CN108317318B - 一种直通式高压旋转接头 - Google Patents

Abstract

本发明属于接头设备技术领域，具体涉及一种直通式高压旋转接头。为了解决常规液压旋转接头存在密封件易磨损以及泄漏量随着系统压力的升高而增加的问题，本发明公开了一种直通式高压旋转接头。该直通式高压旋转接头，包括上旋转体、下旋转体和连接件，其中，上旋转体和下旋转体在连接件的连接作用下，可以进行轴向的相对移动和圆周方向的相对转动，并且在上旋转体和下旋转体之间设有轴向静压支撑和轴向预压弹簧力。本发明的直通式高压旋转接头，不仅可以减低对密封件的磨损，提高使用寿命，而且可以实现对系统压力变化的自适应调整，降低泄漏量，提高容积效率。

Description

一种直通式高压旋转接头

技术领域

本发明属于接头设备技术领域，具体涉及一种直通式高压旋转接头。

背景技术

在工程机械、锻压机械、矿山机械、冶金机械、机床工业等各种液压设备中，常采用旋转接头实现将液压油路输送到相对旋转液压系统中，以满足实际工作需求。

目前，常规液压旋转接头的结构主要包括上旋转体和下旋转体，其中，在上旋转体设有轴向的油路通道，在下旋转体的端面设有环形油槽与上旋转体中的油路通道接通，同时在下旋转体的侧面设有与环形油槽连通的径向油孔，实现与外接管路的连接。上旋转体与下旋转体之间通过滚动轴承支撑相对转动，并且在滚动轴承与环形油槽之间以及在环形油槽与油路通道之间均采用旋转密封。

然而，上述常规的液压旋转接头存在以下问题：第一，在滚动轴承、环形油槽和油路通道之间的旋转密封容易被磨损，发生油液泄漏；第二，上旋转体与下旋转体之间的泄漏量会随着系统压力的升高而增加，无法实现自适应。

发明内容

为了解决常规液压旋转接头存在密封件易磨损以及泄漏量随着系统压力的升高而单纯增加的问题，本发明提出了一种直通式高压旋转接头。该直通式高压旋转接头，包括上旋转体、下旋转体和连接件；其中，

所述上旋转体为T形结构，包括连接端和导向端；在所述连接端的上端面设有高压油路和上油路，其中，所述高压油路沿所述上旋转体的中心轴贯穿连接端和导向端，所述上油路偏心设置并且与所述高压油路平行贯穿连接端；在导向端设有径向的引流孔；

所述下旋转体上设有导向孔、下油路、环形油槽、固定阻尼孔和静压支撑环；其中，所述导向孔沿所述下旋转体的中心轴贯穿所述下旋转体，用于插装所述上旋转体的导向端；所述环形油槽位于所述下旋转体的上端面，并且所述环形油槽的半径与所述上油路的分布圆半径相等；所述下油路位于所述下旋转体的下端面，并且沿轴向贯穿所述下旋转体与所述环形油槽接通；所述静压支撑环位于所述下旋转体的上端面，介于所述环形油槽与所述导向孔之间，所述固定阻尼孔一端与所述静压支撑环连通，另一端与所述引流孔连通；

所述连接件的一端与所述下旋转体固定连接，另一端与所述上旋转体相对转动接触；所述上旋转体的外圆周套设有预压弹簧，所述预压弹簧的一端与所述上旋转体接触，另一端与所述连接件接触。

优选的，所述静压支撑环的当量面积大小与所述预压弹簧的预压紧力之间采用剩余压紧力法设计，并且所述静压支撑环的当量面积产生的液压力相等所述预压弹簧的预压紧力的95％。

优选的，所述导向端的外圆周面设有均压槽。

优选的，所述连接件套设在所述上旋转体的外部，并且与所述下旋转体之间采用螺纹连接。

进一步优选的，所述连接件的上端设有指向中心轴线方向的上凸台，所述上旋转体的下端面位置设有支撑台；所述预压弹簧的上端与所述上凸台接触，所述预压弹簧的下端与所述支撑台接触。

