CN110709604B - 具有用于保持冷却和液压密封的阀的液压活塞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液压活塞(1)，所述液压活塞(1)与汽缸(4)一起构成液压腔(5)，并且具有圆柱形主体(6)，所述圆柱形主体(6)在所述腔(5)的一侧通过阀止动‑连杆件(3)连接到用于保持冷却和润滑密封的阀(2)，流量校准开口(27)从一侧到另一侧贯穿用于保持冷却和润滑密封的阀(2)，所述阀(2)能够相对于所述主体(6)在短行程内纵向平移或者通过阀止动‑连杆件(3)与所述主体(6)保持一定距离，阀复位弹簧(30)倾向于使所述阀(2)远离圆柱形主体(6)移动。

Description

具有用于保持冷却和液压密封的阀的液压活塞
本发明涉及具有冷却和润滑衬垫阀的液压活塞，所述活塞与汽缸一起工作以形成例如泵或轴向或径向活塞液压马达的可变容积的液压腔。
具有轴向或径向活塞的液压泵和马达的活塞的密封通常通过在活塞与其操作的汽缸之间留下小的径向间隙来实现。例如，对于直径为20毫米的活塞，所述间隙可以为20至40微米。此类小径向间隙使得有可能获得可接受的密封水平，可高达大约三到五百巴的操作压力，只要在活塞与所述活塞在其中平移的汽缸之间提供足够的覆盖即可。
在活塞与其汽缸之间提供小的径向间隙形成简单和强大的密封解决方案。尽管所述解决方案要求较高的加工精度，但其生产成本仍然适中。
应当注意的是，轴向活塞液压泵和马达的活塞通常采用铰接式闸瓦进行终止，闸瓦在倾斜或可倾斜的板上滑动，这取决于所述泵或马达是固定位移还是可变位移。当所述板是倾斜的且通过任何液压流体(例如通过油)将压力施加到活塞中的任一个时，通过反作用由所述活塞的铰接式闸瓦施加在所述板上的力，所述活塞与其操作的汽缸之间的径向力。
所述径向力在所述活塞与其汽缸之间产生接触压力。所述压力首先施加于所述活塞的与铰接式闸瓦相对的端部，其次施加于所述汽缸的朝着倾斜板方向打开的端部。
上述液压泵和马达的活塞负责各种类型的能量损失，从而降低了所述泵和所述马达的总能量效率。
在这些能量损失中，首先注意到液压流体泄漏。在压力的作用下，液压流体通过在活塞与汽缸之间留下的径向间隙形成的空间排出液压腔，然后在汽缸的在倾斜板的方向上打开的端部流出。还需要注意的是，通过在其汽缸内进行往复运动，活塞在其与所述汽缸之间留下的径向间隙水平处产生泵送效应，从而增加了液压泄漏率。
液压流体的剪切介于活塞与汽缸之间，也计入所述能量损失中。所述剪切产生对抗泵或液压马达的旋转的阻力。由于一方面液压流体是粘性的，另一方面，活塞与汽缸之间留下的径向间隙很小，所以这种剪切力就显得尤为重要。
最后，所述能量损失也是由活塞闸瓦对倾斜板施加的力引起的。所述力通过活塞施加在其汽缸上的径向力来转换。结合所述活塞在所述汽缸内的运动，所述径向力产生的能量损失是所述力由所述活塞与所述汽缸之间的摩擦系数乘以所述活塞在所述汽缸内行进的距离所产生的结果。
从上述可以容易地理解，为了减小由液压泵和马达的活塞产生的总能量损失，至少有必要追求三个目标，即尽可能地限制液压泄漏，将液压流体的剪切损失降至最低，并将在活塞与汽缸接触处产生的摩擦损失降至最低。
然而，存在与同时追求这三个目标相反的各种矛盾。
实际上，在现有技术水平下，通过进一步减小活塞与其汽缸之间留下的径向间隙来减少液压流体的泄漏是不可能的，因为剪切损失会以不可接受的方式增加。
这些增加的剪切损失将导致在包括在活塞与其汽缸之间留下的径向间隙中的液压流体的较小体积中散发的热量增加。这种情况的结果是，所述流体的温度将急剧升高，而其粘度将降低。所述流体将失去其润滑特性的大部分，从而增加摩擦损失，而这反过来又将进一步增加包括在径向间隙内的液压流体所接收的热量。
然后会有大量的热量散发和液压流体局部温度的升高，且一旦超过一定的阈值，活塞与其汽缸之间留下的径向间隙所包括的所述流体就会被焦化破坏。除此之外，活塞的温度可能上升到所述活塞比在其中平移的汽缸膨胀得快的程度。后者效果将导致所述活塞被卡住在所述汽缸中。
因此，为了减小液压流体的泄漏而减小在活塞与其汽缸之间留下的径向间隙几乎是不可能的，更重要的是为了减小通过剪切力造成的损失，需要增加所述间隙。事实上，剪切力造成的损失与所述间隙近似成反比增加。
