CN110094316B - 液压机 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种液压机，该液压机包括第一部分和第二部分，其中，第一部分和第二部分能够相对于彼此以邻接关系移动，第一部分包括压力室，该压力室在接触面中具有压力室开口，该接触面与第二部分的密封面接触，第二部分包括连接到密封面中的低压开口的低压区域和连接到密封面中的高压开口的高压区域，其中，在第一部分相对于第二部分沿移动方向移动期间，压力室开口交替地与低压开口和高压开口重叠。这种机器能够灵活地操作，并且由气蚀造成的损坏风险较低。为此，第二部分中的节流通道将低压区域与密封面中在移动方向上位于低压开口前方的区域连接起来。

Description

液压机
技术领域
本发明涉及一种液压机，该液压机包括第一部分和第二部分，其中，第一部分和第二部分能够相对于彼此以邻接关系移动，第一部分包括压力室，该压力室在接触面中具有压力室开口，该接触面接触第二部分的密封面，第二部分包括连接到密封面中的低压开口的低压区域和连接到密封面中的高压开口的高压区域，其中，在第一部分相对于第二部分沿移动方向移动期间，压力室开口交替地与低压开口和高压开口重叠。
背景技术
例如，通过轴向活塞机实现这种液压机，该轴向活塞机可以呈泵或马达的形式。压力室呈汽缸的形式。在汽缸中，活塞被移动以改变压力室的容积。汽缸被布置在汽缸体中。当汽缸体旋转时，压力室开口在低压开口上方和高压开口上方移动，其中，低压开口和高压开口通常呈肾(kidneys)的形式。
当该机器被用作泵时，只要压力室开口与高压区域流体连通，压力室的容积就会减小；并且，只要压力室开口与低压区域流体连通，压力室的容积就会增大。
压力室(或者换句话说，汽缸容积)在高压和低压之间转变，反之亦然。在转变期间，压力室从一个压力水平断开，并且被机器的构造密封，直到其连接到另一个压力水平。压力室被密封的时期发生在刚好下死点或最大容积(低压到高压的转变)之后和刚好上死点或最小容积(高压到低压的转变)之后。在压力室被密封期间，因为容积在改变，所以压力室中的压力将改变。在轴向活塞机中，活塞不会停止移动。因此，活塞的移动将在压力室连接到高压侧之前“预压缩”压力室的容积。刚好在上死点之后，活塞的移动将在压力腔连接到低压侧之前对压力室的容积“解压缩”。
从高压到低压的转变对于避免气蚀损坏(cavitation damage)而言是至关重要的。
一方面，必须避免压力室中的压力在该压力室连接到低压侧时过高。这对于避免爆炸性解压缩导致压力室的容积中的压力下冲(under-shoot)而言是必要的，因为这种压力下冲将产生气蚀气泡。此外，存在产生进入低压开口的高压射流的风险，并且该高压射流也可能导致气蚀损坏。另一方面，同样至关重要的是，避免由于活塞的移动而导致解压缩持续太长时间以及导致压力下降到如蒸汽压力一样低，因为这也会导致形成气蚀气泡。
目前，在轴向活塞泵中，借助于在压力室被密封的上死点之后的时期的角度范围来控制压力室中的压力变化。这被称为“定时”。如果角度范围太短，那么压力室中的压力将在压力室连接到低压区域时太高。如果角度范围太长，那么压力将在压力室连接到低压区域之前下降太多。在轴向活塞机中，定时取决于斜盘角度，因为在压力室被密封期间运动的幅度大致与斜盘角度成比例。
在压力交换机中出现了类似的问题，其中，必须处理低压和高压之间的相同条件，反之亦然。容积没有变化。利用节流来控制压力。
通常，机器的几何结构必须适应作业速度并且适应机器的压力，并且这些参数的变化增加了气蚀的风险。
气蚀是损坏的原因，这种损坏在密封面和接触面中是特别有害的。这种损坏可能负面地影响机器的效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种液压机，这种液压机操作灵活，并且由气蚀造成的损坏风险低。
