CN110312867B

CN110312867B - 液压泵及马达

Info

Publication number: CN110312867B
Application number: CN201880011913.XA
Authority: CN
Inventors: 小野睦; 大城充; 袖山直也; 名畑纯; 堀秀司
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2018-06-04
Publication date: 2021-11-09
Anticipated expiration: 2038-06-04
Also published as: US20200003191A1; CN110312867A; WO2018235573A1; JP6913527B2; JP2019007387A; US11293417B2; DE112018003195T5

Abstract

本发明提供一种具有斜板(13)的可变容量式液压泵或马达(10)，其具备杆(22)和传感器(23)，杆(22)被支承于壳体(21)，与斜板(13)的倾转一同进行转动，传感器(23)检测杆(22)的移动量。

Description

液压泵及马达

技术领域

本发明涉及一种液压泵及马达。

背景技术

液压泵或液压马达被广泛使用于例如工程机械或作业车辆等中。通过使电动机或发动机等旋转驱动液压泵，液压泵向液压回路排出工作油。液压马达与此相反，将从液压回路供给的工作油的压力转换为旋转运动。已知这种液压泵及马达中有使用斜板的可变容量式液压泵及马达。

例如，在专利文献1中记载有以下技术：在使用了斜板的可变容量式泵中，通过与使斜板倾转的伺服活塞的工作方向平行地配置控制阀，并且，通过将单个杆配置在包含伺服活塞及控制阀的工作轴线的同一平面上，使伺服活塞及控制阀相互联动。根据这种技术，能够以紧凑且简单的结构实现使泵的排出量和泵的排出压的乘积(功率)恒定的控制。

另一方面，已知一种技术，其在可变容量式泵中检测决定泵的排出量的斜板的倾转角度，将该结果用于控制。例如，在专利文献2中记载有以下技术：在使用了斜板的可变容量式泵中，在壳体的外部配置电位计，使用旋转传动机构从壳体内的斜板向电位计传递斜板的转动。根据这种技术，能够使用电位计以高精度检测斜板的倾转角度，并且，电位计的调整也能够容易地进行。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2002－106460号公报

专利文献2：(日本)特开平11－257209号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，如专利文献2所记载，在将斜板的转动直接传递给检测部的情况下，需要将传动机构与斜板的倾转轴同心地配置，这成为装置设计中的制约。使用了斜板的可变容量式马达在这一点上也是同样的。

鉴于上述情况，本发明的目的之一在于，提供一种液压泵及马达，在具有斜板的可变容量式液压泵及马达中，能够检测斜板的倾转角度，并且，能够减少设计上的制约。

用于解决问题的技术方案

在本发明的第一方式中，具有斜板的可变容量式液压泵或马达的特征在于，具备：杆，其被支承于壳体，与所述斜板的倾转一同进行转动；传感器，其检测所述杆的移动量。

根据该发明，由斜板的倾转产生的位移被转换为与斜板接触的杆的转动。由此，降低斜板的微振动的影响，能够以高精度检测倾转角度。而且，无需将杆与斜板的倾转轴同心地配置，因此，装置设计上的制约减少。

附图说明

图1是本发明实施方式的作业机械的侧视图。

图2是表示本发明第一实施方式的液压泵结构的剖视图。

图3是表示本发明第一实施方式的液压泵结构的另一剖视图。

图4是表示图2及图3所示的液压泵的伺服机构的液压回路图。

图5是图2及图3所示的液压泵的控制装置的框图。

图6A是表示本发明第二实施方式的液压泵的倾转状态检测部结构的剖视图。

图6B是表示本发明第二实施方式的液压泵的倾转状态检测部结构的另一剖视图。

图7是表示本发明第三实施方式的液压泵的倾转状态检测部结构的剖视图。

图8是表示本发明第四实施方式的液压泵的倾转状态检测部结构的剖视图。

具体实施方式

〔1〕作业机械的整体结构

图1作为本发明实施方式的作业机械的例子表示轮式装载机1。轮式装载机1包含由前部车身2A和后部车身2B构成的车身2。在前部车身2A的前方(图中的左方)安装有液压驱动的工作装置3。工作装置3包含挖掘及装载用的铲斗31、大臂32、曲拐33、连结连杆34、铲斗缸35及大臂缸36等。后部车身2B包含后部车架5。在后部车架5的前侧设置操作者乘坐的箱形的驾驶室6。在后部车架5的后侧收容有未图示的发动机或液压泵等。

