CN110985369B - 配流盘以及液压转动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够防止柱塞腔的连接目标从低压端口向高压端口切换时发生气蚀的液压转动装置的配流盘、以及具备配流盘的液压转动装置。本发明的配流盘(100)包括：高压端口(10)和低压端口(20)；以及与高压端口(10)的壁面连接并向低压端口(20)方向延伸而形成的沟槽(30)，和与低压端口(20)的壁面连接并向高压端口方向延伸而形成的沟槽(40)中的至少一者，在沟槽和壁面的连接部形成有具有规定的范围的曲率半径的曲面。

Description

配流盘以及液压转动装置

技术领域

本发明涉及液压转动装置内装备的配流盘、以及具备配流盘的液压转动装置(液压泵 /马达)的发明。

背景技术

斜盘式液压转动装置(液压泵/马达)由缸体、多个柱塞、斜盘以及配流盘构成，随着缸体的转动，柱塞沿旋转轴的轴心周围以与斜盘接触的状态进行旋转而进行往复运动，并通过配流盘的低压侧吸入端口与高压侧排出端口，来进行各个柱塞腔内的吸入和排出。具体的说，通过配流盘的低压端口，流体被依次吸入到几个柱塞腔，同时从几个柱塞腔通过高压端口流体被排出。

上述构成的斜盘式液压转动装置(液压泵/马达)中，柱塞腔的连接目标从低压端口切换到高压端口时，低压端口开口于缸体端口的开口面积减少，从而变得无法将流体充分地供给到柱塞腔内，因此由柱塞与柱塞腔形成的液压腔的压力会变成负压，当高压端口与缸体端口连通时，液体从高压端口向气缸端口的方向发生逆流，在柱塞腔内产生剧烈的压力变动和排出流量的变动。另外，由于上述剧烈的压力变动和排出流量的变动导致柱塞泵表面的放射音、压力脉动流、以及气穴产生，并在配流盘上产生气蚀。图15显示了传统液压转动装置(液压泵/马达)进行了1000小时的耐久试验后，因气蚀而发生侵蚀后的铜合金的配流盘的沟槽周边的照片。

一直以来，为了抑制上述剧烈的压力变动和排出流量的变动，提出有以下的几个解决方案：在配流盘的相对于高压端口的低压端口的端部、和/或相对于低压端口的高压端口的端部设置沟槽，并进一步增加副导油孔、或者对沟槽形状进行研究等。

例如，专利文献1(日本特开昭57-171086号公报)中，公开了一种柱塞泵，其在配流盘 (配流盘)上设有与高压口(高压端口)连通且在主导油孔或沟槽前面，通向柱塞腔的开口的副导油孔。

专利文献2(日本特开平4-276188号公报)中，公开了一种在配流盘的端部由内侧锥面部和外侧锥面部形成的所谓异形的沟槽；另外，专利文献3(日本特开平5-240148号公报)中公开了一种2段节流的沟槽；专利文献4(日本特开2004-100692号公报)中，公开了一种在垂直于沟槽的纵长方向的截面，底部带有R的形状的沟槽；另外，专利文献5(日本特开2005-90333号公报)中，也公开了将垂直于沟槽的纵长方向的截面作成梯形，或在截面的底部带有R的形状的沟槽。此外，专利文献6(日本特开2012-17711号公报)中，公开了一种相对于沟槽的延伸方向，使垂直的截面形状呈大致半圆形的沟槽。

另外，专利文献7(日本特开2010-174690号公报)中，公开了一种配流盘，其形成有：与高压端口的端部连接且从所述端部向所述低压端口方向延伸的沟槽，以及与所述沟槽的前端部连接且可连接地开口于柱塞腔的开口部。

【专利文献】

【专利文献1】日本特开昭57-171086号公报

【专利文献2】日本特开平4-276188号公报

【专利文献3】日本特开平5-240148号公报

【专利文献4】日本特开2004-100692号公报

【专利文献5】日本特开2005-90333号公报

【专利文献6】日本特开2012-17711号公报

【专利文献7】日本特开2010-174690号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

然而，专利文献1所记载的传统技术中存在如下的课题：在圆周方向上，以比柱塞的下死点更靠前的位置开始开口的方式配置副导油孔，因此高压油的泄漏不容忽视，另外副导油孔的加工较复杂。