上述目的是通过如本文开头所述的液压机实现的，其中，第二部分中的节流通道将低压区域与密封面中在移动方向上位于低压开口前方的区域连接起来。
在压力室开口与低压开口变成重叠关系之前，节流通道在压力室与低压区域之间形成节流连接。因此，在压力室开口连接到低压开口之前，可以发生压力室和低压区域之间的压力均衡化。压力室中的压力产生通过节流通道进入低压区域的流体射流。如果由流体射流产生气蚀气泡，那么它们可以远离任何表面而在低压区域中内爆，使得损坏的风险相对较低。
在本发明的实施例中，节流通道的局部节流阻力在远离密封面的方向上增大。这种增大的效果是流体流动的速度在节流通道中增大，并且压力从密封面到低压区域减小，其效果是气蚀气泡不会在通道内破裂。
在本发明的实施例中，节流通道的横截面流动面积在远离密封面的方向上减小。这是增大节流通道的局部节流阻力的简单方式。
在本发明的实施例中，节流通道具有锥形形式。这是减小横截面流动面积的简单方式。
在本发明的实施例中，节流通道具有主流动方向，所述主流动方向至少在低压区域中的开口处相对于密封面倾斜或垂直。流体的高压射流被引导远离密封面，并且可能在射流附近形成的任何气蚀气泡将远离用于密封目的的任何表面而破裂。
在本发明的实施例中，进入低压区域的开口距密封面有一段距离，所述距离至少与节流通道的最小直径一样大。离开节流通道的高压射流距密封面足够远。
在本发明的实施例中，第二部分中的第二节流通道将高压区域与密封面中在移动方向上位于高压开口前方的区域连接起来。第二节流通道具有与前文提到的可以命名为“第一节流通道”的节流通道类似的效果。高压区域和压力室之间的压力均衡化发生在压力室与高压开口变成重叠关系之前。
在本发明的实施例中，第二节流通道的局部节流阻力在朝向密封面的方向上增大。因此，流体的流动在流体通过第二节流通道时增加，并且流体的压力相应地减小。
在本发明的实施例中，第二节流通道的横截面流动区域在朝向密封面的方向上减小。这是增大局部节流阻力的简单方式。
在本发明的实施例中，第二节流通道具有锥形或台阶形形式。在最后一种情况下，每个台阶中的节流通道的直径减小。这是减小第二节流通道的横截面流动面积的简单方式。
在本发明的实施例中，第二节流通道具有主流动方向，所述主流动方向至少在所述密封面中的开口处相对于密封面倾斜或垂直。因此，从第二节流通道逸出的流体射流被引导远离密封面。
在本发明的实施例中，第二节流通道的进入密封面的开口距高压开口有一段距离，所述距离至少与第二节流通道的最小直径一样大。因此，即使通过第二节流通道的流体的流动产生气蚀气泡，它们也足够远离密封面，以使损坏的风险最小化。
在本发明的实施例中，第二部分包括与第一部分接触的第一元件和在第一元件的与第一部分相反的一侧上的第二元件，其中，节流通道穿过所述两个元件。换句话说，节流通道包括位于第一元件中的第一区段和位于第二元件中的第二区段。优选地，第一区段中的流动阻力小于第二区段中的流动阻力。这样确保了连接通道中的压力不会变得太低，以致气蚀气泡可能形成于节流通道中。节流通道可以具有位于限定流动阻力的第二元件中的节流阀。本实施例还降低了第一元件的成本和复杂性，因为它不需要包含精确地限定的节流通道。这是一个优点，因为接触第一部分的第一元件是将需要以规则的时间间隔更换的磨损部件，而第二元件不需要定期更换。
在本发明的实施例中，在第一元件中，节流通道至少部分地垂直于接触面延伸。这样简化了第一元件的生产。
在本发明的实施例中，消声室布置在节流通道内。当汽缸容积和消声器腔室之间形成连接时，在汽缸容积和消声器腔室之间发生快速压力均衡化，使得组合的容积快速达到高压和低压之间的中间压力。然后，通过节流通道进行消声室中的中间压力与抽吸肾中的压力之间的较慢均衡化。具有消声室的优点是：减少了气蚀气泡的形成，降低了低压侧的脉动，并且降低了泵的噪音。