在上述的轮式装载机1中，发动机的输出被分配给驱动轮胎7的行驶系统和驱动工作装置3的液压装置系统。在液压装置系统中，液压泵由发动机的输出驱动，通过液压回路向工作装置3供给压力油。通过使用压力油使铲斗缸35及大臂缸36伸缩，能够使铲斗31在装载位置和倾倒位置之间移动，或使大臂32上下移动。

〔2〕液压泵的结构

图2及图3中表示本发明第一实施方式的液压泵10。此外，图3是图2的III－III线剖视图，图2是图3的II－II线剖视图。液压泵10包含壳体11和旋转轴12。壳体11包含壳体主体111及壳体帽112，两者由螺栓(未示出)连接。贯通壳体11的内部空间的旋转轴12经由轴承121被可旋转地支承于壳体主体111，并且，经由轴承122被可旋转地支承于壳体帽112。旋转轴12的一端部构成由发动机的输出驱动的驱动端部12a，从壳体主体111的基端壁111a向外部突出。在壳体11的内部空间，在旋转轴12的外周配置斜板13及缸模块14。

斜板13为中央形成有贯通孔131的板状部件。斜板13在贯通孔131内插通有旋转轴12的状态下，经由一对球窝保持架(支承体)132安装于壳体主体111的基端壁111a。以球窝保持架132为支点，斜板13能够相对于壳体11及旋转轴12倾转。在斜板13的两面，分别在壳体帽112侧形成第一滑动面133，在壳体主体111侧形成第二滑动面134。第一滑动面133是与后述的活塞瓦接触的平面，绕贯通孔131形成环状。第二滑动面134是与后述的伺服活塞瓦接触的平面，在与伺服活塞瓦相对的部分形成。

缸模块14是在中央形成有用于旋转轴12的贯通孔141的圆柱状部件。缸模块14通过形成于贯通孔141的花键与旋转轴12结合，与旋转轴12一起旋转。缸模块14的壳体帽112侧的端部经由阀板142与壳体帽112的内壁面抵接。阀板142是形成有吸入口142a及排出口142b的板状部件，被固定于壳体帽112。阀板142的吸入口142a与形成于壳体帽112的吸入通路112a连通，排出口142b与形成于壳体帽112的排出通路112b连通。

另外，在缸模块14形成有多个缸体143。缸体143绕旋转轴12排列成环状。在缸体143的阀板142侧形成贯通至缸模块14的端面的连接口143a。缸模块14与旋转轴12一起旋转，另一方面，通过将阀板142固定于壳体帽112，各缸体143的连接口143a与吸入口142a和排出口142b交替连通。

另一方面，在缸体143，从斜板13侧可滑动地插入有活塞151。在活塞151的斜板13侧，经由球窝接头152连接有活塞瓦153。通过将一端部固定于缸模块14的按压弹簧144的推压力经由棒145、保持架引导件146及按压板147传递，活塞瓦153抵接于斜板13的第一滑动面133。由此，如果缸模块14与旋转轴12一起旋转，沿着倾转了的斜板13，活塞151相对于缸体143的位置发生变化，油从液压泵10排出。具体而言，在缸体143与吸入通路112a连通的期间，活塞151从缸体143被拉出，在缸体143与排出通路112b连通的期间，活塞151被推入缸体143，由此，从吸入通路112a吸入的油向排出通路112b排出。

在上述的液压泵10中，油的排出量由斜板13的倾转角度决定。如果倾转角度变大，活塞151相对于缸体143的行程变大，油的排出量增加。另一方面，如果斜板13的倾转角度变小，活塞151相对于缸体143的行程变小，油的排出量减少。此外，在倾转角度为0，斜板13相对于旋转轴12垂直的情况下，活塞151的行程变为0，不排出油。

