CN111133190B - 具有用于冷却和润滑的阀的液压活塞 - Google Patents

Abstract

液压活塞(1)与缸(4)形成液压室(5)并且具有圆柱形主体(6)，所述圆柱形主体收容密封构件(16)并且所述圆柱形主体的圆柱形外表面(13)以很小的间隙容纳在所述缸(4)中以留有间隙空间(32)，所述圆柱形主体(6)被冷却和润滑管(7)横穿，所述冷却和润滑管能够由通过活塞阀致动器(22)驱动成处于平移状态的冷却和润滑阀(2)打开或关闭，使得当所述液压室(5)中的压力很低时，流体(11)能够从所述液压室(5)穿过流量校准孔(27)流向间隙空间(32)，并且当所述室(5)中的压力很高时，不会发生这种情况。

Description

具有用于冷却和润滑的阀的液压活塞

本发明涉及一种具有冷却和润滑阀的液压活塞，所述活塞与缸协作以形成例如具有轴向或径向活塞的泵或液压马达的容积可变的液压室。

具有轴向或径向活塞的液压泵和液压马达的活塞的密封通常通过在所述活塞与所述活塞所协作的缸之间留有很小的径向间隙来获得。例如，对于直径为二十毫米的活塞，所述间隙的值可以为二十微米到四十微米。此类很小的径向间隙通常使得能够获得高达约三百巴到五百巴的操作压力的可接受的气密性水平，前提是活塞与所述活塞通过平移而在其中移动的缸之间存在充分重叠。

在活塞与其缸之间提供很小的径向间隙构成了简单且鲁棒的密封解决方案。此外，尽管所述解决方案需要很高的加工精度，但是其制造成本价格仍然适中。

应注意的是，具有轴向活塞的液压泵和液压马达的活塞通常终止于铰接式靴形件，所述铰接式靴形件取决于所述泵或所述马达是固定排量马达还是可变排量马达而在倾斜板或可倾斜板上滑动。当所述板是倾斜的并且通过任何液压流体(例如，通过油)向活塞中的任何活塞施加压力时，所述活塞的铰接式靴形件施加在所述板上的力通过反作用在所述活塞与所述活塞所协作的缸之间产生径向力。

所述径向力在所述活塞与其缸之间产生接触压力。对于第一部分，所述压力在所述活塞的与铰接式靴形件相对的端部的水平高度处施加，并且对于第二部分，所述压力在所述缸的沿倾斜板的方向开口的端部的水平高度处施加。

刚刚已经描述的液压泵和液压马达的活塞会造成各种类型的能量损失，所述能量损失会降低所述泵和所述马达的总能量效率。

在所述能量损失中，首先区分液压流体泄漏。由于压力的作用，液压流体实际上通过在活塞与缸之间留有的径向间隙所形成的空间从液压室中排出，然后所述液压流体在缸的沿倾斜板的方向开口的端部的水平高度处逸出。此外，应注意的是，通过在缸中执行往复移动，活塞在所述活塞与所述缸之间留有的径向间隙的水平高度处产生泵效应，这会增加液压泄漏率。

所述能量损失还包含液压流体的插入在活塞与缸之间的剪切。所述剪切产生抵抗泵或液压马达旋转的阻力。此剪切力越大，一方面，液压流体的粘性就越大，并且另一方面，活塞与缸之间留有的径向间隙就越小。

最后，所述能量损失还源自活塞靴形件施加在倾斜板上的力。所述力产生由活塞在其缸上施加的径向力。结合所述活塞在所述缸中的移动，所述径向力产生能量损失，所述能量损失是所述力乘以活塞与其缸之间的摩擦系数，再乘以所述活塞在所述缸中行进的距离的乘积。

阅读上述内容后容易理解，为了减少液压泵和液压马达的活塞产生的总能量损失，必须寻求至少实现以下三重目标：尽可能地限制液压泄漏，尽可能地减少由于液压流体的剪切造成的损失，以及最小化由于摩擦引起的损失，所述损失在活塞与其缸之间的接触的水平高度处产生。

然而，存在着各种矛盾，所述矛盾与同时追求这三个目标相冲突。

实际上，在现有技术中，通过进一步减小活塞与其缸之间留有的径向间隙无法减少液压流体泄漏，因为由于剪切造成的损失会增加到不可接受的程度。

事实上，这些由于剪切而增加的损失将使保持在活塞与其缸之间留有的径向间隙中的较小体积的液压流体中发出的热量增加。这种情况将导致所述流体的温度急剧升高，同时其粘度将降低。所述流体将失去其大部分润滑性能，这将增加由于摩擦引起的损失，进而将进一步增加由保持在径向间隙中的液压流体接收的热量。

然后，这将导致热排放失控和液压流体局部温度的升高失控，从而导致超过某一阈值时，保持在活塞与其缸之间留有的径向间隙中的所述流体的焦化会造成损坏。另外，活塞的温度可能升高到所述活塞扩张的速度比所述活塞在其中通过平移而移动的缸的扩张速度大的程度。这最后一个影响将导致所述活塞在所述缸中咬死。

因此，将很难为了减少液压流体的泄漏而减小活塞与其缸之间留有的径向间隙，特别是因为，为了减少剪切造成的损失，反而必须增大所述间隙。事实上，由于剪切造成的损失与所述间隙大致成反比地增加。