除了减少剪切损失外，增加所述间隙还可以减少由活塞施加在其汽缸上的径向力引起的摩擦损失。实际上，合理地增加在活塞与汽缸之间留下的径向间隙将有利于在所述活塞与所述汽缸之间形成和保持流体动力润滑状态，特别是因为例如油的液压流体膜较厚，且因为后者将保持在较低的温度。
然而，增加活塞与其汽缸之间的径向间隙也不是解决方案，因为这将会损害经过这两个部件之间的液压泄漏，造成液压泄漏急剧增加。
由于刚刚描述的目的在其实现上是矛盾的，因此根据现有技术的轴向或径向活塞液压泵和马达的活塞与汽缸之间的径向间隙是由一方面的液压泄漏与另一方面的油剪切损失和机械摩擦之间的折衷而产生的。
可以设想，可通过在所述活塞的最靠近液压腔的端部或在其中部在活塞上设置密封件来解决这种折衷，注意所述密封件决不能够离开汽缸。因此，有可能在活塞与其汽缸之间存在牢固的径向间隙，因为密封件将不再依赖于所述间隙。
任何密封件或密封环的问题在于，活塞在其汽缸中不再足够润滑，因为在活塞与其汽缸之间留下的径向间隙所形成的空间中注入的油太少。
此外，油必须不断续入，以去除泄漏、剪切损失与残余摩擦损失所散发的热量。因此，在具有轴向或径向活塞的液压泵与液压马达的活塞上安装密封件不可避免地导致汽缸的干燥、活塞被卡在所述汽缸中以及局部经受过高温度的液压流体的过早老化。
此外，需要注意的是，某些泵或液压马达包含机械部件，这些机械部件与液压腔相对地定位，并通过活塞与汽缸之间经过的泄漏流量进行润滑和/或冷却。例如，防止活塞与其汽缸之间的液压流体的任何泄漏将导致必须通过注射器用自动供油来润滑所述部件。
为了解决这些不同的问题，根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀的液压活塞使之成为可能，根据其实施例：
●在活塞与其汽缸之间装配衬垫或密封环，以控制当液压泵或收容其的液压马达的液压腔中的压力较高时，液压流体通过活塞与其汽缸之间留下的径向间隙时的泄漏；
●只有当液压泵或收容其的液压马达的液压腔内的压力较低时，才允许润滑油和冷却油的泄漏流通过活塞与其汽缸之间的径向间隙；
●优化活塞与其汽缸之间留下的径向间隙，以通过仅少量增加由于通过活塞与其汽缸之间留下的径向间隙的液压流体的泄漏造成的能量损失来最小化由剪切和摩擦造成的损失；
●显著地增加任何液压泵或收容其的液压马达的输出；
●仅少量增加泵或收容其的液压马达的生产成本。
应当理解的是，除了其在液压泵与轴向或径向活塞液压马达中的应用之外，根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀的液压活塞可应用于任何其它泵、发动机、发动机泵或千斤顶而无论这些部件是液压的还是气动的，因为所述部件的配置有利地使得利用根据本发明的所述活塞成为可能。
本发明的其它特性已在说明书中以及直接或间接依附于主权利要求的附属权利要求中进行了描述。
所述液压活塞包含以小间隙容纳在汽缸中的圆柱形主体，所述活塞可在所述汽缸中平移，所述活塞与所述汽缸一起形成可变容积的液压腔，所述活塞的第一端具有通向液压腔的用于接收流体压力的压缩面，而所述活塞的另一端具有用于在传动装置上施加力的活塞支撑表面。
根据本发明的液压活塞包含：
●至少一个冷却和润滑衬垫阀，所述冷却和润滑衬垫阀定位在所述压缩表面一侧且在所述圆柱形主体的延伸部分中，所述冷却和润滑衬垫阀能相对于所述圆柱形主体在短行程内纵向平移，所述阀首先包含活塞侧轴向阀表面，所述活塞侧轴向阀表面具有界定可与所述压缩面上设置的阀接触表面接合的圆形接触线的环流闭合密封件，所述线的直径小于所述汽缸的直径，所述阀其次具有外部圆柱形阀表面，所述外部圆柱形阀表面暴露能与所述汽缸相接触并且保持密封的密封装置，所述圆柱形表面容纳在所述汽缸中，带有径向间隙，而其三，所述阀包含面对所述液压腔的腔侧轴向阀表面；
●至少一个中间流体输出腔，具体地说，所述中间流体输出腔通过所述活塞侧轴向阀表面以及通过所述压缩表面形成在所述圆形接触线内；
●至少一个流量校准开口，所述流量校准开口主要在轴向方向上穿过整个冷却和润滑衬垫阀，所述液压腔经由所述开口与所述中间流体输出腔连通；
●至少一个阀连杆-止动件，所述阀连杆-止动件将冷却和润滑密封衬垫连接到所述圆柱形主体，所述连杆-止动件允许所述衬垫在所述环流闭合密封件与所述阀接触表面接触的点处朝向所述主体移动，同时所述连杆-止动件防止所述阀远离所述主体移动超过一定距离；