进一步优选的，所述上凸台与所述上旋转体的外表面之间采用轴端密封件密封。

进一步优选的，所述连接件还设有下凸台；所述下凸台指向中心轴线方向并且与所述支撑台沿径向对应，两者之间采用格来圈组合密封。

进一步优选的，所述上旋转体设有泄压油路；所述泄压油路的一端与所述环形油槽连通，另一端与所述上凸台和所述下凸台之间的区域连通。

优选的，在所述预压弹簧与所述上旋转体之间以及在所述预压弹簧与所述连接件之间均设有石墨滑环。

优选的，所述上旋转体设有多个分布在不同圆周上的上油路，所述下旋转体设有多个分布在不同圆周上的下油路，所述下旋转体的上端面设有多个同心的环形油槽，一个环形油槽同时与一个上油路和一个下油路连通。

本发明的直通式高压旋转接头与常规液压旋转接头相比较，具有以下有益效果：

1、在本发明中，通过在上旋转体和下旋转体之间设置环形油槽，使所有油路沿旋转接头的轴向设置，并且将高压油路沿旋转接头的中心轴线设置。此时，不仅可以使高压油液直通流过旋转接头，降低流阻，而且所有油液产生的液压力均沿旋转接头的轴向分布，避免了由于径向液压力的存在和不稳定而导致上旋转体和下旋转体之间相对转动时两者之间位置关系的不稳定和振动，以及由此对密封件造成的偏磨，从而降低了对密封件的磨损以及由此带来的油液外泄漏，提高了该旋转接头的使用寿命和容积效率。

2、在本发明中，通过预压弹簧对上旋转体和下旋转体之间提供预压紧力，通过在上旋转体和下旋转体之间设置静压支撑环，并且借助固定阻尼孔将高压油液引流至静压支撑环中，从而在静压支撑环中产生轴向液压支撑力，进而利用该轴向液压支撑力与预压弹簧之间作用力的动态平衡，使下旋转体和下旋转体之间保持一层油膜形成相对悬浮状态。这样，利用该油膜替代常规接头中轴承对上旋转体和下旋转体的支撑，不仅可以消除上旋转体和下旋转体与轴承之间的接触磨损，提高上旋转体和下旋转体的使用寿命以及转动过程的平稳流畅性，而且通过轴向液压支撑力与预压弹簧之间的动态平衡，可以使上旋转体和下旋转体之间的间隙对高压油液压力的变化进行自适应，即针对系统中的压力变化进行快速自适应调整，从而使油液压力与泄漏量保持在最佳匹配状态，提高使用该旋转接头的容积效率和机械效率。

3、在本发明中，通过在导向端设置均压槽，在导向端和导向孔之间建立径向液压支撑力，从而避免在导向端与导向孔之间发生径向卡死以及由此引起的上旋转体端面与下旋转体端面之间的偏心接触磨损，从而维持上旋转体与下旋转体之间油膜厚度的稳定，保证两者之间支撑转动的可靠性和稳定性。

4、在本发明中，连接件与下旋转体之间采用螺纹连接，从而可以根据不同油压的大小对预压弹簧的预压紧力进行调整，从而满足更多工况的使用，提高旋转接头的使用效率。

5、在本发明中，通过在上旋转体和下旋转体上设置多个油路和环形油槽，可以实现对多个旋转油路的连接，实现多通道的扩展。

附图说明

图1为本发明直通式高压旋转接头的第一竖直剖面结构示意图；

图2为本发明直通式高压旋转接头的第二竖直剖面结构示意图；

图3为本发明直通式高压旋转接头的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。

结合图1所示，本发明的直通式高压旋转接头包括上旋转体1、下旋转体2和连接件3。其中，上旋转体1和下旋转体2在连接件3的连接作用下，可以进行轴向的相对移动和圆周方向的相对转动。