除了减少由于剪切造成的损失之外，增大所述间隙还将减少由于摩擦引起的损失，所述损失由活塞施加在其缸上的径向力引起。实际上，合理地增大活塞与缸之间留有的径向间隙将促进所述活塞与所述缸之间的液体动力润滑机制的形成和保持，特别是因为液压流体(在例如油的情况下)的膜将更厚，并且因为所述缸将保持处于较低的温度。

然而，增大活塞与缸之间的径向间隙也不是解决方案，因为这会影响在这两个部件之间流动的液压泄漏。所述泄漏将急剧增加。

因为刚刚已经描述的目的在其实施方案方面是矛盾的，所以根据现有技术的在具有轴向或径向活塞的液压泵和液压马达的活塞与缸之间的径向间隙是由一方面液压泄漏与另一方面由于油的剪切和机械摩擦引起的损失之间的折衷引起的。

可以想象通过在活塞上在所述活塞的最靠近液压室的端部或在所述活塞的中心放置垫圈来避免这种折衷，注意确保所述垫圈永远不会离开缸。因此，在活塞与其缸之间可以有很大的径向间隙，因为密封不再取决于间隙。

任何垫圈或密封段的问题是不再在活塞的缸中充分润滑所述活塞，因为没有足够的油被引入到由活塞与其缸之间留有的径向间隙形成的空间中。

此外，必须持续更换所述油，以便消除由泄漏释放的热量、由于剪切造成的损失以及由于摩擦引起的剩余损失。因此，在具有轴向或径向活塞的液压泵和液压马达的活塞上安装紧密密封不可避免地导致缸变干，并且这可能导致活塞在所述缸中咬死并且导致局部经受过高温度的液压流体过早老化。

此外，应注意的是，某些泵或某些液压马达包括机械部件，所述机械部件定位成与液压室相对，并且由于活塞与缸之间的泄漏率而得到完全或部分润滑和/或冷却。因此，防止在活塞与其缸之间的任何液压流体泄漏将导致需要通过例如借助于注射器有意供油来润滑所述部件。

这样做的目的是解决根据本发明的具有冷却和润滑阀的液压活塞根据其实施例可以实现以下的这些不同问题：

·在活塞与其缸之间安装垫圈或密封段，所述垫圈阻止在所述活塞与其缸之间留有的径向间隙的水平高度处发生的液压流体泄漏，特别是当液压泵或收容所述液压泵的液压马达的液压室中存在高压时发生的液压流体泄漏，与现有技术相比，所述安装不再对所述缸中的所述活塞的适当润滑产生负面影响；

·仅当液压泵或收容所述液压泵的液压马达的液压室中存在低压时，才允许高泄漏率的润滑和冷却油在活塞与其缸之间的径向间隙的水平高度处流动，所述低压是例如通常被称为“升压压力”的压力；

·通过仅略微增加与流经所述活塞与所述缸之间留有的径向间隙的液压流体泄漏相关联的能量损失，优化活塞与其缸之间留有的径向间隙以最小化由于剪切和摩擦导致的损失；

·显著增加任何液压泵或收容所述液压泵的液压马达的产率；

·仅非常略微地增加泵或收容所述泵的液压马达的生产成本价格。

应当理解，除了与具有轴向或径向活塞的液压泵和液压马达一起使用之外，根据本发明的具有冷却和润滑阀的液压活塞可以与任何形式或类型的任何其它泵、马达、电动泵、电动泵、千斤顶或设备一起使用，无论这些装置或设备是液压的还是气动的，并且前提是所述组件或设备的配置使得可以有利地操作根据本发明的所述活塞。

在说明书和直接或间接依赖于主权利要求的从属权利要求中描述了本发明的其它特征。

液压活塞由圆柱形主体组成，所述圆柱形主体暴露外部圆柱形表面，所述外部圆柱形表面以很小的间隙容纳在缸中，其方式为使得在所述表面与所述缸之间留有间隙空间，所述活塞能够通过平移而在所述缸中移动，所述活塞与所述缸形成容积可变的液压室，所述活塞的第一端具有通往所述液压室的压缩面以接收流体的压力，而所述活塞的另一端具有活塞支撑面以对传送构件施加力。

根据本发明的液压活塞包含：

·密封构件，所述密封构件布置在所述外部圆柱形表面上，所述构件能够与所述缸形成密封；

·至少一个冷却和润滑管，所述至少一个冷却和润滑管全部或部分地布置在所述圆柱形主体中，所述管一方面起始于与所述液压室直接或间接连通的管入口，并且另一方面终止于直接或间接在所述外部圆柱形表面的水平高度处开口的管出口，当所述液压室中存在的压力大于所述间隙空间中存在的压力时，所述流体能够在所述管中从所述入口循环到所述出口，同时所述密封构件防止所述流体穿过所述圆柱形主体的外部以从所述入口流到所述出口；

·至少一个冷却和润滑阀，所述至少一个冷却和润滑阀全部或部分地容纳在所述冷却和润滑管中并且可以打开或关闭以许或阻止所述流体在所述管中循环，所述阀包括流量密封座，所述流量密封座可以与布置在所述冷却和润滑管内部或端部的阀接触表面保持一定距离以允许所述流体穿过，或者所述流量密封座可以与所述表面保持接触以便与所述表面形成阻止所述流体穿过的密封接触线；