●至少一个阀复位弹簧，所述阀复位弹簧倾向于使冷却和润滑衬垫阀远离圆柱形主体移动。
根据本发明的液压活塞包含全部地或部分地容纳在中间流体输出腔内的阀复位弹簧。
根据本发明的液压活塞包含密封装置，所述密封装置由至少一个切割段构成，所述至少一个切割段容纳于设置在冷却和润滑衬垫阀中的段槽中，或者全部地或部分地添加到所述阀，所述槽在所述阀的外部圆柱形表面处开口。
根据本发明的液压活塞包含密封装置，所述密封装置由至少一个柔性圆形密封件构成，所述柔性圆形密封件容纳于设置在冷却和润滑衬垫阀中的段槽中，或者全部地或部分地添加到所述衬垫阀，所述槽在所述阀的外部圆柱形表面处开口。
根据本发明的液压活塞包含具有抗剪切释放槽的圆柱形主体。
根据本发明的液压活塞包含位于压缩表面一侧的圆柱形主体的轴向端部的直径，所述直径逐渐减小到一定长度以形成升力释放。
根据本发明的液压活塞包含与液压腔相对的汽缸的轴向端部的直径，所述直径逐渐增加到一定长度以产生升力。
根据本发明的液压活塞包含阀连杆-止动件，所述阀连杆-止动件由连杆-止动销构成的，所述连杆-止动销从压缩面整体地伸出，以首先经由设置在所述阀中的连杆-止动件开口穿过冷却和润滑衬垫阀，另一方面，从轴向腔侧阀表面突出以将阀止动件暴露于所述表面。
根据本发明的液压活塞包含流量校准开口，所述流量校准开口由连杆-止动销与连杆-止动件开口之间留下的间隙构成。
根据本发明的液压活塞包含阀连杆-止动件，所述阀连杆-止动件由阀连杆-止动延伸件构成，所述阀连杆-止动延伸件从活塞侧轴向阀表面整体地伸出，以首先经由设置在所述主体中的连杆-止动轴穿入圆柱形主体，其次，暴露延伸止动件，所述延伸止动件与暴露连杆-止动轴的止动轴一起起作用。
根据本发明的液压活塞包含延伸止动件，所述延伸止动件由至少一个柔性爪构成，所述柔性爪卡扣到形成止动轴的邻接槽中。
根据本发明的液压活塞包含阀复位弹簧，所述阀复位弹簧全部地或部分地容纳在阀连杆-止动延伸件的轴向延伸凹槽中。
以下有关作为非限制性实例的附图的描述将使得有可能更好地理解本发明、其呈现的特性以及可能获得的优点：
图1是根据本发明的配备有具有冷却和润滑衬垫阀的液压活塞的可变位移的轴向活塞液压泵的示意性截面图。
图2是根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀的液压活塞的示意性截面图，阀连杆-止动件由连杆-止动销构成，而切割段形成密封装置。
图3是根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀的液压活塞的示意性截面图，阀连杆-止动件由阀连杆-止动延伸件构成，所述阀连杆-止动延伸件暴露出由卡扣到邻接槽中的柔性爪构成的延伸止动件，而柔性圆形密封件形成密封装置。
图4和图5是根据图2中所示的本发明的具有冷却和润滑衬垫阀的液压活塞的变体的示意性截面的特写视图，图4和图5分别示出了当液压腔中的压力先低后高时所述变体的操作。
图6是根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀的液压活塞的图2所示变体的三维剖视图，所述活塞经组装而成。
图7是根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀的液压活塞的图2所示变体的分解三维视图。
图8是根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀的液压活塞的图3所示变体的三维剖视图，所述活塞经组装而成。
图9是根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀的液压活塞的图3所示变体的分解三维视图。
具体实施方式
图1至图9示出了具有冷却和润滑衬垫阀2的液压活塞1以及其部件、其变体及其附件的各种细节。
主要如图1至图4所示，液压活塞1由以小间隙容纳在汽缸4中的圆柱性主体6构成。所述活塞1可以在所述汽缸4中平移，从而与所述汽缸4形成可变容积的液压腔5。
图1至图9清楚地示出了所述活塞1的第一端具有通向液压腔5的用于接收流体11压力的压缩表面10，而所述活塞3的另一端具有用于在传动装置9上施加力的活塞支撑表面8。