另外，在专利文献2-6所记载的异型的沟槽、2段节流的沟槽、底部带有R的形状的沟槽、梯形截面形状的沟槽、大致半圆形截面形状的沟槽中，虽然有能够抑制柱塞腔产生负压、能够抑制柱塞泵的噪音以及剧烈的流量变动等的效果，但是在沟槽刚连接油压腔的瞬间，高速的喷流流入，会产生气穴，因此缸体和配流盘的滑动面以及缸体端口的内壁会与气泡碰撞，由于气泡被击破时的冲击波而发生气蚀，这样的课题仍未得到很好的解决。

另外，如专利文献7中所记载的那样，在沟槽的前端部，即使设置了可连接地开口于柱塞腔的开口部的情况，也不能说防止气蚀较充分，另外，除了沟槽外，还需要设置开口，因此还存在配流盘的加工变得复杂这样的课题。

本发明的主要目的在于提供一种配流盘，能抑制气穴的发生，从而防止配流盘上发生的放射音、压力脉动流、以及气蚀。另外提供一种配流盘，由于能够防止气蚀，所以能够防止液压回路中的污染(污染物)，因此能够防止泵的烧损等不良状况。

另外，本发明的第二个目的在于提供一种具备配流盘的液压转动装置(液压泵/马达)，其能够抑制气穴的发生，能够防止缸体上产生的放射音、压力脉动流，以及气蚀。

【用于解决课题的手段】

(1)

根据一方面的配流盘，是柱塞进行往复运动的液压转动装置中的配流盘，配流盘包括与柱塞腔交替连接的高压端口以及低压端口；以及与高压端口的壁面连接且向低压端口的方向延伸而形成的沟槽、和与低压端口壁面连接且向高压端口的方向延伸而形成的沟槽中的至少一者，并且在沟槽和端口的壁面的连接部形成有具有规定的范围的曲率半径的曲面。予以说明，上述曲面是凸曲面。

在传统技术的沟槽中，液体流动发生紊乱，从而容易产生气穴，并且气穴被高压流体压破会导致缸体滑动面而发生侵蚀，同时也被播散到周围，从而形成更广泛范围的气蚀。

然而，根据上述一方面的配流盘中，通过在沟槽和端口的壁面的连接部形成曲面，由此液体从端口到沟槽的流动变得顺畅，并减少了气穴的产生，液体即使与缸体的滑动面碰撞，也几乎不产生气穴，不发生气蚀，从而能够防止缸体和配流盘的滑动面、配流盘的内壁、气缸端口的内壁的气蚀现象。即，与传统的那样的在发生气蚀处附近(下游侧)考虑对应方法时相比，在作为上游侧的沟槽的流入位置处形成曲面，而能够抑制气穴的产生，由此更加有效的防止气蚀的发生。

另外，由于能够防止气蚀，所以能够防止液压回路内的污染(污染物)，因此也能够防止泵/马达的烧损等的不良状况。

(2)

第2发明的配流盘，是根据一方面的配流盘，其中，曲面的曲率半径为0.5mm以上、且为配流盘厚度的1/2以下。

这种情况下，通过使曲面的曲率半径跨过整个曲面，为0.5mm以上且为配流盘厚度的 1/2以下，由此能够确实地防止气蚀。

(3)

第3发明的配流盘，是根据一方面的配流盘，其中，曲面的曲率半径是0.5mm以上且10mm以下。

这种情况下，通过使曲面的曲率半径跨过整个曲面，为0.5mm以上且10mm以下，由此能够确实地防止气蚀。

(4)

第4发明的配流盘，是从一方面至第3发明所述的配流盘，在沟槽的与缸体抵接的棱角部上也形成曲面，并且，在该棱角部形成的曲面也是凸曲面。

这种情况下，由于液体从沟槽的缸体抵接的棱角部向气缸端口流动也变得顺畅，所以能够防止气穴的产生，防止配流盘和缸体端口发生的气蚀。

(5)

第5发明的配流盘，是具备上述发明1到5所述的配流盘的液压转动装置。

这种情况下，液压转动装置中，由于液体从高压端口向沟槽的流动、液体从低压端口向沟槽的流动，和/或液体从沟槽的与缸体抵接的棱角部向气缸端口的流动变得顺畅，因此能够防止各处的气穴的发生，能够防止配流盘以及缸体端口产生的气蚀。

