CN105650042A - 采用组合式配流盘的液压变压器及其液压回路 - Google Patents

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Abstract

一种采用组合式配流盘的液压变压器极其液压回路，属于液压技术领域，其特征是制有一个内齿的外盘套装在制有两个外齿的内盘的凸台的外面，外盘的右端面与内盘底板的左端面贴合，外盘内齿和内盘第一、第二外齿同在一个圆环槽内，将圆环槽分割成第一、第二、第三弧形槽，高压油源通过第一油道、第一油孔和第一弧形槽与柱塞腔连通，执行机构通过第二油道、第二油孔和第二弧形槽与柱塞腔连通，低压油源通过第三油道、第三油孔和第三弧形槽与柱塞腔连通，外盘通过花键由摆动马达转子带动旋转，内盘通过销轴与后壳体连接。优点是液压变压器配流盘结构较简单，配合相应的液压回路有效增大了变压比，降低了振动和噪音，易于实现伺服控制。

Description

采用组合式配流盘的液压变压器及其液压回路
技术领域
本发明属于液压件技术领域，具体涉及一种采用组合式配流盘的液压变压器及其液压回路。
背景技术
恒压网络二次调节技术是当今液压传动领域的非常重要的节能方案。液压变压器是恒压网络二次调节技术的核心元件。Innas公司申请了WO9731185A1发明专利，该专利中的液压变压器的配流盘均匀布置了三个腰形槽，分别与恒压源、负载和低压源联接。《液压变压器的发展现状》总结归纳了液压变压器存在的技术难题，分别是“控制问题”、“振动与噪声”、“配流盘与后端盖的接口问题”。针对“振动与噪声”和“配流盘与后端盖的接口问题”，InnasBV公司引进“梭”技术方案，在减小压力峰值和噪声方面取得一定的效果。申请号201610102962.7的发明专利提出采用内盘、外盘和浮动盘构成的组合式配流盘代替现有的单片式配流盘，提高了液压变压器的变压比，降低了柱塞腔内的压力激增。
Rexroth公司申请了DE10037114A1的发明专利，该专利中的液压变压器的配流盘布置了四个腰形槽，并专门设计了相应液压回路，该液压变压器配合设计的液压回路，一定程度上提高了变压比，但是，该液压变压器配仍然面临《液压变压器的发展现状》所述的“振动与噪声”和“配流盘与后端盖的接口问题”。目前，国内外仍没有很好的解决方案。
发明内容
本发明目的是提供一种采用组合式配流盘的液压变压器及其液压回路，可有效地克服现有技术中存在的问题。本发明的目的是这样实现的，如图1～图7所示，它包括前壳体1、后壳体11、前端盖16、旋转轴3、柱塞5、柱塞缸6、摆动马达转子8、内盘12、外盘13，前端盖16通过弹簧档圈15安装在前壳体1的端部，前壳体1与后壳体11通过螺栓组9连接在一起，旋转轴3通过第一轴承2和第二轴承4安装在前壳体1前段的中心腔内，柱塞缸6通过n个柱塞5的球头与旋转轴3后端面上的球窝相连接，柱塞缸6和n个柱塞5形成了n个柱塞腔7，n为正整数，旋转轴3和柱塞缸6，两者轴线在同一个平面内以锐角α相交，其特征在于：
制有外盘内齿13.1的外盘13套装在制有内盘第一、第二外齿12.1、12.2的内盘12的凸台12.3的外面，外盘13的右端面与内盘底板12.4左端面贴合，外盘13和内盘凸台12.3的左端面分别与柱塞缸6右端的凹球面贴合，内盘12安装在后壳体11左端的中心腔内，通过定位销10与后壳体11相连接，制有第一、第二外齿8.1、8.2的摆动马达转子8安装在前壳体1与制有第一、第二内齿11.1、11.2的后壳体11的端面之间，通过花键J与外盘13联接，摆动马达转子第一、第二外齿8.1、8.2和后壳体第一、第二内齿11.1、11.2位于环形腔Q1内，将环形腔Q1分割为摆动马达第一、第二、第三、第四工作腔A1、B1、C1、D1，分别与摆动马达第一、第二、第三、第四油口a1、b1、c1、d1连通；