图1至图9示出了根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀2的液压活塞1包含至少一个冷却和润滑衬垫阀2，冷却和润滑衬垫阀2定位在压缩表面10的一侧且在圆柱形主体6的延伸部分中，冷却和润滑衬垫阀2能够相对于圆柱形主体6在短行程内纵向平移。
冷却和润滑衬垫阀2首先包含活塞侧轴向阀表面23，其具有限定圆形接触线25的环流闭合密封表面24，圆形接触线25可与形成在压缩表面10上的接触表面26接触，所述线25的直径小于汽缸4的直径。
此外，其次，冷却和润滑衬垫阀2具有外部圆柱形阀表面14，其暴露出可以与汽缸4接触并保持密封的密封装置16，所述圆柱形表面14以径向间隙容纳在所述汽缸4中。
最后，其三，冷却和润滑衬垫阀2包含面对液压腔5的腔侧轴向阀表面15。
需要注意的是，根据本发明的液压活塞1的具体实施例，密封装置16可以简单地由阀14的外部圆柱性表面与汽缸4之间留下的非常小的径向间隙组成。
在图2至图6和图8中，需要注意的是，根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀2的液压活塞1具有至少一个中间流体输出腔29，其通过活塞侧23上的阀的轴向表面及通过压缩表面10形成在圆形接触线25内。
在图2至图8中，还需要注意的是，根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀2的液压活塞1具有至少一个流量校准开口27，其主要在轴向方向上从上方穿过冷却和润滑衬垫阀2到另一个，液压腔5经由所述开口27与中间流体输出腔29连通。
在图2至图9中，特别明显的是，根据本发明的液压活塞1包含至少一个阀连杆-止动件3，其将冷却和润滑衬垫阀2连接到圆柱形主体6，所述连杆-止动件3允许所述阀2接近所述主体6，以使环流闭合密封件24与阀接触表面26接触，而所述连杆-止动件3防止所述阀2远离所述主体6移动超过一定距离。
需要注意的是，根据本发明的液压活塞1的具体实施例，阀连杆-止动件3可允许冷却和润滑衬垫阀2相对于圆柱形主体6围绕其纵向轴线轻微偏心和/或轻微枢转和/或旋转。
最后，图1至图9示出了根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀2的液压活塞1包含至少一个阀复位弹簧30，其倾向于使冷却和润滑衬垫阀2远离圆柱形主体6移动，所述弹簧可以是本领域技术人员已知的任何类型并且由任何弹性材料制成而没有任何限制。
如图1至图6和图8中所示，阀复位弹簧30可以全部地或部分地容纳在中间流体输出腔29内。
在图1和图2以及图4至图7中，可以看到，密封装置16可以由至少一个切割段17构成，所述切割段容纳于设置在冷却和润滑衬垫阀2中的段槽18中，或者全部地或部分地添加到所述阀2，所述槽18在外部圆柱形阀表面14的水平处开口。
需要注意的是，所述段17的轮廓可以是弯曲的或具有任何几何形状，而所述段17的外表面可以在液压腔5所含的流体11的压力作用下保持压靠在汽缸4的内壁上。
为了改进密封，多个切割段17可以容纳在同一段槽18中。在这种情况下，有利地，段18的切片可以呈角度偏移，以在所述段18的水平处形成更有效的用于任何泄漏的流体流11的坝。
作为根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀2的液压活塞1的变体实施例，在图3、图8和9中示出，密封装置16可以由至少一个柔性圆形密封件19构成，所述至少一个柔性圆形密封件容纳于设置在冷却和润滑衬垫阀2中的段槽18中，或者全部地或部分地附接到所述阀2，所述槽18在外部圆柱形阀表面14处开口。
应当注意的是，柔性圆形密封件19可以例如由弹性体芯制成，或者可以是复合类型，具体地说，由与塑料环一起操作的弹性体O形环组成，所述塑料环可填充或不填充防摩和/或抗磨颗粒。
在图1至图9中，可以看出，圆柱形主体6可以具有抗剪切释放槽20，其轴向地布置于在液压活塞1的操作过程中不经受所述主体6与汽缸4之间的任何显著接触压力的区域中。
所述抗剪切释放槽20尤其使得有可能在液压活塞1移动时，减小圆柱形主体6与汽缸4之间留下的径向间隙中所包括的流体11产生的抗剪切力，从而提高根据本发明的液压活塞1的总能量效率。