通过使图2所示的伺服活塞161工作，调节斜板13的倾转角度。伺服活塞161在固定于壳体主体111的伺服套筒162的内侧可滑动地被支承，一端部经由球窝接头163与伺服活塞瓦164连接。通过将配置于壳体主体111和伺服活塞161之间的弹簧165的推压力经由伺服活塞161及球窝接头163传递给伺服活塞瓦164，伺服活塞瓦164与斜板13的第二滑动面134抵接。因此，如后所述，通过控制朝向伺服活塞161的受压室166供给的油的压力，能够调节斜板13的倾转角度。

〔3〕倾转状态检测部的结构

图3表示设置于液压泵10的倾转状态检测部。此处，在本说明书中，倾转状态表示角度、位置、姿态等。倾转状态检测部包含被壳体21支承的杆22、行程传感器23及控制装置24。壳体21包含伺服阀壳体21a和行程传感器壳体21b。杆22经由球体221间接地与斜板13接触。球体221与形成于斜板13的端部的凹部135嵌合，随着因斜板13的倾转而在斜板13的端部产生的位移而移动。杆22绕转动轴222转动自如地被支承，通过行程传感器23及伺服阀25的弹簧作用力与球体221抵接。控制装置24包含根据行程传感器23的输出信号计算斜板13的倾转角度的运算部。

在本实施方式中，杆22具有第一臂部223和第二臂部224。如图示，第一臂部223从转动轴222向图中的下方(即，从伺服阀壳体21a内的空腔部向液压泵10的壳体主体111内的空腔部)延伸，在设置于端部的接触点223a与球体221接触。在第一臂部223的中间部，伺服阀25抵接于伺服阀接触部223b。伺服阀25具有弹簧箱251，该弹簧箱251将伺服阀25通过弹簧25b按压于伺服阀接触部223b。另一方面，第二臂部224从转动轴222向图中的右方(即，与第一臂部223不同的方向)延伸。在第二臂部224，行程传感器23的触头231抵接于测定部224a。在本实施方式中，杆22配置在相对于转动轴222垂直的第一平面(图3中与纸面平行的面)上，在与第一平面正交的第二平面(图3所示的平面P)上具有测定部224a。

此处，在图示的例子中，触头231和弹簧箱251安装于以杆22的转动轴222为中心朝相同的方向施加力矩的方向上。具体而言，触头231及弹簧箱251安装在以转动轴222为中心产生图中的顺时针的力矩的方向上。

行程传感器23是例如接触式的行程传感器，生成与沿着轴232的方向上的触头231的位移对应的输出信号。行程传感器23具有将触头231向杆22的测定部224a按压的弹簧233。此处，杆22的抵接在第二腕部224上的触头231的位移通过杆22绕转动轴222转动而产生，因此，行程传感器23检测杆22的移动量，具体而言，可以认为检测杆22的转动量。

〔4〕伺服机构的结构

图4是表示图2及图3所示的液压泵10的伺服机构的液压回路图。此外，在图4中，省略了除伺服机构以外的结构要素的图示。参照图4，伺服活塞161的受压室166包含大径受压室166a及小径受压室166b。大径受压室166a经由伺服阀25与液压泵10的排出通路112b连接。另一方面，小径受压室166b不经由伺服阀25而与排出通路112b连接。

此处，伺服阀25是两位三通的方向控制阀，通过从液压泵10的排出通路112b向液压先导部25a供给的油的压力和经由弹簧箱251与杆22抵接的弹簧25b的作用力的平衡，线轴252在连通位置和排放位置之间被切换。在连通位置，伺服活塞161的大径受压室166a与排出通路112b连通。在排放位置，大径受压室166a从排出通路112b被截断而与油罐连通。

