布置允许活塞杆的球形头相对于活塞54枢转。因为该枢转运动，旋转力矩没有传递给活塞54，从而最小化在活塞和缸膛36的壁之间的横向力。

尤其参考图3，传动轴40包括内部润滑通道60，该内部润滑通道60从一端延伸到位于凸轮44的偏心顶端的中心处的外表面，以将润滑液供给到凸轮轴承46。在传动轴的端部处的润滑通道60通向供给腔62，腔62接收从润滑口64流入的润滑液。当传动轴40旋转时，离心力将流体从润滑通道60排入到凸轮轴承46。此类操作将附加的流体从供给腔62抽吸到润滑通道60，从而为润滑凸轮轴承46的流体提供泵送作用。外环48具有小孔，流体流动通过所述小孔以润滑活塞杆滑靴56。如果凸轮轴承46具有内环，则该内环具有小孔以将润滑液传输给滚子49。

每个缸膛36具有开口39，该开口39穿过缸座20的弯曲的侧面38。尤其是参考图4，独立凸起的环形边缘66围绕各个缸膛开口伸出在侧面38之外。如图2和3所示，连续的封闭箍带68是收缩配置的以沿周界围绕缸座20延伸，同时紧密地邻抵每个缸的环形边缘66，从而密封每个缸膛开口。为了实现该密封，与封闭箍带68接触的各个环形边缘66的环形表面是弯曲的以与封闭箍带的内周界表面对应。连续的封闭箍带68使得不必使用以前的插入到各个缸膛的外端中的插塞，后者需要更大的孔以在其中接纳插塞。因此，利用封闭箍带68减小了缸座20的整体直径和液压机14的尺寸。

封闭箍带68以压缩方式预压该缸座20，其在受压的情况下比在受拉的情况下具有更大的材料强度。来自封闭箍带68的压缩力通过各个环形边缘66集中。尽管现有技术已经利用箍带预先围绕圆柱状的缸座，但是此类缸座的弯曲侧面是平滑的，并且没有延伸出到该侧面之外的环形边缘66。因此，来自现有技术箍带的压缩力在缸座的相对大的表面面积上均匀地分布。相反，来自本发明的封闭箍带2868的压缩力集中在各个环形边缘66处。因此，本发明的箍带可以施加76,000psi(5,343kgf/cm₂)的力到缸座，例如，该力可以比现有的箍带施加的力大十倍以上。因此，现有箍带倾向于在常规操作期间在缸腔压力增加时移动离开缸膛开口。此类运动使得流体从缸腔泄漏到箍带和缸座之间。事实上，现有技术通常的做法是在缸座的侧面中设置通路以将此类泄漏朝向上述液压机的排泄口或者低压出口引导。

如图5所示，环形边缘66与缸座20的在该环形边缘和环状弯曲的孔穴43之间的一部分形成变形区域70，当在相关联的缸腔37内的压力变化时，该变形区域70弹性地挠曲或者扭曲。变形区域70是缸座的一部分，该部分以悬臂的方式在位于环形边缘66之下的弯曲的孔穴43上延伸。参考图6，在封闭箍带68围绕缸座20放置时，缸膛36的周界是圆形的，其沿着与传动轴40的轴线45平行的纵向轴线L和沿着在穿过缸座的径向平面中的径向轴线R是等距的。在围绕缸座20收缩配装时，封闭箍带将径向的压缩力施加在每个缸的环形边缘66上，此使得相关联的变形区域70和相应缸膛36的横截面形状扭曲。特别地，变形区域70是向内压的，其中缸膛周界的沿着径向轴R的尺寸减小，而沿着纵向轴L的尺寸增加，如在图6中的点线所表示。该变形导致缸膛周界具有明显非圆形的形状，例如椭圆形。使该封闭箍带和围绕各个缸膛36的开口的环形边缘66结合，使得压缩力集中施加到缸座20的变形区域70中。在相关联的缸腔37的非受压或者低压状态中，变形区域70的收缩的第一位置由在图5中的实线描绘。在环形边缘66之下的弯曲孔穴43限定了来自封闭箍带68的力使得活塞54在其中滑动的缸膛36的部段变形到的程度。

在给定的活塞循环的吸入阶段中存在此类低压条件。在活塞54已经通过上死点、出口单向阀34已经关闭以及随着该活塞朝向中心轴线45在各个缸膛36中移动而活塞腔压力已经减小并且缸腔37扩大之后，吸入阶段开始。由于该扩大，在缸腔37内的压力小于在入口通道31中的压力，这导致用于该缸膛的入口单向阀33开启。由此，来自入口通道31的流体流过相关联的小孔27和第一孔24进入到扩大的缸腔中。该缸腔压力小于出口通道29的压力，从而保持相关联的出口单向阀34关闭。