如图2、3所示，上述结构中，外盘内齿13.1和内盘第一、第二外齿12.1、12.2同在圆环槽27内，将圆环槽27分割成第一、第二、第三弧形槽17、18、19，后壳体11内的第一油道23通过第一油孔20、第一弧形槽17与柱塞腔7连通，后壳体11内的第二油道24通过第二油孔21、第二弧形槽18与柱塞腔7连通，后壳体11内的第三油道25通过第三油孔22、第三弧形槽19与柱塞腔7连通，第一、第二、第三油孔20、21、22和内盘第一、第二外齿12.1、12.2位于圆环槽27内，如图6所示，内盘第一、第二外齿12.1、12.2分别位于圆环槽27的最高位置和最低位置，第一、第二油孔20、21紧靠内盘第一外齿12.1的两侧，第三油孔22紧靠内盘第二外齿12.2的两侧；外盘内齿13.1在圆环槽27内的最高位置P1所在的直径与内盘第一外齿12.1所在的直径的夹角为上止动角θ1，θ1＝30°，外盘内齿13.1在圆环槽27内的最低位置P2所在的直径与内盘第二外齿12.2所在的直径的夹角为下止动角θ2，θ2＝30°；
如图7所示，所述的液压变压器的液压回路的结构是，两位四通阀33的A口分别与恒压源31和液压缸32的有杆腔连通，两位四通阀33的B口与液压缸32的无杆腔连通，两位四通阀33的C口与液压变压器的负载端口29连通，两位四通阀33的D口与液压变压器的高压端口28连通，液压变压器的低压端口30与油箱34连通，高压端口28与第一油道23连通，负载端口29与第二油道24连通，低压端口30与第三油道25连通。液压变压器的液压回路的控制方法是，当液压缸32的无杆腔所需压力大于恒压源31的压力值时，电磁阀1Y断电，当液压缸32的无杆腔所需压力小于恒压源31的压力值时，电磁阀1Y通电；
如图7所示，所述的液压变压器的液压回路的结构或者是，两位四通阀33的A口分别与恒压源31和液压缸32的有杆腔连通，两位四通阀33的B口与液压缸32的无杆腔连通，两位四通阀33的C口与液压变压器的负载端口29连通，两位四通阀33的D口与液压变压器的高压端口28连通，液压变压器的低压端口30与油箱34连通，高压端口28与第二油道24连通，负载端口29与第一油道23连通，低压端口30与第三油道25连通，液压变压器的液压回路的控制方法是，当液压缸32的无杆腔所需压力大于恒压源31的压力值时，电磁阀1Y通电，当液压缸32的无杆腔所需压力小于恒压源31的压力值时，电磁阀1Y断电。
本发明优点及积极效果是：
(1)通过外盘和内盘构成的组合式配流盘方案，液压变压器的配流盘结构较简单，摩擦面和泄漏面较少，可以降低摩擦和泄漏，延长配流盘工作寿命。
(2)在不同工况下，液压变压器采用不同的液压回路，显著提高液压变压器的变压比，并改善排量、扭矩、效率等工作特性。
(3)高压弧形槽、负载弧形槽和低压弧形槽中任意两个弧形槽的间隔仅为一个外齿或内齿的宽度，相邻弧形槽之间的间隔长度显著降低，避免柱塞腔在两个弧形槽间运动时出现压力激增，显著降低了噪音和气蚀。
(4)外盘由独立摆动马达驱动，易于实现伺服控制，实现液压变压器的高响应特性。
附图说明
图1是液压变压器的结构剖面示意图。
图2是图1中的A—A剖视图。