具体地，图4至图9示出了位于压缩表面10一侧上的圆柱形主体6的轴向端部的直径可以在一定长度上逐渐减小以形成升力释放21，当液压活塞1沿液压腔5的方向上升进入汽缸4时，所述升力释放21起作用，使流体11的力在所述端部与所述汽缸4之间的接触处穿透所述圆柱形主体6的所述轴向端部与所述汽缸4之间，以促进在所述接触的水平处建立流体动力润滑，并减小由液压活塞1在汽缸4中的位移产生的摩擦损失。
图2和图3示出了与液压腔5相对设置的汽缸4的轴向端部的直径可以在一定长度上逐渐增大，以逐渐形成产生升力12，当液压活塞1沿液压腔5的方向上升进入汽缸4时，所述升力12起作用，使流体11的力在所述端部和所述汽缸4之间的接触处穿透圆柱形主体6与汽缸4的所述轴向端部之间，以促进在所述接触的水平处建立流体动力润滑，并减小由液压活塞1在汽缸4中的位移产生的摩擦损失。
如图1和图2以及图4至图7所示，根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀2的液压活塞1的变体，阀连杆-止动件3可由连杆-止动销13构成，所述连杆-止动销13从压缩表面10整体地伸出，以首先经由设置在所述阀2的连杆-止动件开口22穿过冷却和润滑衬垫阀2，其次从腔侧轴向阀表面15突出以使阀止动件28暴露于所述表面15，阀止动件28确定圆柱形主体6的冷却和润滑衬垫阀2之间的最大距离。
应当注意的是，连杆-止动销13可以连接到圆柱形主体6上，或者可以由与所述主体6相同的材料制成。还需要注意的是，流量校准开口27可以由在连杆-止动销13与连杆-止动件开口22之间留下的间隙组成，所述间隙可能由连杆-止动件开口22中形成的轴向槽口来完成，所述槽口例如通过拉削形成。
根据在图3、图8和图9中示出的根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀2的液压活塞1的另一个变体，阀连杆-止动件3可以由阀连杆-止动延伸件31构成，阀连杆-止动延伸件31从活塞侧轴向阀表面23整体地伸出，以首先经由设置在所述主体6中的连杆-止动轴32穿过圆柱形主体6，其次暴露延伸止动件33，所述延伸止动件33与暴露连杆-止动轴32的止动轴34一起起作用，当两个所述止动件33、34彼此接触时，其确定圆柱形主体6与冷却和润滑衬垫阀2之间的最大距离。
根据后一种变体，延伸止动件33可由至少一个柔性爪42构成，所述柔性爪卡扣到形成轴止动件34的止动槽43中。需要注意的是，根据该特定配置，在根据本发明的液压活塞1的连接中，更具体地，当连杆-止动件阀延伸件13插入连杆-止动轴32时，柔性爪42设计成在其构成材料的弹性范围内扭转以穿透到连杆-止动轴32中，直到其突出超过邻接槽43，在邻接槽43中，其松弛以卡扣到邻接槽中，使得冷却和润滑衬垫阀2永久地连接到圆柱形主体6上，不再离开圆柱形主体6。
图3、图8和图9示出了阀复位弹簧30可以全部地或部分地容纳在轴向布置在阀连杆-止动延伸件13中的延伸凹槽44中。
本发明的功能：
从图1至图9可以很容易地理解根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀2的液压活塞1的功能。
图1示出了应用于本身已知的具有可变位移轴向活塞35的液压泵的液压活塞1。
当具有所述泵35的传动轴36通过未示出的动力源进行旋转时，所述轴36反过来驱动旋转筒37，旋转筒37与所述轴36成为一体。
当包含所述泵35的可倾斜板38伴随地倾斜时，所述泵35的液压活塞1开始在其操作的汽缸4中前后移动。由于所述旋转和返回，所述活塞1将流体11抽吸到入口导管39中，所述入口导管39在例如二十巴的低压下被供应有所述流体11，然后将所述流体11排出到排放导管40中，所述排放管道40在例如四百巴的压力下输送流体11。
在此作为非限制性实例，假设在根据本发明的液压活塞1的圆柱形主体6及与其操作的汽缸4之间留下的径向间隙为大约90微米至100微米，或明显大于根据现有技术的具有可变位移的轴向活塞液压泵35的活塞与汽缸4之间通常留有的大约20微米至40微米的间隙。事实上，根据本发明的液压活塞1，不再基于密封标准来确定所述径向间隙。相反，寻求一定的渗透性，但主要是基于产生由于摩擦和磨损而可能造成的最少损失的质量指导标准。