·至少一个阀致动器活塞，所述至少一个阀致动器活塞刚性连接到所述冷却和润滑阀，其方式为使得能够操纵所述冷却和润滑阀关闭和/或打开，所述活塞以很小的间隙容纳在致动器缸中，所述致动器缸布置在所述圆柱形主体中或上，所述活塞能够通过纵向平移而在所述缸中移动并且具有暴露于所述液压室中存在的所述压力的高压面，而与所述高压面相反，所述活塞具有低压侧面，所述低压侧面与所述间隙空间或所述活塞支撑面或两者直接或间接连通；

·至少一个流量校准开口，所述至少一个流量校准开口限制可以在所述冷却和润滑管中循环的流体的最大流量，所述开口在所述流体的路径中与所述冷却和润滑阀串联并与所述阀致动器平行放置；

·至少一个阀回位弹簧，所述至少一个阀回位弹簧倾向于使所述流量密封座移动远离所述阀接触表面；

·至少一个阀止挡垫片，所述至少一个阀止挡垫片设置所述流量密封座相对于所述阀接触表面的最大分离距离。

根据本发明的液压活塞包含阀回位弹簧，所述阀回位弹簧完全或部分地容纳在形成于所述阀致动器活塞与所述密封接触线之间的中间流体室的内部。

根据本发明的液压活塞包含密封构件，所述密封构件由至少一个切割段组成，所述至少一个切割段容纳在至少一个密封槽中，所述至少一个密封槽布置在所述圆柱形主体中并在所述外部圆柱形表面上开口。

根据本发明的液压活塞包含密封构件，所述密封构件由至少一个柔性圆形垫圈组成，所述柔性圆形垫圈容纳在至少一个密封槽中，所述至少一个密封槽布置在所述圆柱形主体中并在所述外部圆柱形表面上开口。

根据本发明的液压活塞包含抗剪切间隙槽，所述抗剪切间隙槽布置在所述圆柱形主体中，所述槽在所述外部圆柱形表面上开口。

根据本发明的液压活塞包含所述圆柱形主体的定位于所述压缩面一侧的所述轴向端的直径，所述直径逐渐减小一定长度，以形成轴承锥形部。

根据本发明的液压活塞包含所述缸的定位成与所述液压室相对的轴向端的直径，所述直径逐渐增加一定长度，以形成轴承扩大部。

根据本发明的液压活塞包含流量校准开口，所述流量校准开口布置在所述阀致动器的内部，所述流量校准开口将所述阀致动器活塞的所述高压面和所述低压侧面或所述两个面中的任一个面与所述活塞的所述外部圆柱形表面连接。

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在所述阀致动器活塞与所述活塞所协作的所述致动器缸之间留有的间隙组成。

根据本发明的液压活塞包含圆柱形主体，所述圆柱形主体被用于润滑所述传送构件的管在所述圆柱形主体的长度方向上完全贯穿，所述管一方面在所述压缩面上开口，并且另一方面，在所述活塞支撑面上开口。

根据本发明的液压活塞包含冷却和润滑阀，所述冷却和润滑阀和所述阀致动器活塞由同一材料块制成，以形成阀致动器活塞组合件。

根据本发明的液压活塞包含阀致动器活塞组合件，所述阀致动器活塞组合件被用于润滑所述传送构件的所述管在轴向方向上完全贯穿，所述阀致动器活塞组合件可以绕所述管滑动，同时与所述管形成密封。

根据本发明的液压活塞包含阀致动器活塞组合件，所述阀致动器活塞组合件被用于润滑所述传送构件的所述管在轴向方向上完全贯穿，所述组合件形成所述管的一部分。

根据本发明的液压活塞包含阀致动器活塞组合件，所述阀致动器活塞组合件终止于滑动密封末端件，所述滑动密封末端件与布置在用于润滑所述传送构件的所述管中的末端件收容缸形成密封，所述密封末端件使所述组合件能够相对于所述管通过纵向平移而移动。

参考作为非限制性实例的附图的以下描述将使得能够更好地理解本发明，本发明所呈现的特征以及本发明能够获得的优点：

图1是配备有根据本发明的具有冷却和润滑阀的液压活塞的具有可变排量轴向活塞的液压泵的图解性横截面。

图2是根据本发明的具有冷却和润滑阀的液压活塞的图解性横截面，所述液压活塞的阀致动器活塞组合件被用于润滑传送构件的管在轴向方向上完全贯穿，所述阀致动器活塞组合件可以绕所述管滑动，同时与所述管形成密封。

图3和4是根据本发明的具有冷却和润滑阀的液压活塞的图解性横截面详细视图，所述详细视图分别展示了本发明在液压室中存在的压力很低时，然后很高时的操作，阀致动器活塞组合件一方面被用于润滑传送构件的管在轴向方向上贯穿以形成所述管的一部分，并且另一方面终止于与布置在所述润滑管中的末端件收容缸形成密封的滑动密封末端件。

图5是根据本发明且根据图2中示出的本发明的变体的具有冷却和润滑阀的液压活塞的图解性横截面详细视图。

图6是根据本发明的具有冷却和润滑阀的液压活塞的图解性横截面视图，所述液压活塞的阀致动器活塞的低压面相对于流体的流动方向定位于密封接触线的下游。

图7是根据本发明的没有用于润滑传送构件的管的具有冷却和润滑阀的液压活塞的图解性横截面视图。

图8是根据本发明且根据如图3和4中表示的本发明的变体的具有冷却和润滑阀的液压活塞的三维分解图，所述活塞经过组装。

图9是根据本发明且根据如图3和4中表示的本发明的变体的具有冷却和润滑阀的液压活塞的三维分解图。

具体实施方式

图1和9表示具有冷却和润滑阀2的液压活塞1、所述液压活塞的组件、变体和附件的各种细节。

特别在图1和2中可以看到，液压活塞1由圆柱形主体6组成，所述圆柱形主体呈现外部圆柱形表面13，所述外部圆柱形表面以很小的间隙容纳在缸4中，其方式为使得在所述表面13与所述缸4之间留有间隙空间32，所述活塞1能够通过平移而在所述缸4中移动，所述活塞与所述缸一起形成容积可变的液压室5。