当缸腔37的容积被充满时，活塞循环的压缩或排出阶段开始。在排出阶段，活塞滑动远离中心轴线45，减小缸腔37的容积，并且促使在缸腔内的压力上升。由于该压力上升，入口单向阀33关闭，从而防止流体从缸腔37通过相应的第一孔24向外流出。

作用于封闭箍带68的内表面上的更高压力推动箍带径向向外，从而减小箍带施加在缸座20的弯曲侧面38上的压缩力。响应于此，围绕各个缸膛36的变形区域70也向外扩大，也就是说，环形边缘66的环形面径向向外移动，保持与封闭箍带68的接触和密封，最终达到在图5中由短划线显示的第二位置。变形区域70的偏转跟随封闭箍带68的运动，其倾向于在压力增大时防止活塞腔的泄漏。为了说明的目的，在图5中放大了缸座运动的幅度。因为随着在缸腔37内的压力增加，压缩区域扭曲，所以在缸座20内的应力减小。通过封闭箍带68预加压缸座20使其处于压缩状态中，由在缸腔37中的增加的压力引起的拉伸应力减小，这使得液压机能够进行更高压力和更高功率密度的操作。变形区域70的运动使得缸膛36的周界的形状朝向圆形形状变化，如在图6中的短划线所描绘的。换句话说，在沿着径向轴线和纵向轴线的各缸膛尺寸之间的差异变小。由此，当活塞通过排出阶段移动时，缸膛变得更接近于圆形，减少了由于流体经过活塞渗漏而引起的能量损失，并且缓和了与滑动活塞之间的干涉，从而提高了机器效率。

在缸腔37内增加的压力最后超过在出口通道29内的压力一定数值，这促使出口单向阀34开启。此时，来自缸腔37的流体通过出口通道29流到液压机14的出口35。入口单向阀33保持关闭，直到在活塞循环的另一个吸入阶段在缸腔37内的压力再次变得小于入口通道31中的压力。

当在缸腔37内的压力在后继的吸入阶段中降低时，变形区域70响应来自封闭箍带68的压缩力而收缩回到如图5所示的第一位置。因此，当在一系列的活塞周期过程中，当在缸腔37中的压力反复地增加和降低时，缸座20的变形区域70在如图5和6中所描绘的第一和第二位置之间来回弹性地挠曲或者扭曲。

上面的描述主要涉及本发明的优选的实施方式。尽管可以注意到在本发明的范围内的多种可选择的方式，可以预料的是，本领域技术人员从本发明的实施方式揭示的内容可以显而易见地实现其它可选择的方式。因此，本发明的范围应当由所附权利要求所确定，而不是由上面公开的内容所限制。

Claims (23)

1.一种液压机，包括：

缸体，所述缸体带有第一端口、第二端口和侧面，并且具有围绕一轴线径向地设置的多个缸膛，每个缸膛具有穿过所述侧面的开口，所述缸体还具有围绕各开口形成的变形区域，其中，所述变形区域响应于在所述缸膛中的压力变化而相对于所述轴线径向地扩张和收缩；