上旋转体1为T形结构，包括位于上半部分的连接端11和位于下半部分的导向端12。其中，在连接端11的上端面设有高压油路111和上油路112。高压油路111沿上旋转体1的中心轴贯穿连接端11和导向端12，用于高压油液的流通。上油路112偏心设置并且与高压油路111保持平行关系贯穿连接端11，用于工作油液或回流油液的流通。同时，在导向端12设有引流孔121，并且沿径向贯穿导向端12。

下旋转体2上设有导向孔21、下油路22、环形油槽23、静压支撑环24和固定阻尼孔25。其中，导向孔21沿下旋转体2的中心轴贯穿下旋转体2，用于插装上旋转体1的导向端12，从而在导向孔21和导向端12之间的相互导向作用下，实现上旋转体1和下旋转体2之间的轴向相对移动和周向相对转动。环形油槽23位于下旋转体2的上端面，即与上旋转体1相互接触的端面，并且环形油槽23的半径尺寸与上油路112的分布圆半径尺寸相等，从而与上油路112对齐并且实现连通。下油路22位于下旋转体2的下端面，并且沿轴向贯穿下旋转体2后与环形油槽23接通，进而实现上油路112和下油路22之间的连通。静压支撑环24位于下旋转体2的上端面，介于环形油槽23与导向孔21之间。固定阻尼孔25的一端与静压支撑环24连通，另一端穿过下旋转体2与引流孔121相互连通，从而将高压油路111中的高压油液引流至静压支撑环24内，在静压支撑环24与上旋转体1下端面之间的区域内产生轴向液压支撑力。

优选的，将静压支撑环24与下旋转体2的中心轴线进行同轴设置。此时，上旋转体1、下旋转体2以及静压支撑环24三者之间同轴布置，从而使得在静压支撑环24中产生的轴向液压支撑力，并且以下旋转体中心轴线为中心沿圆周方向均匀分布在上旋转体1和下旋转体2之间的一个环形区域内，使上旋转体1和下旋转体2之间的相对运动保持平行状态，从而避免两者之间由于轴向液压支撑力沿径向分布不均而出现局部接触，发生偏磨现象。

连接件3的一端与下旋转体2固定连接，另一端与上旋转体1相对转动接触。同时，在上旋转体2的外部套设有一个预压弹簧4。预压弹簧4的下端与上旋转体1支撑接触，上端与连接件3支撑接触。此时，在预压弹簧4的压紧力作用下，上旋转体1和下旋转体2之间保持贴紧状态。

其中，在本实施例中，将静压支撑环24置于环形油槽23与导向孔21之间时，可以由固定阻尼孔25、静压支撑环24以及静压支撑环24和环形油槽23之间沿径向的可变缝隙形成B型液压半桥。这样，在保证整个液压半桥结构简单，便于加工制造的情况下，可以提高上旋转体1和下旋转体2之间轴向液压支撑力随高压油液压力变化而进行自适应调整的响应速度，从而保证上旋转体1和下旋转体2之间油膜厚度的稳定性。

优选的，在本发明中，采用剩余压紧力法对静压支撑环24的当量面积大小和预压弹簧4的预压紧力进行设计。根据高压油液的压力大小，对静压支撑环24的尺寸大小和预压弹簧4的预压紧力大小进行相互匹配设定，使静压支撑环24的当量面积产生的液压力为预压弹簧4所产生预压紧力的95％。这样，在利用静压支撑对上旋转体1和下旋转体2之间间隙进行自适应调整时，通过对静压支撑环24的当量面积和预压弹簧4的预压紧力之间的关联设计，可以对上旋转体1和下旋转体2之间的轴向位移量作进一步限定，使上旋转体1和下旋转体2之间的油膜厚度在一定厚度范围内进行自适应调整，从而使上旋转体1和下旋转体2之间建立的轴向液压支撑力和油液泄漏量达到最佳匹配状态，保持两者之间始终处于相对悬浮的状态。