应注意的是，特别是在图1和2中，液压活塞1的第一端具有通往液压室5的压缩面10以便接收流体11的压力，而所述活塞3的另一端具有活塞支撑面8以便对传送构件9施加力。

如图1到9所示，根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1包含布置在外部圆柱形表面13上的密封构件16，所述构件16能够与缸4形成或多或少完美的密封，并且优选地布置在外部圆柱形表面13的靠近液压室5的部分上。

应注意的是，密封构件16可以仅由通过外部圆柱形表面13的直径的局部增大而获得的间隙空间32的局部减小组成。所述增大可以呈非圆柱形，并且具有例如在收纳所述增大的缸4中铰接的凸起或球状物的形状。

特别是在图2到8中，可以看到，根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1包含至少一个冷却和润滑管7，所述至少一个冷却和润滑管全部或部分地布置在圆柱形主体6中，所述管7一方面起始于与液压室5直接或间接连通的管入口14，并且另一方面终止于在外部圆柱形表面13的水平高度处开口的管出口15。

应注意的是，当液压室5中存在的压力大于间隙空间32中存在的压力时，流体11可以在所述管7中从所述入口14循环到所述出口15，而当密封构件16与缸4形成密封时，所述构件16阻止所述流体11穿过圆柱形主体6的外部从所述入口14流到所述出口15。

如图1到9所示，根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1包含至少一个冷却和润滑阀2，所述至少一个冷却和润滑阀完全或部分地容纳在冷却和润滑管7中并且可以打开或关闭以分别允许或阻止流体11在所述管7中循环。

根据本发明，冷却和润滑阀2包括流量密封座24，所述流量密封座可以与布置在冷却和润滑管7的内部或端部处的阀接触表面26保持一定距离以允许流体11穿过或保持与所述表面26接触，以便与所述表面形成阻止所述流体11穿过的密封接触线25，所述线25在图4中示出。

应注意的是，特别是在图2到9中，根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1包含至少一个阀致动器活塞22，所述至少一个阀致动器活塞刚性连接到冷却和润滑阀2，其方式为使得能够操纵所述冷却和润滑阀关闭和/或打开。所述活塞22以很小的间隙容纳在布置于圆柱形主体6中或上的致动器缸31中，并且可以通过纵向平移而在所述缸31中移动。

在图3到7和图9中，应注意的是，阀致动器活塞22具有暴露于液压室5中存在的压力的高压面23，而与所述高压面23相反，所述活塞22具有低压侧面28，所述低压侧面与间隙空间32或活塞支撑面8或与32和8两者直接或间接连通。

应注意的是，阀致动器活塞22或致动器缸31可以包括本领域技术人员已知的任何类型的垫圈，以改进在所述活塞22与所述缸31之间形成的密封。

在图2到9中，可以清楚地看到，根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1包括至少一个流量校准开口27，所述流量校准开口限制可以在冷却和润滑管7中循环的11的最大流速。

流量校准开口27在流体11的路径中与冷却和润滑阀2串联并且与阀致动器活塞22平行放置；也就是说，相对于流体11在冷却和润滑管7中的流动方向，所述开口27放置于冷却和润滑阀2之前或之后，而流体11穿过所述开口27绝不受阀致动器活塞22的位置的影响，条件是所述开口27允许所述流体11绕过或穿过所述活塞22。

特别是在图2到9中，可以看到，根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1包括至少一个阀回位弹簧30，所述阀回位弹簧倾向于使流量密封座24与阀接触表面26间隔开，其中所述弹簧30可以是任何类型的螺旋弹簧、扭力弹簧、拉力弹簧或弹性垫圈，并且所述弹簧通常可以是本领域技术人员已知的任何类型。

同样在图2到9中，特别还可以看到，根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1具有至少一个阀止挡垫片3，所述至少一个阀止挡垫片设置流量密封座24相对于阀接触表面26的最大分离距离。

阀止挡垫片3尤其可以与冷却和润滑阀2或所述冷却和润滑阀所协作的阀致动器活塞22的任何组成部分协作。还应注意的是，所述止挡垫片3可以由例如容纳在布置于致动器缸31中的槽中的卡簧组成，所述阀致动活塞22能够与所述卡簧接触。

根据图1到9中所示的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1的不同变体，应注意的是，阀回位弹簧30可以全部或部分容纳在形成于阀致动器活塞22与密封接触线25之间的中间流体室29的内部。

在图1到5以及7到9中，应注意的是，密封构件16可以由容纳在至少一个密封槽18中的至少一个切割段17组成，所述至少一个密封槽布置于圆柱形主体6中并在外部圆柱形表面13上开口。

在图6所示的变体中，密封构件16还可以由容纳在至少一个密封槽18中的至少一个柔性圆形垫圈19组成，所述至少一个密封槽布置于圆柱形主体6中并在外部圆柱形表面13上开口。