图3(b)是后壳体的剖视图。
图3(a)是图3(b)的左视图。
图3(c)是图3(b)的右视图。
图3(d)是图3(c)中的B—B剖视图。
图3(e)是图3(c)中的C—C剖视图。
图4(b)是外盘的正视图。
图4(a)是的图4(b)的左视图。
图5(b)是内盘的正视图。
图5(a)是的图5(b)的左视图。
图6是外盘摆动范围示意图。
图7是本发明的液压变压器的液压回路示意图。
图中：1-前壳体，2-第一轴承，3-旋转轴，4-第二轴承，5-柱塞，6-柱塞缸，7-柱塞腔，8-摆动马达转子，8.1-摆动马达转子第一外齿，8.2-摆动马达转子第二外齿，9-螺栓组，9’-螺栓孔，10-定位销，11-后壳体，12-内盘，12.1-内盘第一外齿，12.2-内盘第二外齿，12.3-内盘凸台，12.4-内盘底板、13-外盘，13.1-外盘内齿，14-隔套，15-弹簧挡圈，16-前端盖，17-第一弧形槽，18-第二弧形槽，19-第三弧形槽，20-第一油孔，21-第二油孔，22-第三油孔，23-第一油道，24-第二油道，25-第三油道，26-定位孔，27-圆环槽，28-高压端口，29-负载端口，30-低压端口，31-恒压源，32-液压缸，33-两位四通阀，34-油箱，1Y-电磁铁，A1-摆动马达的第一工作腔，B1-摆动马达的第二工作腔，C1-摆动马达的第三工作腔，D1-摆动马达的第四工作腔，a1-摆动马达的第一油口，b1-摆动马达的第二油口，c1-摆动马达的第三油口，d1-摆动马达的第四油口，P1-外盘内齿的最高位置，P2-外盘内齿的最低位置，J-花键，Q1-环形腔，θ1-上止动角，θ2-下止动角。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，前端盖16、前壳体1、后壳体11构成了斜轴式液压变压器的封闭容腔；前端盖16没有开通孔，旋转轴3在封闭的容腔的内部；旋转轴3通过第一轴承2和第二轴承4安装在前壳体1的中心腔内，旋转轴3的轴线与柱塞缸6的轴线的夹角α＝20°，旋转轴3和柱塞缸6同时旋转的过程中，柱塞5在柱塞腔7内发生伸缩运动，柱塞腔实现吸油和排油；
如图1、2、5、6所示，内盘12、外盘13共同组成了配流盘，代替已有液压变压器的的单片式配流盘；
如图1和图2所示，制有两个外齿的摆动马达转子8和前壳体1与后壳体11共同组成了一个双叶片摆动马达，双叶片马达对壳体的作用力呈对称式分布，外部高压油源和低压油源通过摆动马达的第一、第二、第三和第四油口a1、b1、c1、d1给摆动马达的第一、第二、第三和第四工作腔A1、B1、C1、D1供油和排油，摆动马达转子8通过花键J带动外盘14实现摆动，摆动马达转子8的摆动角度等于外盘13的摆动角度，外盘的上止动角θ1＝30°，外盘的下止动角θ2＝30°；
如图1和图2所示，外盘13套装在内盘凸台12.3的外面，外盘13的右端面与内盘底板13.4的左端面贴合；内盘第一、第二外齿12.1、12.2的齿顶面与外盘13的内圆面的配合间隙为4um，外盘内齿13.1的齿顶面与内盘凸台12.3的外圆面的配合间隙为4um，实现润滑且泄漏量小，内盘第一、第二外齿12.1、12.2和外盘内齿13.1将圆环槽27分割为第一、第二、第三弧形槽17、18、19；
如图1所示，内盘12通过定位销10与后壳体11连接，内盘12无法相对后壳体11旋转，在工作过程中内盘12的右端面在压力油作用下推压外盘13，使组合式配流盘的左端的凸球面与柱塞缸6后端的凹球面贴合，形成静压支承压密封区，实现润滑且泄露量小；