例如，在伺服阀25位于连通位置的情况下，油向大径受压室166a供给，因此，伺服活塞161朝向使斜板13的倾转角度减小的方向移动。如果倾转角度减小，杆22将会朝向图4中的右方向(即，压缩弹簧25b的方向)转动。其结果，弹簧25b的作用力增大，伺服阀25被切换至排放位置。在排放位置，油从大径受压室166a排出，另一方面，油向小径受压室166b连续地供给，因此，伺服活塞161朝向使斜板13的倾转角度变大的方向移动。如果倾转角度变大，杆22将会朝向图4中的左方向(即，使弹簧25b伸长的方向)转动。其结果，弹簧25b的作用力减小，伺服阀25再次被切换至连通位置。如上，通过反复进行伺服阀反馈斜板13的位置的动作，在液压泵10的排出压恒定的期间，倾转角度维持为大致恒定。

在此，在由工作装置3中负荷压力上升导致液压泵10的排出压上升的情况下，如果杆22不大幅压缩弹簧25b，伺服阀25将不会切换到排放位置。因此，在该情况下，倾转角度将会被维持为比排出压上升前小的角度。另一方面，在液压泵10的排出压降低的情况下，杆22只需轻微压缩弹簧25b，伺服阀25就会切换到排放位置。因此，在该情况下，倾转角度将会被维持为比排出压下降前大的角度。如此，伺服阀25及伺服活塞161将由斜板13的倾转角度决定的液压泵10的排出量和由负荷压力决定的排出压的乘积(功率)维持为恒定。

此外，虽然图4中未示出，但伺服活塞161的受压室166除大径受压室166a及小径受压室166b以外还包含追加的受压室，向该追加的受压室供给的油的压力由电磁比例先导阀控制。控制装置24根据行程传感器23的输出信号计算斜板13的倾转角度，并且，将根据该计算获得的倾转角度生成的控制信号输入上述电磁比例先导阀中。电磁比例先导阀通过变更向追加的受压室供给的油的压力，改变伺服机构对于液压泵10的相同排出压设定的斜板13的倾转角度，其结果，能够调节液压泵10的功率。

〔5〕控制装置的结构

图5表示图2及图3所示的液压泵10的控制装置24的框图。控制装置24包含倾转角度运算部241、角度差值运算部242、控制信号生成部243、控制信号输出部244及存储器245。

倾转角度运算部241根据行程传感器23的输出信号计算斜板13的倾转角度。具体而言，倾转角度运算部241根据行程传感器23的输出信号所示的触头231的位移、测定部224a和转动轴222之间的距离，计算杆22的转动角度。进而，倾转角度运算部241根据杆22的接触点223a和转动轴222之间的距离及球体221和斜板13的倾转轴的相对位置关系，计算斜板13的倾转角度。

角度差值运算部242计算控制目标的倾转角度和通过倾转角度运算部241计算出的斜板13的倾转角度之间的差值，其中，控制目标倾转角度根据驱动液压泵10的发动机状态及配置在驾驶室6内等的操作杆或踏板等的操作量等而决定。在决定控制目标的角度时，角度差值运算部242参照存储器245内存储的控制模式等的数据。

控制信号生成部243根据由角度差值运算部242计算的角度的差值生成控制信号。控制信号输出部244将由控制信号生成部243生成的控制信号转换为电流值及电压值，输出给附属于伺服活塞161的上述电磁比例先导阀。

通过上述的结构，在本实施方式中，将因倾转而在斜板13的端部产生的位移转换成经由球体221抵接于斜板13的杆22的转动，根据杆22的转动量计算斜板13的倾转角度。倾转导致的位移在除斜板13的倾转轴以外的部位均产生，因此，可以代替上述例的斜板13的端部，可以使杆22抵接于各种部位来检测位移。

在此，例如，通过使行程传感器23的触头231不经由杆22抵接于斜板13，能够检测斜板13的倾转角度。但是，在该情况下，由于通过抵接于斜板13的缸模块14旋转驱动而产生的微振动，将难以高精度地检测倾转角度。在本实施方式中，通过使行程传感器23的触头231抵接于与斜板13分体的部件(即，杆22)，能够降低微振动的影响，高精度地检测倾转角度。

另外，即使在杆22上产生了相同的转动量的情况下，根据触头231与杆22抵接的位置和转动轴222之间的距离，触头231的位移也会不同。具体而言，与触头231抵接的位置越接近转动轴222，位移就越小，越远则位移越大。利用这一点，通过调节触头231抵接于杆22的位置，能够改变行程传感器23的检测值的灵敏度。