应注意的是，柔性圆形垫圈19可以例如由弹性体制成的O形环制成，或者所述柔性圆形垫圈可以是复合类型的，特别是由弹性体制成的O形环组成，所述O形环与由具有或不具有抗摩擦和/或耐磨颗粒填料的塑料材料制成的环协作。

如图1到9所示，可以在圆柱形主体6中有利地设置抗剪切间隙槽20，所述槽20在外部圆柱形表面13上开口。

根据此特定配置，外部圆柱形表面13的在轴向上定位于抗剪切间隙槽20之前和之后的部分可以不具有完全相同的直径。例如，包含密封构件16的部分的直径可以比不具有密封构件16的部分的直径大得多。

在特别是在图3到9中可以看到的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1的另一种变体中，应注意的是，圆柱形主体6的定位于压缩面10的侧面上的轴向端的直径可以逐渐减小一定长度以形成轴承锥形部21，当液压活塞1沿液压室5的方向在缸4中上升时，所述轴承锥形部迫使流体11在圆柱形主体6的所述轴向端与所述缸4之间在所述端与所述缸4之间的接触的水平高度处渗透。

根据本发明的液压活塞1的此特定配置促进在所述接触的水平高度处建立流体动力润滑机制，并且所述特定配置减少由于摩擦引起的损失，所述损失由液压活塞1在缸4中移位而产生。

可替代地或以互补的方式，图2显示，缸4的定位成与液压室5相对的轴向端的直径可以逐渐增大一定长度，以便形成轴承扩大部12，当液压活塞1沿液压室5的方向在缸4中上升时，所述轴承扩大部迫使流体11在圆柱形主体6与缸4的所述轴向端之间在所述端与所述缸4之间的接触的水平高度处渗透。

根据本发明的液压活塞1的此特定配置还促进在所述接触的水平高度处建立流体动力润滑机制，并且减少由于摩擦引起的损失，所述损失由液压活塞1在缸4中移位而产生。

在图2到5和7到9中，应注意的是，流量校准开口27可以被布置在阀致动器活塞22的内部，所述流量校准开口将所述阀致动器活塞的高压面23和低压侧面28或所述两个面23、28中的任一面与所述活塞22的外部圆柱形表面连接。

可替代地，流量校准开口27可以有利地由在阀致动器活塞22与所述活塞22所协作的致动器缸31之间留有的间隙组成。此外，应注意的是，所述开口27还可以由所述活塞22与任何其它可以与所述活塞形成密封的部件之间留有的任何间隙组成。

在特别是在图2到6以及图8和9中可以看到的根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1的另一种变体中，圆柱形主体6可以被用于润滑传送构件的管33沿所述圆柱形主体的长度方向完全贯穿，所述管一方面在压缩面10上开口，并且在另一方面在活塞支撑面8上开口。

用于润滑传送构件的管33允许流体11从液压室5输送到传送构件9，所述传送构件可以由例如与可倾斜板38协作的液压靴形件组成。

如图1到9所示，冷却和润滑阀2和阀致动器活塞22可以由同一材料块生产，以便形成阀致动器活塞组合件34。

如图5所示，阀致动器活塞组合件34可以被用于润滑传送构件的管33在轴向方向上完全贯穿，所述阀致动器活塞组合件可以绕所述管滑动，同时与所述管形成密封。

在图3、4、8和9所示的替代方案中，阀致动器活塞组合件34可以被用于润滑传送构件的管33在轴向上完全贯穿，所述组合件34形成所述管33的一部分。

同样在这些图中，应注意的是，阀致动器活塞组合件34可以有利地终止于滑动密封末端件41，所述滑动密封末端件与布置在用于润滑传送构件的管33中的末端件收容缸42形成密封，所述密封末端件41允许所述组合件34相对于所述管33通过纵向平移而移动。

应注意的是，滑动密封末端件41或末端件收容缸42可以包括本领域技术人员已知的任何类型的垫圈，以改进在所述末端件41与所述缸42之间形成的密封。

发明操作

参照图1到9容易理解根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1的操作。

图1示出了液压活塞1，所述液压活塞应用于本身已知的具有可变排量轴向活塞35的液压泵。

当作为所述泵35的一部分的传动轴36由未表示的驱动源设置成处于旋转状态时，所述轴36进而驱动小缸37旋转，所述小缸牢固地连接到所述轴36。

当作为所述泵35的一部分的可倾斜板38倾斜时，所述泵35的液压活塞1随之在与所述液压活塞所协作的缸4中进行往复移动。作为所述往复移动的结果，所述活塞1将流体11吸入进气管39中，所述进气管以例如二十巴的被称为“增压压力”的低压供应有所述流体11，然后所述活塞将所述流体11排出到输送管40中，在所述输送管中，所述流体11的压力提升到例如四百巴。

为了说明根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1的操作，此处假设在液压活塞1的圆柱形主体6与所述液压活塞所协作的缸4之间留有的径向间隙(作为非限制性实例)为约八十微米到一百微米。

应强调的是，此间隙比根据现有技术的具有可变排量轴向缸35的液压泵的活塞与所述活塞所协作的缸4之间通常留有的约二十微米到四十微米的间隙大得多。此类大间隙是根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1的目的之一，旨在提高配备有所述液压活塞的具有可变排量轴向活塞35的液压泵的总能量产率，或有利地与所述活塞1相容的任何其它设备的总能量产率。