封闭箍带，所述封闭箍带围绕所述缸体延伸，并且封闭所述多个缸膛的所述开口，其中，所述封闭箍带施加力到各所述变形区域，所述变形区域压缩所述缸体；

多个活塞组件，所述多个活塞组件的每个可滑动地接纳在所述多个缸膛的不同的一个中；

多个阀装置，所述多个阀装置将所述多个缸膛联接到所述第一端口和所述第二端口；和

传动轴，所述传动轴可旋转地容纳在缸座中，以往复地驱动在所述多个缸膛内的所述多个活塞组件。

2.根据权利要求1所述的液压机，其特征在于，所述缸体还包括：

缸座，所述缸座具有所述多个缸膛和所述侧面；

入口歧管，所述入口歧管具有所述第一端口；和

排出歧管，所述排出歧管具有所述第二端口。

3.根据权利要求1所述的液压机，其特征在于，所述缸座的所述侧面是圆柱状的，并且所述封闭箍带是圆形的。

4.根据权利要求1所述的液压机，其特征在于，所述封闭箍带以连续圆形的方式延伸。

5.根据权利要求1所述的液压机，其特征在于，各所述变形区域包括围绕各个缸膛开口延伸并且延伸到所述侧面之外的边缘。

6.根据权利要求1所述的液压机，其特征在于，各所述变形区域包括所述缸体的悬臂部分，所述悬臂部分至少部分地围绕相关联的缸膛延伸。

7.根据权利要求1所述的液压机，其特征在于，各所述变形区域当在邻近的缸膛内的压力增大时扩张，而当在邻近的缸膛内的压力减小时收缩。

8.根据权利要求1所述的液压机，其特征在于，在操作周期的压缩阶段，在给定缸膛内的压力减小所述封闭箍带施加于与所述缸膛相关联的变形区域上的压缩力。

9.根据权利要求1所述的液压机，其特征在于，当在各个缸膛内的压力增大时，邻近的变形区域挠曲，从而使得所述缸膛的周界从非圆形向圆形变化。

10.根据权利要求1所述的液压机，其特征在于，所述多个活塞组件的每一个包括活塞和活塞杆，其中，所述活塞杆包括具有弯曲滑靴的杆柄，力通过所述滑靴传递到所述传动轴。

11.根据权利要求10所述的液压机，其特征在于：

所述传动轴具有偏心凸轮；以及

还包括凸轮轴承，所述凸轮轴承围绕所述偏心凸轮延伸，并且具有外环和位于所述外环和所述偏心凸轮之间的多个滚子，其中，各所述活塞杆的所述滑靴邻抵外环。

12.根据权利要求11所述的液压机，其特征在于，还包括挡圈，所述挡圈围绕所述传动轴延伸，并且结合每个所述活塞杆的所述弯曲滑靴，从而抑制所述弯曲滑靴免于移动离开所述偏心凸轮。

13.根据权利要求1所述的液压机，其特征在于，所述多个活塞组件的每一个包括活塞和活塞杆，其中所述活塞杆具有端部，所述端部带有部分球形的头部，所述部分球形的头部结合在所述活塞中的部分球形的凹部。

14.根据权利要求1所述的液压机，其特征在于，

缸座包括多个第一孔和多个第二孔，每个所述第一孔在所述第一端口和所述多个缸膛的一个之间延伸，每个所述第二孔在所述第二端口和所述多个缸膛的一个之间延伸；和

阀装置包括多个第一阀和多个第二阀，每个所述第一阀位于所述多个第一孔的一个中，每个所述第二阀位于所述多个第二孔的一个中。

15.根据权利要求14所述的液压机，其特征在于，所述多个第一阀和所述多个第二阀的每一个都是单向阀。

16.一种液压机，包括：

缸体，所述缸体带有第一端口、第二端口和弯曲的侧面，并且包括在缸座中径向地设置的多个缸膛，所述缸膛具有穿过所述侧面的开口和将所述多个缸膛连接到所述第一端口和所述第二端口的通道，所述缸体具有多个变形区域，每个所述变形区域包括从所述侧面向外并且围绕一个所述开口伸出的边缘，其中所述变形区域响应于在所述缸膛中的压力变化而反复地变形；

封闭箍带，所述封闭箍带围绕所述缸体延伸，并且封闭所述多个缸膛的所述开口，其中，所述封闭箍带通过各所述变形区域的所述边缘施加压缩力到所述缸体；

多个活塞组件，所述多个活塞组件的每一个可滑动地接纳所述多个缸膛的不同的一个中；和

传动轴，所述传动轴可旋转地容纳在所述缸座中，并且具有用以往复地驱动在所述多个缸膛内的所述多个活塞组件的偏心凸轮。

17.根据权利要求16所述的液压机，其特征在于，还包括位于所述缸体的所述通道中的多个阀。

18.根据权利要求16所述的液压机，其特征在于，所述缸体还包括：

缸座，所述缸座具有所述多个缸膛和所述侧面；

入口歧管，所述入口歧管具有所述第一端口；和

排出歧管，所述排出歧管具有所述第二端口。

19.根据权利要求16所述的液压机，其特征在于，各个变形区域包括所述缸体的悬臂部分，所述悬臂部分至少部分地围绕相关联的缸膛延伸。

20.根据权利要求19所述的液压机，其特征在于，所述悬臂部分由在所述缸体内的弯曲孔穴限定并且通向所述缸膛。

21.根据权利要求16所述的液压机，其特征在于，各所述变形区域当在邻近的缸膛内的压力增大时扩张，而当在邻近的缸膛内的压力减小时收缩。

22.根据权利要求16所述的液压机，其特征在于，在操作周期的压缩阶段，在给定缸膛内的压力减小所述封闭箍带施加于与所述缸膛相关联的变形区域上的压缩力。

23.根据权利要求16所述的液压机，其特征在于，当在各个缸膛内的压力增大时，邻近的变形区域弯曲，从而使得所述缸膛的周界从非圆形向圆形变化。