〔6〕其他实施方式

在图6A及图6B中示出本发明第二实施方式的液压泵的倾转状态检测部。此外，图6B为图6A的B－B线剖视图，图6A是图6B的A－A线剖视图。在图示的例子中，倾转状态检测部包含收容于壳体41的杆42、行程传感器23及控制装置24。杆42经由球体221与斜板13接触。杆42配置在相对于转动轴422垂直的第一平面P₁上，并且，绕转动轴422转动自如地被支承，通过行程传感器23及伺服阀25的弹簧的作用力而抵接于球体221。

在图示的例子中，杆42具有单个臂部423。臂部423从转动轴422朝向图6A中的下方(即，从壳体41内的空腔部朝向液压泵的壳体内的空腔部)延伸，在设置于端部的接触点423a与球体221接触。而且，特别是如图6B所示，杆42在臂部423上具有相对于第一平面P₁以形成角度的方式形成的倾斜面424，行程传感器23的触头231从与第一平面P₁交叉的方向抵接于倾斜面424。在该情况下，由于倾斜面424的倾斜，在触头231上也会产生对应于杆42的转动量的位移。倾斜面424是通过行程传感器23测定的测定部的例子。即，在本实施方式中，杆42在与相对于转动轴422垂直的第一平面P₁斜交的第二平面P₂上具有测定部。

通过使触头231以上述方式抵接于倾斜面424，例如能够使触头231和与杆42的伺服阀接触部423b抵接的伺服阀25的弹簧箱251从不同的方向抵接在臂部423的长度方向上的相互靠近的位置。由此，在图6A中的高度方向上，倾转状态检测部变得更加紧凑。此外，关于上述以外的结构，本实施方式具有与前述的第一实施方式相同的结构，因此，省略重复的说明。

图7中示出本发明第三实施方式的液压泵的倾转状态检测部。在图示的例子中，倾转状态检测部包含收容于壳体51的杆52、行程传感器23及控制装置24。杆52经由球体221与斜板13接触。杆52绕转动轴522转动自如地被支承，通过伺服阀25的弹簧的作用力抵接于球体221。

在图示的例子中，杆52具有第一臂部523和第二臂部524。第一臂部523从转动轴522朝向图中的下方(即，从壳体51内的空腔部朝向液压泵的壳体内的空腔部)延伸，在设置于端部的接触点523a与球体221接触。伺服阀25的弹簧箱251与第一臂部523的伺服阀接触部523b抵接。另一方面，第二臂部524从转动轴522向图中的上方延伸。行程传感器23的触头231与第二臂部524的测定部524a抵接。在本实施方式中，杆52配置在相对于转动轴522垂直的第一平面(图7中与纸面平行的面)上，在与第一平面交叉的第二平面(图7所示的平面P)上具有测定部524a。

在上述的例子中，行程传感器23和伺服阀25相互平行地配置，因此，在图中的高度方向上，倾转状态检测部变得更加紧凑。此外，关于上述以外的结构，本实施方式具有与前述的第一实施方式相同的结构，因此，省略重复的说明。

图8中示出本发明第四实施方式的液压泵的倾转状态检测部。在图示的例子中，倾转状态检测部包含收容于壳体61的杆52、行程传感器23及控制装置24。与前述的第三实施方式不同之处在于，行程传感器23及伺服阀25安装在以杆52的转动轴522为中心朝相同的方向施加力矩的方向上。在本实施方式中，杆52也配置在相对于转动轴522垂直的第一平面(图8中与纸面平行的面)上，在与第一平面正交的第二平面(图8所示的平面P)上具有测定部524a。此外，关于上述以外的结构，本实施方式具有与前述的第三实施方式相同的结构，因此，省略重复的说明。

例如上面说明的第一～第四实施方式，在本发明的实施方式中，能够相对于液压泵10在各方向或以各种朝向配置行程传感器23。由此，能够根据例如液压泵10周围的可利用空间的形状改变行程传感器23的配置，或者在现有的液压泵10上追加配置行程传感器23时选择容易安装的方向或朝向。