在实施例中，节流通道穿过喷嘴元件。节流功能可以设置在单独的部件(即，喷嘴元件)中，以便能够更容易地制造节流功能。将喷嘴或节流元件作为单独的部件也使得能够通过仅改变喷嘴元件来将泵调节到特定的操作条件。这种可能性还可以用于减少覆盖宽范围应用所需的第一元件或第二元件的变型的数量，因为在某种程度上可以通过将单一元件与不同的喷嘴元件组合来替代第一元件的变型的功能差异。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明的实施例，其中：
图1示出了穿过处于从高压到低压的转变期间的轴向活塞泵的一部分的剖面的示意图；
图2示出了穿过用于在低压和高压之间转变期间的轴向活塞泵的多个部分的剖面的示意图；
图3示出了穿过处于从高压到低压的转变期间的轴向活塞泵的第二实施例的一部分的剖面的示意图；以及
图4示出了穿过处于从高压到低压的转变期间的轴向活塞泵的第三实施例的一部分的剖面的示意图。
在全部附图中，用相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
附图示意性地示出了轴向活塞泵的多个部分，特别是汽缸体1，其中，至少一个汽缸2形成具有可变容积的压力室。所述可变容积是由活塞3引起的，该活塞3在汽缸体1旋转时在汽缸2中移动。在轴向活塞泵中，汽缸的移动是由未示出的斜盘引起的。
阀板4固定到汽缸体1。阀板4在与汽缸体1相反的一侧上包括接触面5。出于以下说明的目的，汽缸体1和阀板4被认为是“第一部分”，因为两个元件1、4彼此固定并且一起移动。
汽缸2具有压力室开口6，该压力室开口6布置在阀板4中。
阀板4与端口板7接触，该端口板7固定到壳体8。出于以下说明的目的，端口板7和壳体8被认为是“第二部分”，因为这两个元件7、8彼此固定。端口板7在面向汽缸体1的一侧包括密封面9。密封面9与接触面5接触。
壳体8包括低压区域10，该低压区域10连接到位于端口板7中(并因此位于密封面9中)的低压开口11。
如图2所示，壳体8包括高压区域12，该高压区域12连接到位于端口板7中(并因此位于密封面9中)的高压开口13。
图1示出了高压和低压之间的转变。汽缸体1在由箭头表示的移动方向14上相对于由端口板7和壳体8形成的第二部分移动。该移动是绕未示出的轴线的旋转移动。当汽缸容积与高压肾(未示出)接触时，活塞3在朝向由端口板7和壳体8形成的第二部分的方向上移动，以减小汽缸2中的压力室的容积，以便到达下死点。在到达下死点之后，活塞3将反转其移动。因为在由端口板7密封压力室开口6期间发生使得汽缸2中的压力室的容积增大的移动，所以汽缸2中的压力减小但仍然高于低压区域10中的压力。
为了在压力室开口6与低压开口11变成重叠关系之前实现压力均衡化，在端口板7中(即，在第二部分中)设置第一节流通道15。节流通道15将低压区域10与密封面9中的沿移动方向15位于低压开口11前方的区域连接起来。
第一节流通道15具有局部节流阻力，该局部节流阻力在远离密封面9的方向上增大。局部节流阻力是第一节流通道15在纵长方向上的小区段的阻力。实现局部节流阻力的这种增大的简单方式是在远离密封面9的方向上减小第一节流通道15的横截面流动面积。第一节流通道15可以具有锥形形式，以实现这种增加的局部节流阻力。
第一节流通道15相对于密封面9倾斜。它可以至少部分地垂直于密封面。第一节流通道15的进入低压区域10的开口16距密封面9有一段距离，该距离至少与节流通道的最小直径一样大，以在开口16和密封面9之间产生足够的距离，例如所述最小直径的5倍。
一旦压力室开口6连接到第一节流通道15，就形成液压流体的射流17，该射流17被引导到低压区域10中。由于第一节流通道15相对于密封面9倾斜，所以射流17被引导远离密封面9并且远离接触面5。由于增大的节流阻力，所以流体在行进通过第一节流通道15期间速度增大，并且因此射流17中的流体压力减小，从而使气泡内爆的风险最小化。即使在射流附近形成了气蚀气泡，它们也将远离任何表面而破裂。当气蚀气泡远离表面而破裂时，它们不会造成气蚀损坏。