附图说明

图1是表示液压转动装置一例的示意性截面图。

图2是表示配流盘一例的示意性说明图。

图3是配流盘的部分照片。

图4是第1实施方式的配流盘的高压端口端部的示意性立体图。

图5是第1实施方式的配流盘的高压端口端部的示意性俯视图。

图6是第1实施方式的配流盘的高压端口端部的图5的A-A′线示意性截面图。

图7是表示直径大的管路的途中与直径小的管路连接时，连接部的形状和损失系数以及流动的状况的示意性说明图。

图8是表示用于流体解析的配流盘的高压端口、沟槽和柱塞腔的构造图。

图9是表示基于流体解析的液体的流动的状况图。

图10是表示开口部长度和最大流速的关系的图表。

图11是第1实施方式的配流盘的沟槽附近的部分照片。

图12是第1实施方式的配流盘的经过2000小时耐久性试验后沟槽周边的部分照片。

图13是用第1实施方式的配流盘进行的经过2000小时耐久试验后缸体的照片。

图14是第2实施方式的配流盘的高压端口端部的示意性立体图。

图15是基于现有技术的配流盘经过1000小时耐久试验后沟槽周边的部分照片。

【符号的说明】

10 高压端口

20 低压端口

30 与高压端口连接的沟槽

33 连接部

40 与低压端口连接的沟槽

100 配流盘

102 缸体

103 柱塞

104 柱塞腔

110 缸体端口

200 液压转动装置

具体实施方式

以下，边参照图面边说明本发明的实施方式。在以下的说明中，同一部件带有相同符号。同时，在相同符号的情况下，其名称和功能也相同。因此，对它们的详细说明不再重复。

[第1实施方式]

图1是具备第1实施方式的配流盘100的液压转动装置200的示意性截面图。对于液压转动装置200来说，是以电动机或发动机等作为动力源，在对供给到工业机械和工程机械中的驱动器的工作油进行加压等的目的中使用。

(液压转动装置200的构造)

液压转动装置200具备转动轴101、缸体102、数根柱塞103、数个滑靴105、斜盘106、以及配流盘100。转动轴101在壳体107内通过轴承108和109可转动地被支承。缸体102 内形成数个柱塞腔104，缸体102和转动轴101结合，并与转动轴一起转动。各柱塞腔104 中，其一端在缸体102的一端开口，另一端通过缸体端口110，在缸体102的另一端开口。各柱塞腔104从一端插入有柱塞103。

在缸体102的一端配置斜盘106。柱塞103的一端部通过滑靴105和斜盘106被可旋动地结合，若使转动轴101正向转动，从而使缸体102转动，则柱塞103也转动，其结果是，随着缸体102的转动，柱塞103在柱塞腔104内做往复运动。

另外，柱塞103向被推压入柱塞腔104内的方向(图1的左向)运动时，柱塞腔104的液体通过气缸端口110从配流盘100的高压口排出；柱塞103向由柱塞腔104被挤压出来的方向(图1的右向)运动时，从配流盘100的低压端口，通过气缸端口110，液体被吸入柱塞腔104内。

予以说明，液压转动装置200通过使转动轴101以及缸体102反向转动，从而高压端口(吐出端口)和低压端口(吸入端口)相互调换，能使液体沿反向排出。

(配流盘100的形状)

图2是表示本发明的配流盘100的一例的示意性说明图。图3是图2的配流盘100的部分照片。图2以及图3中，使转动轴101沿正向转动时，端口10是高压端口，端口20是低压端口，沟槽30成为与高压端口连接的沟槽，沟槽40成为与低压端口连接的沟槽。还有，图2及图3中，描述了与高压端口连接的沟槽30、以及与低压端口连接的沟槽40。但本发明中，既可以仅在高压端口上设置沟槽，也可以仅在低压端口上设置沟槽，或者在高压端口和低压端口这两者上设置沟槽。

(沟槽30、40的形状)