如图6所示，内盘第一、第二外齿12.1、12.2所处圆环槽27的最高和最低位置，分别为柱塞缸6旋转过程中的上死点和下死点位置，减小柱塞腔7内的压力激增，第一、第二油孔20、21分别位于内盘第一外齿12.1的两侧，第三油孔22紧靠内盘第二外齿12.2的一侧，使外盘13的摆动角度最大；
如图6所示，外盘内齿13.1和内盘第一、第二外齿12.1、12.2在1/2齿高处的宽度为柱塞缸6后端面的油孔直径的1.5倍，避免了工作过程中相邻弧形槽之间通过柱塞缸6后端面的油孔实现连通，防止柱塞腔7内压力激增；
如图1和图2所示，圆环槽27和柱塞缸6的后端面的油孔所在的圆环面正对，且两者的内径和外径相同，使整个油路避免出现较大的局部节流损失；
如图1和图3所示，后壳体11内开通了第一、第二、第三道23、24、25，第一油道23通过第一油孔20、第一弧形槽17与一个或多个柱塞腔7连通，第二油道24通过第二油孔21、第二弧形槽18与一个或多个柱塞腔7连通，第三油道25通过第三油孔22、第三弧形槽19与一个或多个柱塞腔7连通；
如图2所示，外盘13相对于内盘12旋转，使第二、第三弧形槽18、19的面积发生变化，液压变压器第一弧形槽17和第二弧形槽18的压力比值变化；
如图2所示，采用摆动马达转子8驱动外盘13转动，提高液压变压器输出压力和输出流量的变化响应速度。
如图7所示，所述的液压变压器的液压回路的结构是：两位四通阀33的A口分别与恒压源31和液压缸32的有杆腔连通，两位四通阀33的B口与液压缸32的无杆腔连通，两位四通阀33的C口与液压变压器的负载端口29连通，两位四通阀33的D口与液压变压器的高压端口28连通，液压变压器的低压端口30与油箱34连通，高压端口28与第一油道23连通，负载端口29与第二油道24连通，低压端口30与第三油道25连通，液压变压器的液压回路的控制方法为，当液压缸32的无杆腔所需压力大于恒压源31的压力值时，电磁阀1Y断电，当液压缸32的无杆腔所需压力小于恒压源31的压力值时，电磁阀1Y通电。
如图7所示，所述的液压变压器的液压回路的结构或者是：两位四通阀33的A口分别与恒压源31和液压缸32的有杆腔连通，两位四通阀33的B口与液压缸32的无杆腔连通，两位四通阀33的C口与液压变压器的负载端口29连通，两位四通阀33的D口与液压变压器的高压端口28连通，液压变压器的低压端口30与油箱34连通，高压端口28与第二油道24连通，负载端口29与第一油道23连通，低压端口30与第三油道25连通，液压变压器的液压回路的控制方法为，当液压缸32的无杆腔所需压力大于恒压源31的压力值时，电磁阀1Y通电，当液压缸32的无杆腔所需压力小于恒压源31的压力值时，电磁阀1Y断电。

Claims (4)

1.一种采用组合式配流盘的液压变压器，它包括前壳体(1)、后壳体(11)、前端盖(16)、旋转轴(3)、柱塞(5)、柱塞缸(6)、摆动马达转子(8)，前端盖(16)通过弹簧档圈(15)安装在前壳体(1)的端部，前壳体(1)与后壳体(11)通过螺栓组(9)连接在一起，旋转轴(3)通过第一轴承(2)和第二轴承(4)安装在前壳体(1)前段的中心腔内，柱塞缸(6)通过n个柱塞(5)的球头与旋转轴(3)后端面上的球窝相连接，柱塞缸(6)和n个柱塞(5)形成了n个柱塞腔(7)，n为正整数，旋转轴(3)和柱塞缸(6)，两者轴线在同一个平面内以锐角α相交，其特征在于：