这里还假设，如图1、2和4至7所示，包含每个液压活塞1的冷却和润滑衬垫阀2暴露出密封装置16，密封装置16由容纳在段槽18中的切割段17构成，段槽18设置在所述阀2中并且在阀14的外部圆柱形表面的水平处伸出。
在所述图1、2和4至7中可以看到所述段17的弯曲轮廓，更具体地，可以看到所述段17的外表面的弯曲轮廓，所述段17的外表面在液压腔5所含的流体11的压力作用下保持电镀在汽缸4的内壁上。
因此，在其工作的液压腔5的主导压力为二十巴时，所述切割段17从“停置”状态依次通过，在所述腔5的主导压力为四百巴时，所述切割段17与所述汽缸4处于“密封”状态。
当液压腔5的主导压力为四百巴时，切割段17与汽缸4进行紧密密封，在所述段17与所述汽缸4之间泄漏非常少的流体11。类似地，当液压腔5的主导压力仅为二十巴时，即使所述段17停置，所述段17与汽缸4之间留下的小间隙也仅允许少量流体11首先经由冷却和润滑衬垫阀2的阀14的外部圆柱形表面与其次汽缸4之间留下的间隙从阀液压腔5中逸出。
然而，为了使圆柱形主体6在与汽缸4接触处适当地冷却和润滑，可能需要更多的流体11以允许切割段17从中通过。这是因为，如在图4中清楚地示出的，当液压腔5的主导压力较低时，根据本发明的液压活塞1允许补充流体11直接从液压腔5流动到构成液压活塞1的圆柱形主体6与汽缸4之间留下的间隙的空间，绕过切割段17。
如在图4中可以看到的，根据本发明的液压活塞1，所述补充流体11事实上可以首先经过流量校准开口27，流量校准开口在轴向方向上穿过冷却和润滑衬垫阀2，液压腔5经由所述开口27与中间流体输出腔29连通，然后补充流体11经过中间流体输出腔29并最后经过在环流闭合密封件24与阀接触表面26之间留下的间隙。
需要注意的是，仅当液压腔5的主导压力较低时，也就是说，根据此处所示的非限制性实例的在20巴左右时才存在最后间隙。
实际上，从图4可以很容易地推断出，当液压腔5的主导压力仅为20巴时，由流体11的压力在腔侧15上的阀的轴向面上所施加的力小于由阀复位弹簧30在活塞侧23上的阀的轴向表面上所施加的力。
结果，冷却和润滑衬垫阀2保持远离圆柱形主体6，其在环流闭合密封件24与阀接触表面26之间留下间隙，所述间隙允许流体11在其与汽缸4接触处冷却并润滑所述主体6的流速。
应当注意的是，流量校准开口27的直径与长度的设计是为了产生在低压下(根据实例，所述低压为二十巴)获得流体11通过圆柱形主体6与汽缸4之间留下的间隙的所需流速的所需压降。
还需要注意的是，由流体11施加在腔侧15上的阀的轴向面上的力大致对应于所述流体11的压力与汽缸4的截面的面积的乘积，所述截面的面积减小了由环流闭合密封件24的内部限定的截面。如果液压腔5的主导压力首先与中间流体输出腔29的主导压力相等，并且其次与在圆柱形主体6与汽缸4之间留下的间隙中的压力相等，这可以是真的，但实际情况并非如此。
因此，取决于首先阀复位弹簧30的损失与刚度之间的比率，其次由环流闭合支承表面24的内部限定的区域，液压腔5的主导压力高于冷却和润滑衬垫阀2关闭时的压力，即高于环流闭合密封件24与阀接触表面26接触时的压力。除此之外，还必须加上各种压力损失，这些压力损失按顺序排列在流体11的路径上，这将在下面详细描述。
如果根据本发明的液压活塞1设计成使得流体11的压力在腔侧15上的阀的轴向面上施加的力变得大于由阀复位弹簧30从液压腔5中二十五巴的主导压力在活塞侧23上的阀的轴向面上施加的力，并且考虑阀复位弹簧30的刚度，冷却和润滑衬垫阀2在35巴压力下完全关闭，只要液压腔5的压力小于35巴，用于冷却和润滑圆柱形主体6的流体11将通过流量校准开口27。
此外，冷却和润滑流体11的流速与液压腔5的主导压力之间的比率因此首先通过由流量校准开口27构成的压力降得到很好的固定，所遇到的压力损失的总和通过流体11沿其在所述液压腔5和与之相对的汽缸4的出口之间流动的路径而增加，其次通过阀复位弹簧30产生的力得到很好的固定。
应当注意的是，由于产生所述流速的压力较低(小于35巴)，因此由根据本发明的液压活塞1故意产生的流体11的所述流量所造成的总能量损失在所有情况下都保持较低。