图4～图6分别表示与高压端口10连接的沟槽30的立体图和由上向下观察的俯视图、以及图5的A-A’线上的截面图。

沟槽30是从前端部35朝着高压端10的壁面10a伸出的三角锥形状的沟(以下也称为V型沟槽)，但沟槽30和高压端口10的壁面10a的连接部33上形成有曲面。图4中，白色包围部分是形成了曲面的连接部33。图5、图6中，用虚线围起来的部分是形成了曲面的连接部33。该曲面的曲率半径和配流盘100的表面侧(缸体侧)和底侧可以不同。予以说明，上述的曲面是凸曲面。此外，曲面也可以由平面集合即多面体构成。

而且，曲面的曲率半径优选在0.5mm以上，更优选在1.0mm以上，进一步优选在3.0mm 以上。此外，曲面的曲率半径优选在配流盘100的厚度的1/2以下。还有，虽然根据配流盘 100的尺寸和用途而有所不同，但一般来说，曲面的曲率半径优选在10mm以下，更优选在 8mm以下。这是因为形成曲率半径小于0.5mm的曲面时，由形成曲面带来的效果较小，而且形成曲率半径小于0.5mm的曲面的加工也困难。另一方面还因为，即便形成超过最大值的曲率半径的曲面，由形成曲面带来的效果也会饱和。

予以说明，本实施例中，沟槽30从前端部35到连接部33跟前的区间为三角锥形状的沟，但也可以将该三角锥形状的沟的底部作成平的四角锤形状，或者在沟的底部呈圆形的形状。

予以说明，与低压端口20连接的沟槽40也与沟槽30同样，沟槽和低压端口20的壁面的连接部形成有曲面，曲面的曲率半径优选在0.5mm以上，更优选在1.0mm以上，进一步优选在3.0mm以上。而且，曲面的曲率半径优选在配流盘的厚度的1/2以下。另外，虽然根据配流盘的尺寸和用途而有所不同，但一般来说，曲面的曲率半径优选在10mm以下，更优选在8mm以下。此外，沟槽40的底部形状也和沟槽30一样，可以作成三角锥形状，四角锤形状，或者在沟的底部呈圆形的形状。还有，曲面的曲率半径可以与高压端口连接的沟槽及与低压端口连接的沟槽不同。

另外，即使在高压端口10和低压端口20这两者上分别形成沟槽30及沟槽40时，沟槽的形状都可以与在高压端口10、低压端口20的任一者上形成沟槽时的沟槽的形状相同。

另外，图示出的配流盘100上，虽然在各端口的彼此对置的一端部上设置了沟槽，但液压转动装置200的转动轴101不仅正向转动，在反向也转动使用的情况下，各个端口的另一端部也设置沟槽，各端口可以各设置2个沟槽，也可以根据需要，将位置和个数组合使用。

在传统技术的沟槽中，一般都通过在沟槽本身的形状上进行研究、或者在沟槽前端部设置导油孔等，以寻求抑制柱塞泵的噪音以及剧烈的流量变动。但仍然在液体流动方面产生紊乱，因此产生气穴，气泡被压破导致缸体的滑动面发生侵蚀，并且还向周围播散，使得在很广的范围内产生气蚀。

对此，如图4～图6中所记载的那样，在沟槽30和高压端口10的壁面10a的连接部33(即，位于高压端口内的液体流入到沟槽的入口的位置)上形成曲面时，液体从高压端口10向沟槽30的流动变得顺畅，抑制了气穴的发生，液体即使碰撞到到缸体102以及配流盘100的滑动面，由于不包含气穴，所以也不发生气蚀，可以防止缸体102以及配流盘100的滑动面、以及气缸端口110的内壁的侵蚀。以下，对于该沟槽30和高压端口10的连接部 33的形状差异所造成的液体流动的变化进行说明。

(本发明的原理)

在液体流动的直径大的管路的途中连接直径小的管路时的液体的流动，会因在直径大的管路与直径小的管路的连接部的形状而发生较大的变化。图7显示了连接部的形状所致的损失系数以及流动观察结果。

已知使连接部的边界锐利时，损失系数大(发生摩擦热)，在入口发生了缩流(流体的截面积小于管路的截面积的现象)，流动变得不顺畅，与此相对，若在连接部形成曲面，则损失系数较小，流动比较顺畅。(参考《机械实用便览》日本机械学会1981年发行499页，《照片集流体》日本机械学会编，丸善1984年发行)。

