CN112814892B - 液压机的活塞和液压活塞机 - Google Patents
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Abstract
描述了一种液压活塞机的活塞(1),该活塞(1)具有被壁(3)环绕的中空部(2)和布置在该中空部(2)中的插入件(4)。这种活塞用于低成本高效率的活塞机。为此,在插入件(4)和壁(3)之间布置至少两个柔性环(12、13)。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压活塞机的活塞,该活塞具有由壁环绕的中空部和设置在该中空部中的插入件。
此外,本发明涉及一种液压活塞机。
背景技术
活塞机是具有正排量的机器,并且例如可以是轴向活塞机的形式。
这种机器例如用于泵送液体,例如水。虽然水通常被认为是不可压缩的流体,但是它实际上是可稍微压缩的。水的可压缩性降低了机器的效率。
为了减少液体的可压缩性的负面影响,插入件用于减少由于流体填充的死体积而导致的容量损失。这提高了能量效率,并使机器能够在更高的压力和速度下操作。
然而,难以将插入件可靠地固定在活塞的中空部中。使用聚合物材料的插入件是已知的,该插入件被压入中空部内。然而,这种安装步骤承受活塞变形的风险。因此,必须以高准确度生产插入件以获得小的公差。这增加了液压活塞机的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高效率和低成本的活塞机。
该目的通过在开头处所述的活塞来实现,其中,至少两个柔性环或柔韧环(pliable ring)设置在插入件和壁之间。
在将插入件插入到中空部期间,柔性环可以变形。在将插入件插入中空部内之后,柔性环将插入件固定在活塞中,从而限定插入件在中空部中的位置,该位置甚至可以抵抗在活塞的较高工作速度期间由离心力产生的力而被保持。这种离心力例如可以在活塞布置在轴向活塞机的缸筒中时出现。
在本发明的实施例中,所述两个环位于插入件的质心的两侧。所述两个柔性环防止插入件在中空部中倾斜,并因此防止插入件磨损。
在本发明的实施例中,第一环固定插入件在活塞中的轴向位置,第二环仅固定插入件在中空部中的径向位置。因此,避免了位置的超定。
在本发明的实施例中,第一环邻近中空部的开口端定位。这便于将插入件安装在中空部中。第一环只需要移动一小段距离进入中空部。
在本发明的实施例中,第一环布置在壁中的内槽中和插入件中的外槽中。第一环将插入件锁定在中空部中。
在本发明的实施例中,第二环抵靠中空部的底部。底部形成用于第二环运动的端部止挡件。因此,可靠地确定了第二环的位置。
在本发明的实施例中,插入件包括靠近远离中空部的开口端的一端的锥形段,第二柔性环围绕锥形段布置。因此,插入件可以相对于第二环对中并且因此可以相对于活塞的轴线对中。
在本发明的实施例中,间隙形成在插入件和壁之间。间隙具有两个优点。它防止了插入件与中空部的壁之间的接触,并因此防止了由于插入件相对于壁的运动而导致的插入件或壁的磨损。此外,该间隙允许流体沿着活塞的壁流动,这可用于冷却活塞。
在本发明的实施例中,至少第一环包括至少一个薄段,该至少一个薄段的径向尺寸小于所述环的最大径向尺寸。薄段允许液体通过第一环并进入间隙。当第二环也包括薄段时,允许流体通过第二环。
在本发明的实施例中,环包括由薄段隔开的多个块。该环由一系列的块和薄段形成。因此,提供了通过第一环的多个流体通道。
在本发明的实施例中,块等距离地间隔开。当块围绕插入件的圆周均匀地分布时,它们确保流体流在插入件和活塞之间的间隙中的均匀分布,并且使由将插入件压入中空部内而导致的活塞圆度中的形状缺陷最小化。环确保插入件在活塞内准确对中。
在本发明的实施例中,薄段的轴向尺寸小于块的轴向尺寸。薄段形成一种弹簧,使得当插入件插入中空部时,允许环变形。此外,当其抵靠中空部的底部时,它们增加了流经环的流动路径的截面,特别是在第二环处。
在本发明的实施例中,第一环和第二环具有相同的形式。这有利于活塞和插入件的组装。不必在插入件两端的相应位置中注意环的形式。
在本发明的实施例中,插入件是陶瓷材料或纤维增强塑料。陶瓷材料能够被制造为轻质和几乎没有可压缩性。对于纤维增强塑料材料,尤其是纤维增强聚合物,例如PEEK(聚醚醚酮),也是如此。
本发明涉及一种具有如上所述的活塞的液压活塞机。
附图说明
将参考附图更详细地描述本发明,其中:
图1示出了根据图2的线A-A的活塞的纵向截面,
图2示出了活塞的俯视图,
图3以立体图示出了柔性环,
图4示出了环的俯视图,和
图5示出了环的侧视图。
具体实施方式
图1示出了液压活塞机的活塞1的剖视图。活塞1包括被壁3环绕的中空部2。插入件4布置在中空部2中。