因此，根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀2的液压活塞1使得以更低的能量成本为圆柱形主体6提供显著的额外冷却和润滑成为可能，而不危害由在此通过作为密封装置16的非限制性实例提及的切割段17产生的水密性。
因此，由于根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀2的液压活塞1，可以在水密高压液压泵和马达的液压活塞1上提供柔性圆形密封件19或切割段17，同时在所述活塞1及与其一起操作的汽缸4之间的径向间隙的水平处，在低压下产生润滑油的泄漏率和显著的冷却，其代价是最小地减小收容所述活塞1的液压泵或液压马达的体积和能量效率。
这使得根据现有技术的液压活塞所施加的折衷方案成为可能，并由此产生了通常位于所述活塞与其汽缸4之间留下的径向间隙。实际上，根据现有技术，间隙必须足够大以允许足够的流体11通过以润滑和冷却所述活塞，并限制剪切和摩擦造成的损失，但不能大到允许太多的流体11泄漏。这导致通过根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀2的液压活塞1可以消除的两难问题。
还应当注意的是，在根据本发明的具有冷却和润滑密封阀2的液压活塞1所提供的新机会中，圆柱形主体6可以具有抗剪切释放槽20。图1至9中所示的这种特定配置是允许的，因为液压活塞1的密封不再由所述活塞1及与其一起操作的汽缸4之间留下的小间隙保证，而不是由密封装置保证，其例如可以是如图1、2和4至7所示的切割段17，或如图3、8和9所示的柔性圆形密封件19，而不损害所述活塞1的良好润滑和良好冷却。
所述配置使得在液压活塞1移动时，圆柱形主体6与汽缸4之间留下的径向间隙所包括的流体11所产生的剪切损失大大降低成为可能。
需要注意的是，所述抗剪切释放槽20轴向地布置于在液压活塞1的操作过程中不经受圆柱形主体6与汽缸4之间的任何显著接触压力的区域中，并且这具有改善根据本发明的液压活塞1的总能量效率的效果。
为了进一步提高所述效率，需要注意的是，特别是在图4和图5中，位于压缩表面10一侧上的圆柱形主体6的轴向端部的直径在一定长度上逐渐减小以形成升力21，当液压活塞1沿液压腔5的方向上升进入汽缸4时，所述升力21起作用，使流体11的力在所述端部与所述汽缸4之间的接触处穿透圆柱形主体6的所述轴向端部与汽缸4之间。根据本发明的液压活塞1的这种特定配置有利于在所述接触的水平处建立流体动力润滑状态并且减少由液压活塞1在汽缸4中的位移产生的摩擦损失。
出于相同的目的，特别是在图2和图3中，可以看到与液压腔5相对定位的汽缸4的轴向端部的直径在一定长度上逐渐增大，以形成升力12，当液压活塞1沿液压腔5的方向在汽缸4中上升时，所述升力12起作用，使流体11的力在所述端部与所述汽缸4之间的接触处穿透圆柱形主体6与汽缸4的所述轴向端部之间。
根据本发明的具有冷却和润滑衬垫阀2的液压活塞1的可能性不限于刚刚描述的应用，并且应当理解的是，前面的描述已经通过实例的方式给出并且不以任何方式限制所述发明的范围，也不应通过用任何其他等同的描述来替换所述执行细节而超出本发明范围。

Claims (12)

1.一种液压活塞(1)，所述液压活塞由以小间隙容纳在汽缸(4)中的圆柱形主体(6)组成，所述活塞(1)能够在所述汽缸(4)中平移，所述活塞(1)与所述汽缸(4)一起形成可变容积的液压腔(5)，所述活塞(1)的第一端具有通向所述液压腔(5)的用于接收流体(11)的压力的压缩表面(10)，而所述活塞(1)的另一端具有用于在传动装置(9)上施加力的活塞支撑表面(8)，其特征在于，所述活塞(1)包含：
至少一个冷却和润滑衬垫阀(2)，所述冷却和润滑衬垫阀(2)定位在所述压缩表面(10)的一侧且在所述圆柱形主体(6)的延伸部分中，所述冷却和润滑衬垫阀(2)能够相对于所述圆柱形主体(6)在短行程内纵向平移，所述阀(2)首先包含活塞侧轴向阀表面(23)，所述活塞侧轴向阀表面具有环流闭合密封表面(24)，其能够与所述压缩表面(10)上的阀接触表面(26)相接触，其次，所述阀(2)具有外部圆柱形阀表面(14)，所述外部圆柱形阀表面能够使与所述汽缸(4)相接触并且保持密封的密封装置(16)暴露，第三，所述阀(2)包含面对所述液压腔(5)的腔侧轴向阀表面(15)；