发明者考虑到，上述直径大的管路得途中连接了直径小的管路时的流体流动的不同也能够适用于沟槽与高压端口壁面的连接部，从而进行了流体解析(解析软件：SolidWorks Flo Xpress)。图8示出了流体解析中用的配流盘的高压端口、沟槽以及柱塞腔的构造。予以说明，图8中的开口部38表示沟槽和柱塞腔重合的部分，即液体能流动的部分。沟槽是角度为60度的V沟槽，沟槽的长度为8mm。在解析中，对高压端口的液体施加28MPa 的压力，并使开口部长度发生变化，同时对沟槽侧面和端口侧面之间的曲面部的曲率半径 R发生变化，并研究了相对于R的变化，液体流动和最大流速的变化。

图9显示了端口的壁面和沟槽的连接部是锐边(无R，未设置曲面)时和圆边(R5：曲率半径为5mm)时基于流体解析结果的液体的流动的情况。由图9可知，圆边(R5)的解析结果中，虽然液体跨过整个沟槽顺畅地流动，而在锐边(无R)时，液体的流动偏向沟槽的一边，发生了缩流。锐边(无R)时发生缩流还可推测是因为：沟槽的侧面和端口的侧面之间的形状与最大流速的关系如图10所示，圆边(R5)时，若开口部的长度增大，则最大流速也增加，相对于此，锐边(无R)时，开口部的长度在6～8mm附近最大流速暂时降低。根据这些结果，可以认为，通过在沟槽与高压端口的壁面的连接部形成曲面，从而液体顺畅流动，气穴的产生得到抑制，能够防止气蚀。

另外，认为在沟槽与低压端口的壁面的连接部形成曲面时，在低压端口与缸体端口的开口面积发生减少的时刻，液体从低压端口向气缸端口流动也变得顺畅，从而抑制了气穴的发生，能够防止气蚀。

(实施例)

图11显示了第1实施方式中的沟槽30与高压端口10的壁面10a的连接部33上形成曲面后的配流盘100的沟槽30附近的部分照片。沟槽30和高压端口10的壁面10a的连接部33上形成了曲率半径为5mm的曲面。配流盘的材质是氮化钢。

将与该高压端口10的壁面10a的连接部33上形成曲面的沟槽30形成在高压端口10上，并将与之同一形状的沟槽也形成在低压端口20上而得到配流盘100，使用具备此配流盘100的液压转动装置200进行了耐久性评价试验。液压转动装置200的最高转速为每分钟1500转、高压端口的安全设定压力为21.6MPa，工作油为VG46。另外，耐久试验中，每隔 0.6秒，使转动方向进行正向和反向交替变化，由此高压端口(排出口)和低压端口(吸入口) 相互调换，使液体在正向和反向交替排出。

经过2000小时后的配流盘100的沟槽30、40周边的照片如图12所示。由图12可知，配流盘上没有气蚀痕迹。

另外，经过2000小时后的缸体102的与配流盘100抵接的面(铜合金镕敷面)的照片如图13所示。气缸端口110内的铁的部分虽然仅有一点点，但存在喷流的痕迹，不过气蚀是没有问题的程度。

[第2种实施方式]

第2种实施方式的配流盘，是一个在沟槽和高压端口和/或者低压端口的壁面的连接部33上形成有曲面，除此以外，如图14所示，在沟槽的与缸体抵接的棱角部34(沟槽的内壁面和配流盘表面交界的部分)也形成了曲面的配流盘。该棱角部34形成的曲面也是凸曲面。另外，曲面可以由平面的集合即多面体所构成。

从高压端口向沟槽逆流的液体再经缸体端口110流入柱塞腔104，但在传统中的、沟槽的与缸体抵接的棱角部没有曲面的配流盘的情况下，沟槽和缸体端口的界面为和如图7 所示的锐边(无R)相类似的形状，故发生缩流。而与此相对，在沟槽的与缸体抵接棱角部形成有曲面的配流盘情况下，是与图7的圆边(有R)相类似的形状，故液体顺畅地流动，未发生缩流。另外，由于液体顺畅地流动，所以在沟槽的与缸体抵接的棱角部上形成曲面的配流盘中，沟槽的与缸体抵接的棱角部周围的气穴发生得到抑制，并且能够防止气蚀。