实际上，根据本发明的液压活塞1允许圆柱形主体6与缸4之间留有的径向间隙不再由密封要求决定——相反，可能期望一定的渗透性，但主要基于尽可能少地产生由于摩擦和磨损造成的损失的指导标准决定。

为了说明根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1的操作，此处假设，如图1到5以及7到9所示，每个液压活塞1的密封构件16由切割段17组成，所述切割段容纳在密封槽18中，所述密封槽布置在圆柱形主体6中，所述槽18在外部圆柱形表面13上开口。

应当注意，特别是在图3到5和图7中，此处设置了所述段17的鼓出轮廓，更精确地说，所述段17的外表面的鼓出轮廓，以便由于液压室5所含流体11的压力的影响而保持紧靠缸4的内壁。

此处所讨论的切割段17连续从液压室5中存在的压力为二十巴时的“停放(parked)”状态进入所述室5中存在的压力为四百巴时的“与缸4密封接触”状态。

切割段17在液压室5中存在的压力为四百巴时与缸4形成的高级密封允许非常少的流体11在所述段17与所述缸4之间逸出。

然而，当液压室5中存在的压力仅二十巴并且因此较低时，尽管所述段17实际上处于停放状态，但所述段17与缸4形成的剩余密封与在外部圆柱形表面13与缸4之间留有的小间隙空间32的组合仍允许仅非常少的流体11通过所述空间32从液压室5逸出。

此类少量的流体1不足以在圆柱形主体6与缸4的一个或多个接触的水平高度处适当地冷却和润滑所述圆柱形主体。这种情况将导致：缸4变干从而损害其机械完整性，由于在外部圆柱形表面13与缸4之间的接触的水平高度处发生的摩擦而产生的能量损失急剧增加，以及具有可变排量轴向活塞35的液压泵的能量产率和寿命急剧降低。因此，相比处于“停放”状态的切割段17刚好允许通过的流体，需要更多的流体11。

这种情况的结果是，如图3所示，当液压室5中存在的压力较低时，根据本发明的液压活塞1被设置成允许另外的流体11绕过切割段17直接从液压室5流到间隙空间32。

为了展示可以实现此结果的根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1的操作，对图3和4予以特别关注。

图3示出了当液压室5中含有的流体11的压力仅为二十巴时的根据本发明的液压活塞1，而图4展示了当所述液压室5中含有的流体11的压力为四百巴时的本发明的操作所发生的情况。

假设根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1在如图1所表示的具有可变排量轴向活塞35的液压泵中得到有效使用。

如可以在图3中看到的，在液压室5中存在的压力为二十巴的情况下，阀回位弹簧30在阀致动器活塞22的低压面28上产生的力大于流体11在高压面23上产生的力。

这种情况的原因是，阀致动器活塞组合件34保持与所述阀致动器活塞组合件所协作的阀止挡垫片3接触或保持处于其附近，并且流量密封座24与阀接触表面26保持一定距离。因此，流体11可以在冷却和润滑管7中循环，以便从液压室5流到与缸4形成抗剪切间隙槽20的环形腔。

为此，所述流体11首先穿过流量校准开口27，然后进入中间流体室29。然后，在穿过冷却和润滑管7的剩余部分后，在通往抗剪切间隙槽20中之前，所述流体穿过流量密封座24与阀接触表面26之间留有的空间。

然后，流体11可以在间隙空间32中起作用，以润滑和冷却在外部圆柱形表面13与缸4之间形成的整个接触区，然后通往活塞支撑面8的附近，以排放到具有可变排量轴向活塞35的液压泵的壳体中。

应注意的是，由于根据本发明的液压活塞1有意产生的所述流体流量11而损失的总能量在所有情况下都保持较低，这是因为所述流量操作的压力很低。与此低能量损失相比，并且如下文所解释的，根据本发明的液压活塞1能够实现显著的能量节省，其方式为使得最终结果促进具有可变排量轴向活塞35的液压泵的总产率的增加。

图4展示了当液压室5中存在的压力很高(例如四百巴)时发生的情况。

在这种情况下，阀回位弹簧30在阀致动器活塞22的低压面28上产生的力小于流体11的压力在高压面23上产生的力。

这种情况的原因是，阀致动器活塞22使流量密封座24保持抵靠阀接触表面26。因此，形成密封接触线25，并且流体11无法再在冷却和润滑管7中循环。

液压室5的密封完美，因为流体11无法再穿过切割段17或冷却和润滑管7。然后，具有可变排量轴向活塞35的液压泵会产生其最大产率，因为所述液压泵既密封又完美润滑。

目的是建立在间隙空间32中以低压作用的润滑和冷却流体流量11，同时因而确实正确地实现所述流体11在高压下保持无泄漏。

应注意的是，在称为“增压”压力的二十巴低压下，穿过流量校准开口27的流体流量11具体取决于压缩面10所承受的压力与活塞支撑面8所承受的压力之差。

根据图3和4可以很容易地得出，所述流量还取决于在流体路径11中串联施加的流量限制，所述流量限制依次由流量校准开口27、在流量密封座24与阀接触表面26之间留有的空间以及间隙空间32组成。

此外，在冷却和润滑管7中以低压循环的流体流量11还取决于阀回位弹簧30的皮重和刚度。

实际上，参考图3，应当理解，在所有其它条件相同的情况下，阀回位弹簧30在低压面28上施加的力越高，穿过流量校准开口27的流体流量11越高，因为在流量密封座24与阀接触表面26之间留有的空间很大。