第一节流通道15具有如下优点：通过第一节流通道15的流速取决于汽缸2中的压力室与低压区域10之间的压力差。如果该压力差很高，那么流速就会很高，反之反是。这意味着借助于第一节流通道15使汽缸2中的压力接近于低压区域10中的压力在某种程度上变为自调节的。
在机器的“另一侧”(即，在低压和高压之间的转变部处)实现了类似的解决方案。如图2所示。第二节流通道18连接高压区域12和密封面9中沿移动方向14在高压开口13前方的区域。
第二节流通道18具有局部节流阻力，该局部节流阻力在朝向密封面9的方向上增大。可以通过减小横截面流动面积来实现该局部节流阻力，这可以通过形成呈锥形形式的第二节流通道18来以简单的方式实现。
第二节流通道18也相对于密封面9倾斜或至少部分地垂直。第二节流通道18进入密封面9的开口19距高压开口13有一段距离，该距离至少与第二节流通道18的最小直径一样大，例如最小直径的5倍。
当压力室开口6连接到第二节流通道18的开口19时，形成液压流体的射流20，该射流20被引导到压力室开口6中并且进入汽缸2中。
由于第二节流通道18的横截面流动面积减小，所以流体沿第二节流通道18的长度持续地加速。因此，压力沿着第二节流通道18的长度保持减小，使得可能形成于第二节流通道18内部的任何气蚀气泡在它们脱离第二节流通道18的开口19或喷口之前不会破裂。
节流通道15、18的横截面与活塞3的直径相比可以非常小，它们的最大横截面可以是活塞3的直径的4％或更小。
已经使用轴向活塞机作为示例描述了本发明。
本发明还可以应用于其他液压机，诸如等压压力交换机。
当本发明用于无活塞的压力交换机时，压力室没有可变的容积。然而，低压和高压以及高压和低压之间的转变导致类似的问题。
图3示出了处于从高压到低压的转变期间的轴向活塞泵的第二实施例。
如上所述，第二部分包括作为第一元件的端口板7和作为第二元件的壳体8。
在本实施例中，节流通道15包括端口板7中的第一通道部分18和壳体8中的第二通道部分19。第一通道部分18垂直于接触面5延伸。这样简化了端口板7的生产。第一通道部分18具有比第二通道部分19小的流动阻力。流动阻力的关系确保了连接通道15中(特别是第一通道部分18中)的压力不会如此之低，以致气蚀气泡能够在节流通道中形成。本实施例降低了端口板7的成本和复杂性，因为它不需要包含具有限定的流动阻力的精确地制造的节流通道。这是一个优点，因为端口板7是将需要以规则的时间间隔更换的磨损部件，而壳体或端口法兰不需要定期更换。
图4示出了处于从高压到低压的转变期间的轴向活塞泵的第三实施例。
在本实施例中，节流通道包括第一通道部分18、消声室20和喷嘴21，该喷嘴设置在单独的喷嘴元件22中。应该注意的是，在根据图1至图3的实施例中也可以设置这种喷嘴元件22。
消声室20具有如下效果：当汽缸容积和消声室20之间的连接形成时，在汽缸2的容积和消声室20之间发生快速压力均衡化，使得组合的容积快速达到高压和低压之间的中间压力。然后，通过喷嘴21进行消声室20中的中间压力与低压区域10中的压力之间的较慢均衡化。
具有消声室20的优点是：减少了气蚀气泡的形成、降低了低压侧上的脉动，并且降低了泵的噪音。
当使用附加喷嘴元件22时，可以以更容易制造的方式实现喷嘴功能。
使喷嘴21位于单独的喷嘴元件22中还能够通过仅改变喷嘴元件22来将泵调节到特定的操作条件。这种可能性还可以用于减少覆盖宽范围应用所需的端口板7的变型的数量。因为在某种程度上可以通过将单一端口板7与不同的喷嘴元件22组合来替代端口板的变型的功能差异。