制有外盘内齿(13.1)的外盘(13)套装在制有内盘第一、第二外齿(12.1、12.2)的内盘(12)的凸台(12.3)的外面，外盘(13)的右端面与内盘底板(12.4)左端面贴合，外盘(13)和内盘凸台(12.3)的左端面分别与柱塞缸(6)右端的凹球面贴合，内盘(12)安装在后壳体(11)左端的中心腔内，通过定位销(10)与后壳体(11)相连接，制有第一、第二外齿(8.1、8.2)的摆动马达转子(8)安装在前壳体(1)与制有第一、第二内齿(11.1、11.2)的后壳体(11)的端面之间，通过花键(J)与外盘(13)联接，摆动马达转子第一、第二外齿(8.1、8.2)和后壳体第一、第二内齿(11.1、11.2)位于环形腔(Q1)内，将环形腔(Q1)分割为摆动马达第一、第二、第三、第四工作腔(A1、B1、C1、D1)，分别与摆动马达第一、第二、第三、第四油口(a1、b1、c1、d1)连通；
外盘内齿(13.1)和内盘第一、第二外齿(12.1、12.2)同在圆环槽(27)内，将圆环槽(27)分割成第一、第二、第三弧形槽(17、18、19)，后壳体(11)内的第一油道(23)通过第一油孔(20)、第一弧形槽(17)与柱塞腔(7)连通，后壳体(11)内的第二油道(24)通过第二油孔(21)、第二弧形槽(18)与柱塞腔(7)连通，后壳体(11)内的第三油道(25)通过第三油孔(22)、第三弧形槽(19)与柱塞腔(7)连通，第一、第二、第三油孔(20、21、22)和内盘第一、第二外齿(12.1、12.2)位于圆环槽(27)内，内盘第一、第二外齿(12.1、12.2)分别位于圆环槽(27)的最高位置和最低位置，第一、第二油孔(20、21)紧靠内盘第一外齿(12.1)的两侧，第三油孔(22)紧靠内盘第二外齿(12.2)的两侧。
2.如权利要求1所述的采用组合式配流盘的液压变压器，其特征在于：外盘内齿(13.1)在圆环槽(27)内的最高位置(P1)所在的直径与内盘第一外齿(12.1)所在的直径的夹角为上止动角θ1，θ1的角度值范围为θ1＝10°～40°，外盘内齿(13.1)在圆环槽(27)内的最低位置(P2)所在的直径与内盘第二外齿(12.2)所在的直径的夹角为下止动角θ2，θ2＝10°～40°。
3.如权利要求1所述的采用组合式配流盘的液压变压器的液压回路，其特征在于：两位四通阀(33)的A口分别与恒压源(31)和液压缸(32)的有杆腔连通，两位四通阀(33)的B口与液压缸(32)的无杆腔连通，两位四通阀(33)的C口与液压变压器的负载端口(29)连通，两位四通阀(33)的D口与液压变压器的高压端口(28)连通，液压变压器的低压端口(30)与油箱(34)连通，高压端口(28)与第一油道(23)连通，负载端口(29)与第二油道(24)连通，低压端口(30)与第三油道(25)连通。
4.如权利要求1所述的采用组合式配流盘的液压变压器的液压回路，其特征在于：两位四通阀(33)的A口分别与恒压源(31)和液压缸(32)的有杆腔连通，两位四通阀(33)的B口与液压缸(32)的无杆腔连通，两位四通阀(33)的C口与液压变压器的负载端口(29)连通，两位四通阀(33)的D口与液压变压器的高压端口(28)连通，液压变压器的低压端口(30)与油箱(34)连通，高压端口(28)与第二油道(24)连通，负载端口(29)与第一油道(23)连通，低压端口(30)与第三油道(25)连通。
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