然而，在实践中，当具有可变排量轴向活塞35的液压泵旋转，并且液压室5从二十巴循环地变为四百巴时，阀致动器活塞组合件34不会循环地回到与止挡垫片3接触的位置。

事实上，仍在实际情况下，当液压室5中存在的压力为二十巴时，流量密封座24从阀接触表面26移动不超过几微米到几百毫米的距离。此距离对应于所存在的所有力之间的平衡，并且具体地说，参考图3，对应于液压室5中存在的压力与中间流体室29中存在的压力之差。

因此，根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1允许在低压下运行的润滑和冷却流体流量11在所述活塞1的设计期间将具有可变排量轴向活塞35的液压活塞的操作压力考虑在内来确定，这是通过以适当的方式选择高压面23的横截面、低压面28的横截面、流量校准开口27的直径和长度、阀回位弹簧30的皮重和刚度以及间隙空间32的值实现的。

因此，所有这些值使得能够确定液压室5中存在的阈值压力，超过所述阈值压力，密封接触线25形成，并且低于所述阈值压力，所述流量密封座24与阀接触表面26保持一定距离。

从以上内容可以理解，根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1能够很容易使得避免由根据现有技术的液压活塞造成的折中，并且其结果是通常在所述活塞与其缸4之间留有径向间隙。实际上，根据现有技术，所述间隙必须足够大，以允许足够的流体11流动以润滑和冷却所述活塞并限制由于剪切和摩擦引起的损失，但间隙不能大到允许过多流体11逸出。结果是造成折衷，所述折衷通过根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1消除。

此外，应注意的是，根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1所提供的新的机遇包含圆柱形主体6可以具有抗剪切间隙槽20。图1到9中所示的这种特定配置是可能的，因为液压活塞1的密封不再通过在所述活塞1与所述活塞所协作的缸4之间留有的很小的间隙来保证，而是通过密封构件16来保证，所述密封构件可以是例如如图1到5和7到9中所示的切割段17，或是如图6中所展示的柔性圆形垫圈19，并且这不包括在所述活塞1的缸4中对所述活塞进行适当润滑和适当冷却。

所述配置使得能够大大减少由于剪切造成的损失，所述剪切由保持在间隙空间32中的流体11在液压活塞1在缸4中移动时产生。应注意的是，抗剪切间隙槽20轴向布置于在液压活塞1的操作期间不会承受在圆柱形主体6所呈现的外部圆柱形表面13与缸4之间的显著接触压力的区域中，并且所述抗剪切间隙槽具有提高根据本发明的液压活塞1的总能量产率以及因此根据此非限制性应用实例的具有可变排量轴向活塞35的液压泵的总能量产率的效果。

事实上，由于剪切造成的能量损失与在被设置成处于相对移动状态并且在其之间保持有流体膜11的两个部件之间留有的间隙大致成反比。因此，抗剪切间隙槽20具有消除由于圆柱形主体6的外部圆柱形表面13的非常大的长度上的剪切而造成的损失的效果。

为了进一步提高所述产率，应注意的是，特别是在图3到7中，圆柱形主体6的定位于压缩面10一侧的轴向端的直径逐渐减小一定长度，以形成轴承锥形部21，当液压活塞1沿液压室5的方向在缸4中上升时，所述轴承锥形部迫使流体11在圆柱形主体6的所述轴向端与所述缸4之间在所述端与所述缸4之间的接触的水平高度处渗透。根据本发明的液压活塞1的此特定配置促进在所述接触的水平高度处建立流体动力润滑机制，并且减少由于摩擦引起的损失，所述损失由液压活塞1在缸4中移位而产生。

出于同样的目的，应注意的是，特别是在图2中，缸4的定位成与液压室5相对的轴向端的直径可以逐渐增大一定长度，以形成轴承锥形部12，当液压活塞1沿液压室5的方向在活塞4中上升时，所述轴承扩大部迫使流体11在圆柱形主体6与缸4的所述轴向端之间在所述端与所述缸4之间的接触的水平高度处渗透。

根据本发明的具有冷却和润滑阀2的液压活塞1的可能性并不限于刚刚已经描述的应用，并且还必须理解，先前的描述仅作为实例给出，并且不会以任何方式限制本发明的范围，即使所描述的实施例细节被任何其它等同物替代，也不会超出所述发明的范围。

Claims (14)

1.一种液压活塞(1)，所述液压活塞包含圆柱形主体(6)，所述圆柱形主体呈现外部圆柱形表面(13)，所述外部圆柱形表面以很小的间隙容纳在缸体(4)中，其方式为使得在所述外部圆柱形表面(13)与所述缸体(4)之间留有间隙空间(32)，所述活塞(1)能够通过平移而在所述缸体(4)中移动，所述活塞与所述缸体形成容积可变的液压室(5)，所述活塞(1)的第一端具有通往所述液压室(5)的压缩面(10)以接收流体(11)的压力，而所述活塞(1)的另一端具有活塞支撑面(8)以对传送构件(9)施加力，所述活塞(1)的特征在于，所述活塞包含：