此外，本发明不限于以上说明的实施方式，在能够实现本发明的目的的范围内的变形或改良等被包含于本发明中。

例如，在上述的实施方式中列举了液压泵，但在本发明的其他的实施方式中，在使用了斜板的可变容量式液压马达上同样可以检测斜板的倾转角度，另外，在使用了斜轴的可变容量式液压泵或液压马达上同样也可以检测斜轴的倾转角度。液压泵或马达的工作流体不限于油，也可以是其他种类的流体。

另外，例如，在上述的实施方式中，杆经由球体间接地与斜板接触，但在其他的实施方式中，杆也可以不经由球体而是直接与斜板接触。另外，杆也可以经由除球体以外的1个或多个部件间接地与斜板接触。

另外，例如，在上述的实施方式中，使用接触式的位移计(即，行程传感器)检测杆的转动量，但在其他的实施方式中，也可以使用非接触式的位移计检测杆的转动量。或者，也可以使用配置于杆的转动轴附近的旋转编码器等，通过旋转角度检测杆的转动量。

另外，例如，在上述的实施方式中，使用由液压驱动的伺服活塞使斜板的倾转角度变化，但在其他的实施方式中，也可以使用不采用液压的驱动装置使斜板的倾转角度变化。具体而言，代替伺服活塞，也可以配置比例电磁阀。该情况下，无需伺服阀，在控制装置中生成的控制信号被输入到比例电磁阀中。

另外，例如，在上述的实施方式中，以用于驱动轮式装载机的工作装置的液压泵为例进行了说明，但在其他的实施方式中，液压旋转装置也能够适用于液压挖掘机、推土机、叉车等其他的作业机械。

符号说明

1…轮式装载机、2…车身、3…工作装置、31…铲斗、32…大臂、33…曲拐、34…连结连杆、35…铲斗缸、36…大臂缸、5…后部车架、6…驾驶室、7…轮胎、10…液压泵、11…壳体、12…旋转轴、13…斜板、135…凹部、14…缸模块、161…伺服活塞、21，41，51，61…壳体、22，42，52…杆、221…球体、222，422，522…转动轴、223，523…第一臂部、224，524…第二臂部、423…臂部、424…倾斜面、23…行程传感器、231…触头、24…控制装置、241…倾转角度运算部、242…角度差值运算部、243…控制信号生成部、244…控制信号输出部、245…存储器、25…伺服阀、251…弹簧箱。

Claims

1.一种液压泵或马达，是具有斜板的可变容量式液压泵或马达，其特征在于，具备：

球体，其配置于所述斜板的端部，随着因所述斜板的倾转而在所述斜板的端部产生的位移而移动，

杆，其被支承于壳体，经由所述球体与所述斜板接触，并与所述斜板的倾转一同进行转动；

行程传感器，其检测所述杆的移动量，

所述杆具有与所述斜板接触的接触点、由所述行程传感器测定的测定部、与反馈所述斜板的位置的伺服阀接触的伺服阀接触部，

所述测定部配置在相对于所述杆的转动轴垂直的第一平面上，并且配置在与所述第一平面斜交的第二平面上，

所述行程传感器、所述杆、所述球体、所述伺服阀以及所述伺服阀接触部配置在相对于沿着所述斜板倾斜的方向的平面垂直的平面上。

2.一种液压泵或马达，是具有斜板的可变容量式液压泵或马达，其特征在于，具备：

行程传感器，其检测所述杆的移动量，

所述测定部配置在相对于所述杆的转动轴垂直的第一平面上，并且配置在与所述第一平面正交的第二平面上，

3.根据权利要求1或2所述的液压泵或马达，其特征在于，

所述伺服阀具有弹簧箱，所述弹簧箱通过第一弹簧将所述伺服阀按压于所述杆的所述伺服阀接触部，

所述行程传感器具有将触头按压于所述杆的所述测定部的第二弹簧，

所述伺服阀及所述行程传感器安装于以所述杆的转动轴为中心朝相同的方向施加力矩的方向上。

4.根据权利要求1或2所述的液压泵或马达，其特征在于，

所述杆隔着所述杆的转动轴具有所述测定部及所述伺服阀接触部。