作为第2种实施方式中的曲面的曲率半径，理想的是在0.5mm以上10mm以下。

予以说明，关于与低压端口的端部连接的沟槽，也通过沟槽的与缸体抵接的棱角部形成了曲面来抑制气穴的发生，并能够防止气蚀。

如上所述，通过沟槽与高压端口和/或者低压端口的壁面的连接部形成曲面，抑制了气穴的发生，从而能够防止配流盘以及缸体上发生的气蚀。

在本发明中，配流盘100相当于“配流盘”，高压端口10相当于“高压端口”、低压端口20相当于“低压端口”、沟槽30、40相当于“沟槽”、连接部33相当于“连接部”、柱塞腔104相当于“柱塞腔”、柱塞103相当于“柱塞”、缸体102相当于“缸体”、液压转动装置200相当于“液压转动装置”。

本发明优选的实施方式如上所述，但本发明并不限于此。只要是不脱离本发明的思想和范围的各种实施方式都可以理解为本发明的范围。进而，在本实施方式中，虽然描述了基于本发明的构成的作用和效果，但这些作用和效果，只是作为例子，并非限定了本发明。

Claims (1)

1.一种液压转动装置,其特征在于, 其具备配流盘；

所述配流盘是柱塞进行往复运动的液压转动装置的配流盘,

上述配流盘包括:

与柱塞腔交替连接的高压端口和低压端口;以及

与上述高压端口的壁面连接并向上述低压端口的方向延伸而形成的沟槽、和与上述低压端口的壁面连接并向上述高压端口的方向延伸而形成的沟槽中的至少一者,

与高压端口（10）连接的沟槽（30）是从前端部（35）朝着高压端口（10）的壁面（10a）伸出的三角锥形状的沟槽，即为V型沟槽，

在沟槽（30）和高压端口（10）的壁面（10a）的连接部（33）上形成曲面时,液体从高压端口（10）向沟槽（30）的流动变得顺畅,抑制了气穴的发生,液体即使碰撞到缸体（102）以及配流盘（100）的滑动面,由于不包含气穴,所以也不发生气蚀,可以防止缸体（102）以及配流盘（100）的滑动面、以及缸体端口（110）的内壁的侵蚀；

与低压端口（20）连接的沟槽（40）也和与高压端口（10）连接的沟槽（30）同样, 与低压端口（20）连接的沟槽（40）和低压端口（20）的壁面的连接部形成有曲面；

在上述沟槽与上述壁面的连接部形成有具有规定范围的曲率半径的曲面；

上述曲面的曲率半径为1mm以上8mm以下；

在上述沟槽的与缸体抵接的棱角部还形成有曲面；

液压转动装置（200）具备转动轴（101）、缸体（102）、数根柱塞（103）、数个滑靴（105）、斜盘（106）、以及配流盘（100），转动轴（101）在壳体（107）内通过第一轴承（108）和第二轴承（109）可转动地被支承；缸体（102）内形成数个柱塞腔（104）,缸体（102）和转动轴（101）结合，并与转动轴（101）一起转动；各柱塞腔（104）中，其一端在缸体（102）的一端开口,另一端通过缸体端口（110）,在缸体（102）的另一端开口；各柱塞腔（104）从一端插入有柱塞（103）；

在缸体（102）的一端配置斜盘（106），柱塞（103）的一端部通过滑靴（105）和斜盘（106）被可旋动地结合,若使转动轴（101）正向转动,从而使缸体（102）转动,则柱塞（103）也转动,其结果是,随着缸体（102）的转动,柱塞（103）在柱塞腔（104）内做往复运动；

柱塞（103）向被推压入柱塞腔（104）内的方向运动时,柱塞腔（104）的液体通过缸体端口（110）从配流盘（100）的高圧端口（10）排出;柱塞（103）向由柱塞腔（104）被挤压出来的方向运动时,从配流盘（100）的低压端口（20）,通过缸体端口（110）,液体被吸入柱塞腔（104）内；

液压转动装置（200）通过使转动轴（101）以及缸体（102）反向转动,从而高压端口（10）和低压端口（20）相互调换,能使液体沿反向排出。

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