此外，在本实施例的静压支撑环24中只设置了内、外密封带，用于存储液压油并形成轴向液压支撑。同样，在其他实施例中，也可以根据具体情况，在静压支撑环24中增加适当数量和形状的辅助支撑，从而辅助轴向液压支撑对上旋转体1进行支撑，提高对上旋转体1支撑的稳定性和可靠性。

优选的，结合图1所示，在导向端12还设有多个均压槽122，并且多个均压槽122沿导向端12的长度方向均布。此时，通过引流孔121可以将一部分高压油液引流至导向端12和导向孔21之间的间隙处并填充至均压槽122中，从而在导向端12和导向孔21之间形成径向液压支撑力。

由于导向端12和导向孔21实际加工几何误差和安装相对位置误差的存在，在上旋转体1和下旋转体2相对运动时，可能在导向端12和导向孔21之间发生相对偏向移动，即导向端12与导向孔21之间的局部间隙变小，此时通过该径向液压支撑力可以对间隙变小区域进行作用力补偿，从而对导向端12与导向孔21之间的径向间隙进行维持，避免发生径向卡死，进而稳定上旋转体1和下旋转体2之间沿径向分布的油膜厚度，保证轴向静压支撑的作用和效果以及上旋转体1和下旋转体2相对运动过程的平稳性和快速性，避免两者之间出现偏磨。

结合图1所示，在本实施例中，连接件3中设有上凸台31和下凸台32，并且上凸台31和下凸台32均指向中心轴线的方向。同时，在上旋转体1的下端面外边缘位置设有支撑台13，并且与上凸台31之间沿轴向上下对齐。此时，预压弹簧4位于上凸台31和支撑台13之间，并且由于连接件3与下旋转体2的固定连接，使预压弹簧4将上旋转体1压向下旋转体2，同时通过预压弹簧4的预压紧力与静压支撑环24中液压支撑力的相互平衡实现上旋转体1和下旋转体2之间的相对悬浮。

优选的，连接件3与下旋转体2之间采用螺纹连接。这样，不仅便于连接件3与下旋转体2的拆装，而且通过调节连接件3与下旋转体2之间的连接长度，可以改变上凸台31与支撑台13之间的距离，即改变预压弹簧4的预压紧力，从而实现对不同压力值高压油液产生的液压支撑力进行平衡，提高该旋转接头的使用工况。

此外，在上凸台31与上旋转体1外表面之间设置轴端密封件，在下凸台32与支撑台13之间设置格来圈组合，用于实现连接件3与上旋转体1之间的密封，避免发生油液的外泄，保证使用现场的环境。

结合图2所述，在上旋转体1中还设有泄压油路14。泄压油路14的一端与环形油槽23连通，另一端伸至上凸台31和下凸台32之间，即连接件3与上旋转体1之间组成的弹簧腔。此时，通过泄压油路14将弹簧腔与流通低压力油液的油路连通，可以避免由于泄露流至弹簧腔中的油液压力过高而对预压弹簧4的预压紧力产生干扰，从而保证对预压弹簧4所产生预压紧力的精准控制。

另外，在预压弹簧4与上旋转体1之间以及在预压弹簧4与连接件3之间均设有石墨滑环5。通过石墨滑环5可以减小预压弹簧4与连接件3和上旋转体1之间的滑动摩擦，从而提高上旋转体1相对于下旋转体2和连接件3进行往复转动的灵活性。

结合图3所示，在本实施例中，通过在高压油路11和上油路12的端部分别设置四个螺纹孔6，实现上旋转体1与外接管道或设备的安装连接。同理，下旋转体2也可以采用螺纹实现与外接管道或设备的安装连接。当然，在其他实施例中，根据具体情况，也可以采用其他连接形式实现该旋转接头与外接管道或设备的安装连接。

此外，在本实施例中，将连接上油路112和下油路22的环形油槽23设在了下旋转体2的上端面位置，同样也可以将该环形油槽23设置在上旋转体1的下端面，甚至在上旋转体1和下旋转体2相互接触的端面同时设置环形油槽23也可以。