应该注意的是，在图3和图4所示的实施例中，射流17位于距阀板4很远的位置，使得将其平行于阀板4地引导是可以被接受的，而不会冒从节流通道15射出的气蚀气泡会损坏阀板4的风险。

Claims (15)

1.一种液压机，包括第一部分(1、4)和第二部分(7、8)，其中，所述第一部分(1、4)和所述第二部分(7、8)能够相对于彼此以邻接关系移动，所述第一部分(1、4)包括压力室(2)，所述压力室在接触面(5)中具有压力室开口(6)，所述接触面(5)接触所述第二部分(7、8)的密封面(9)，所述第二部分(7、8)包括连接到所述密封面(9)中的低压开口(11)的低压区域(10)和连接到所述密封面(9)中的高压开口(13)的高压区域(12)，其中，在所述第一部分(1、4)相对于所述第二部分(7、8)沿移动方向(14)移动期间，所述压力室开口(6)交替地与所述低压开口(11)和所述高压开口(13)重叠，
其特征在于，所述第二部分(7、8)中的节流通道(15)将所述低压区域(10)与所述密封面(9)中在移动方向上位于所述低压开口(11)前方的区域连接起来，
所述节流通道(15)穿过喷嘴元件(22)，所述喷嘴元件(22)是单独的元件。
2.根据权利要求1所述的液压机，其特征在于，所述节流通道(15)的局部节流阻力在远离所述密封面(9)的方向上增大。
3.根据权利要求2所述的液压机，其特征在于，所述节流通道(15)的横截面流动面积在远离所述密封面(9)的方向上减小。
4.根据权利要求2所述的液压机，其特征在于，所述节流通道(15)具有锥形或台阶形形式。
5.根据权利要求1至4中的任何一项权利要求所述的液压机，其特征在于，所述节流通道(15)具有主流动方向，所述主流动方向至少在所述低压区域(10)中的开口(16)处相对于所述密封面(9)倾斜或垂直。
6.根据权利要求5所述的液压机，其特征在于，进入所述低压区域(10)的开口(16)距所述密封面(9)有一段距离，所述距离至少与所述节流通道(15)的最小直径一样大。
7.根据权利要求1至4中的任何一项权利要求所述的液压机，其特征在于，所述第二部分(7、8)中的第二节流通道(18)将所述高压区域(12)与所述密封面(9)中在移动方向上位于所述高压开口(13)前方的区域连接起来。
8.根据权利要求7所述的液压机，其特征在于，所述第二节流通道(18)的局部节流阻力在朝向所述密封面(9)的方向上增大。
9.根据权利要求7所述的液压机，其特征在于，所述第二节流通道(18)的横截面流动面积在朝向所述密封面(9)的方向上减小。
10.根据权利要求8所述的液压机，其特征在于，所述第二节流通道(18)具有锥形形式。
11.根据权利要求7所述的液压机，其特征在于，所述第二节流通道(18)具有主流动方向，所述主流动方向至少在所述密封面(9)中的开口(19)处相对于所述密封面(9)倾斜或垂直。
12.根据权利要求11所述的液压机，其特征在于，所述第二节流通道(18)的进入所述密封面(9)的开口(19)距所述高压开口(13)有一段距离，所述距离至少与所述第二节流通道(18)的最小直径一样大。
13.根据权利要求1至4中的任何一项权利要求所述的液压机，其特征在于，所述第二部分(7、8)包括与所述第一部分(1、4)接触的第一元件(7)和位于所述第一元件(7)的与所述第一部分(1、4)相反的一侧上的第二元件(8)，其中，所述节流通道(15)穿过所述第一元件(7)和所述第二元件(8)。
14.根据权利要求13所述的液压机，其特征在于，在所述第一元件(7)中，所述节流通道(15)至少部分地垂直于所述接触面(5)延伸。
15.根据权利要求1至4中的任何一项权利要求所述的液压机，其特征在于，消声室(20)布置在所述节流通道(15)内。
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