至少一个中间流体输出腔(29)，所述中间流体输出腔通过所述活塞侧轴向阀表面(23)和所述压缩表面(10)在所述环流闭合密封表面(24)内形成；
至少一个流量校准开口(27)，所述流量校准开口主要在轴向方向上穿过所述冷却和润滑衬垫阀(2)，所述液压腔(5)经由所述开口(27)与所述中间流体输出腔(29)连通；
至少一个阀止动-连杆件(3)，所述阀止动-连杆件将所述冷却和润滑衬垫阀(2)连接到所述圆柱形主体(6)，所述止动-连杆件(3)允许所述阀(2)接近所述主体(6)，以使所述环流闭合密封表面(24)与所述阀接触表面(26)接触，而所述止动-连杆件(3)防止所述阀(2)远离所述主体(6)移动超过一定距离；
至少一个阀复位弹簧(30)，所述阀复位弹簧倾向于使所述冷却和润滑衬垫阀(2)远离所述圆柱形主体(6)移动。
2.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述阀复位弹簧(30)全部地或部分地容纳在所述中间流体输出腔(29)内。
3.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述密封装置(16)由至少一个切割段(17)组成，所述至少一个切割段(17)容纳于设置在所述冷却和润滑衬垫阀(2)中的段槽(18)中，其中全部地或部分地在所述阀(2)上，所述槽(18)在所述外部圆柱形阀表面(14)处开口。
4.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述密封装置(16)由至少一个柔性圆形密封件(19)组成，所述至少一个柔性圆形密封件(19)容纳于设置在所述冷却和润滑衬垫阀(2)中的段槽(18)中，其中全部地或部分地在所述阀(2)上，所述槽(18)在所述外部圆柱形阀表面(14)处开口。
5.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述圆柱形主体(6)具有抗剪切释放槽(20)。
6.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，位于所述压缩表面(10)一侧的所述圆柱形主体(6)的轴向端部的直径在一定长度上逐渐减小，以形成升力释放(21)。
7.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述汽缸(4)的与所述液压腔(5)相对的轴向端部的直径在一定长度上逐渐增大以形成升力(12)。
8.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述阀连杆-止动件(3)由连杆-止动销(13)构成，所述连杆-止动销(13)从所述压缩表面(10)整体地伸出，以首先经由设置在所述阀(2)中的连杆-止动件开口(22)穿过所述冷却和润滑衬垫阀(2)，其次从所述腔侧轴向阀表面(15)突出以将阀止动件(28)暴露于所述表面(15)。
9.根据权利要求8所述的液压活塞，其特征在于，所述流量校准开口(27)由在所述连杆-止动销(13)与所述连杆-止动件开口(22)之间留下的间隙组成。
10.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述阀连杆-止动件(3)由连杆-止动件阀延伸件(31)构成，所述连杆-止动件阀延伸件(31)与所述活塞侧轴向阀表面(23)整体地伸出，以首先经由设置在所述主体(6)中的连杆-止动轴(32)穿入所述圆柱形主体(6)中，其次暴露延伸止动件(33)，所述延伸止动件(33)与由所述连杆-止动轴(32)暴露出的轴止动件(34)一起起作用。
11.根据权利要求10所述的液压活塞，其特征在于，所述延伸止动件(33)由至少一个柔性爪(42)组成，所述柔性爪(42)卡扣到形成所述轴止动件(34)的邻接槽(43)中。
12.根据权利要求10所述的液压活塞，其特征在于，所述阀复位弹簧(30)全部地或部分地容纳在延伸槽(44)中，所述延伸槽(44)轴向地布置在所述连杆-止动件阀延伸件(31)中。
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