另外，在本实施例的旋转接头中，设置了一个上油路、一个下油路以及一个环形油槽，从而实现对一个旋转油路的接通。同样，在其他实施例中，也可以在上旋转体中设置多个分布在不同圆周直径上的上油路，在下旋转体中设置多个分布在不同圆周直径上的下油路，在下旋转体或上旋转体中设置多个同心的环形油槽，并且一个环形油槽对一个上油路和一个下油路进行连通，从而形成多条相互独立连通的上油路和下油路，实现对多个旋转油路的接通。

Claims (10)

1.一种直通式高压旋转接头，其特征在于，包括上旋转体、下旋转体和连接件；其中，

所述上旋转体为T形结构，包括连接端和导向端；在所述连接端的上端面设有高压油路和上油路，其中，所述高压油路沿所述上旋转体的中心轴贯穿连接端和导向端，所述上油路偏心设置并且与所述高压油路平行贯穿连接端；在导向端设有径向的引流孔；

所述下旋转体上设有导向孔、下油路、环形油槽、固定阻尼孔和静压支撑环；其中，所述导向孔沿所述下旋转体的中心轴贯穿所述下旋转体，用于插装所述上旋转体的导向端；所述环形油槽位于所述下旋转体的上端面，并且所述环形油槽的半径与所述上油路的分布圆半径相等；所述下油路位于所述下旋转体的下端面，并且沿轴向贯穿所述下旋转体与所述环形油槽接通；所述静压支撑环位于所述下旋转体的上端面，介于所述环形油槽与所述导向孔之间，所述固定阻尼孔一端与所述静压支撑环连通，另一端与所述引流孔连通；

所述连接件的一端与所述下旋转体固定连接，另一端与所述上旋转体相对转动接触；所述上旋转体的外圆周套设有预压弹簧，所述预压弹簧的一端与所述上旋转体接触，另一端与所述连接件接触。

2.根据权利要求1所述的直通式高压旋转接头，其特征在于，所述静压支撑环的当量面积大小与所述预压弹簧的预压紧力之间采用剩余压紧力法设计，并且所述静压支撑环的当量面积产生的液压力相等所述预压弹簧的预压紧力的95％。

3.根据权利要求1所述的直通式高压旋转接头，其特征在于，所述导向端的外圆周面设有均压槽。

4.根据权利要求1所述的直通式高压旋转接头，其特征在于，所述连接件套设在所述上旋转体的外部，并且与所述下旋转体之间采用螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的直通式高压旋转接头，其特征在于，所述连接件的上端设有指向中心轴线方向的上凸台，所述上旋转体的下端面位置设有支撑台；所述预压弹簧的上端与所述上凸台接触，所述预压弹簧的下端与所述支撑台接触。

6.根据权利要求5所述的直通式高压旋转接头，其特征在于，所述上凸台与所述上旋转体的外表面之间采用轴端密封件密封。

7.根据权利要求5所述的直通式高压旋转接头，其特征在于，所述连接件还设有下凸台；所述下凸台指向中心轴线方向并且与所述支撑台沿径向对应，两者之间采用格来圈组合密封。

8.根据权利要求7所述的直通式高压旋转接头，其特征在于，所述上旋转体设有泄压油路；所述泄压油路的一端与所述环形油槽连通，另一端与所述上凸台和所述下凸台之间的区域连通。

9.根据权利要求1所述的直通式高压旋转接头，其特征在于，在所述预压弹簧与所述上旋转体之间以及在所述预压弹簧与所述连接件之间均设有石墨滑环。

10.根据权利要求1所述的直通式高压旋转接头，其特征在于，所述上旋转体设有多个分布在不同圆周上的上油路，所述下旋转体设有多个分布在不同圆周上的下油路，所述下旋转体的上端面设有多个同心的环形油槽，一个环形油槽同时与一个上油路和一个下油路连通。