密封构件(16)，所述密封构件布置在所述外部圆柱形表面(13)上，所述密封构件(16)能够与所述缸体(4)形成密封；

至少一个冷却和润滑管(7)，所述至少一个冷却和润滑管全部或部分地布置在所述圆柱形主体(6)中，所述冷却和润滑管(7)一方面起始于与所述液压室(5)直接或间接连通的管入口(14)，并且另一方面终止于直接或间接在所述外部圆柱形表面(13)的水平高度处开口的管出口(15)，当所述液压室(5)中存在的压力大于所述间隙空间(32)中存在的压力时，所述流体(11)能够在所述冷却和润滑管(7)中从所述入口(14)循环到所述出口(15)，同时所述密封构件(16)防止所述流体(11)穿过所述圆柱形主体(6)的外部以从所述入口(14)流到所述出口(15)；

至少一个冷却和润滑阀(2)，所述至少一个冷却和润滑阀全部或部分地容纳在所述冷却和润滑管(7)中并且能够打开或关闭以分别允许或阻止所述流体(11)在所述冷却和润滑管(7)中循环，所述冷却和润滑阀(2)包括流量密封座(24)，所述流量密封座能够与布置在所述冷却和润滑管(7)内部或端部的阀接触表面(26)保持一定距离以允许所述流体(11)穿过，或者所述流量密封座能够与所述阀接触表面(26)保持接触以便与所述阀接触表面形成阻止所述流体(11)穿过的密封接触线(25)；

至少一个阀致动器活塞(22)，所述至少一个阀致动器活塞刚性连接到所述冷却和润滑阀(2)，其方式为使得能够操纵所述冷却和润滑阀关闭和/或打开，所述阀致动器活塞(22)以很小的间隙容纳在致动器缸(31)中，所述致动器缸布置在所述圆柱形主体(6)中或上，所述阀致动器活塞(22)能够通过纵向平移而在所述致动器缸(31)中移动并且具有暴露于所述液压室(5)中存在的所述压力的高压面(23)，而与所述高压面(23)相反，所述阀致动器活塞(22)具有低压侧面(28)，所述低压侧面与所述间隙空间(32)和/或所述活塞支撑面(8)直接或间接连通；

至少一个流量校准开口(27)，所述至少一个流量校准开口限制能够在所述冷却和润滑管(7)中循环的流体(11)的最大流量，所述流量校准开口(27)在所述流体(11)的路径中与所述冷却和润滑阀(2)串联并与所述阀致动器活塞(22)平行放置；

至少一个阀回位弹簧(30)，所述至少一个阀回位弹簧倾向于使所述流量密封座(24)移动远离所述阀接触表面(26)；

至少一个阀止挡垫片(3)，所述至少一个阀止挡垫片设置所述流量密封座(24)相对于所述阀接触表面(26)的最大分离距离。

2.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述阀回位弹簧(30)完全或部分地容纳在形成于所述阀致动器活塞(22)与所述密封接触线(25)之间的中间流体室(29)的内部。

3.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述密封构件(16)包含至少一个切割段(17)，所述至少一个切割段容纳在至少一个密封槽(18)中，所述至少一个密封槽布置在所述圆柱形主体(6)中并在所述外部圆柱形表面(13)上开口。

4.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述密封构件(16)包含至少一个柔性圆形垫圈(19)，所述柔性圆形垫圈容纳在至少一个密封槽(18)中，所述至少一个密封槽布置在所述圆柱形主体(6)中并在所述外部圆柱形表面(13)上开口。

5.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，在所述圆柱形主体(6)中布置有抗剪切间隙槽(20)，所述抗剪切间隙槽(20)在所述外部圆柱形表面(13)上开口。

6.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)的定位于所述压缩面(10)一侧的轴向端的直径逐渐减小一定长度，以形成轴承锥形部(21)。

7.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述缸体(4)的定位成与所述液压室(5)相对的轴向端的直径逐渐增大一定长度，以形成轴承扩大部(12)。

8.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述流量校准开口(27)布置在所述阀致动器活塞(22)的内部，所述流量校准开口将所述阀致动器活塞 的所述高压面(23)和/或低压面(28)与所述阀致动器活塞(22)的所述外部圆柱形表面连接。

9.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述流量校准开口(27)包含所述阀致动器活塞(22)与所述阀致动器活塞(22)所协作的所述致动器缸(31)之间留有的间隙。

10.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)被用于润滑传送构件的管(33)在所述圆柱形主体的长度方向上完全贯穿，所述用于润滑传送构件的管一方面在所述压缩面(10)上开口，并且另一方面，在所述活塞支撑面(8)上开口。

11.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于，所述冷却和润滑阀(2)和所述阀致动器活塞(22)由同一材料块制成，以形成阀致动器活塞组合件(34)。

12.根据权利要求11所述的液压活塞，其特征在于，所述阀致动器活塞组合件(34)被用于润滑传送构件的管(33)在轴向方向上完全贯穿，所述阀致动器活塞组合件(34)能够绕所述用于润滑传送构件的管(33)滑动，同时与所述用于润滑传送构件的 管(33)形成密封。

13.根据权利要求11所述的液压活塞，其特征在于，所述阀致动器活塞组合件(34)被用于润滑传送构件的管(33)在轴向方向上完全贯穿，所述阀致动器活塞组合件(34)形成所述用于润滑传送构件的管(33)的一部分。

14.根据权利要求13所述的液压活塞，其特征在于，所述阀致动器活塞组合件(34)终止于滑动密封末端件(41)，所述滑动密封末端件与布置在所述用于润滑传送构件的管(33)中的末端件收容缸(42)形成密封，所述滑动密封末端件(41)使所述阀致动器活塞组合件(34)能够相对于所述用于润滑传送构件的管(33)通过纵向平移而移动。

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