插入件4由陶瓷材料或不能被压缩的其它重量轻且刚性的材料制成。这种材料可以是纤维增强塑料材料,特别是纤维增强聚合物,如PEEK(聚醚醚酮)。
中空部2包括开口端5,插入件4可通过该开口端5安装在中空部2中。此外,中空部2包括在相对端处的底部6。除了通道7外,底部6基本上是封闭的,液体可以通过该通道7流动到达滑瓦9的静压轴承面8。滑瓦9安装在活塞的球10上,如本领域已知的那样。在操作期间,滑瓦9抵靠倾斜的斜盘并且通过保持板(未示出)保持抵靠斜盘。
在插入件4和壁3之间形成间隙11。
插入件4通过第一柔性环12和第二柔性环13固定在中空部2中。第一柔性环12布置在壁3中的内槽14和插入件4的外槽15中。内槽14和外槽15邻近中空部2的开口端5定位。
插入件4包括位于或靠近远离中空部2的开口端的一端的锥形段16。第二柔性环13围绕锥形段16布置并抵靠底部6。
第一柔性环12固定插入件4在活塞1中的轴向位置,同时固定插入件4在中空部2中的径向位置。第一柔性环12使插入件4相对于活塞1靠近中空部2的开口端5地居中。
第二柔性环13仅固定插入件4在中空部2中的径向位置。两个柔性环12、13沿插入件4的纵向延伸方向彼此间隔一定距离布置。更准确地说,它们布置在插入件4的质心的两侧。因此,它们防止插入件4相对于壁3倾斜。
图3至图5示出第一柔性环12。在本发明的优选实施例中,第二柔性环13具有相同的形式。
环12不是闭合的,而是沿圆周方向打开的,即,其包括沿圆周方向的间隙17。在未示出的实施例中,环12可以在圆周方向上闭合。
环12包括多个块18,所述多个块18沿圆周方向均匀分布。换句话说,块18等距离地间隔开。这对于间隙17两侧的块18来说是符合实际情况的。
两个相邻的块18通过薄段19连接。该薄段19包括(图4)径向尺寸20,其小于块18的径向尺寸21,该块18的径向尺寸是环12的最大径向尺寸。
此外,薄段19具有轴向尺寸22,该轴向尺寸22小于块18的轴向尺寸23。
这种构造具有以下效果。由于薄段19的较小的径向尺寸20,形成用于流体的通道,流体可以通过该通道进入插入件4和壁3之间的间隙11,并且可以经过环13流向静压轴承8。此外,薄段19允许环12的变形,这是将插入件4与环12、13一起安装在中空部2中所必需的。
当插入件4通过压入到中空部2内而安装时,环12、13塑性变形的量依赖于活塞和插入件4的制造公差而略微变化。第一环12流入壁3的内槽14中,以使得插入件4在中空部2内的轴向位置被锁定并被良好地限定。第二环13的主要功能是将插入件4在活塞1内对中。
即使活塞1和插入件4的制造公差导致插入件4的顶端与活塞1中的中空部2的底部6之间的轴向间隙的显著变化,中空部2的底部6处的第二柔性环13与插入件4的锥形段16的组合仍确保插入件4的顶端的良好对中。
因此,插入件4的两端被锁定以防止在活塞1内的径向运动。否则在高速运行期间作用在插入件4上的惯性力可能导致插入件4在活塞1内进行小的运动,这可能最终导致磨损、形成损坏,并且甚至导致插入件4随着时间的推移而移位。
间隙11允许有助于冷却活塞1的流体流,以使得活塞1不会过热。如果活塞1过热,则由于活塞的过度热膨胀,活塞可能卡在缸体中。第一环12(以及同样地,第二环12)在安装状态下允许流体通过。
环12、13还确保插入件4在中空部2内准确地对中,以确保间隙11的尺寸均匀以及间隙11中的流体流和冷却均匀。由于环12、13的块18等距地放置,所以它们确保流体流在间隙11中的均匀分布,并使由于将插入件4压入活塞中而引起的活塞圆度的形状缺陷最小化。
活塞1(更精确地说是活塞的壁3)由具有高强度的材料制成,该材料可以承受活塞上的载荷。该材料是具有良好摩擦学性能的材料,以确保活塞及其所交界的部件的低摩擦损失和低磨损。最后,活塞的材料必须与活塞机中的流体相容。这通常将导致活塞由具有高密度的金属制成。中空部2减轻了质量。
插入件4通过用一材料填充死体积的相当一部分而减小了活塞在其中移动的体积中的可压缩性,该材料的体积弹性模量比流体高,但是该材料的密度比壁3和活塞1的其它部分的材料的密度低。插入件4的材料必须与流体相容,但是不需要具有活塞1的其余部分的材料的强度和摩擦学性能。使用两个柔性环12、13有助于减小对插入件4的材料的强度的要求,因为插入件4和壁3之间的间隙11使得插入件4即使在壁3本身由于外部载荷而变形的情况下也能够保持笔直。这使得能够使用具有非常高硬度但低强度的材料用于插入件4,例如在一定程度上轻质陶瓷或纤维增强聚合物,如PEEK(聚醚醚酮),而没有弯曲载荷从活塞传递到插入件4的风险。
Claims (13)
1.一种液压活塞机的活塞(1),所述活塞(1)具有由壁(3)环绕的中空部(2)和布置在所述中空部(2)中的插入件(4),其特征在于,至少两个柔性环(12、13)布置在所述插入件(4)和所述壁(3)之间,并且间隙(11)形成在所述插入件(4)和所述壁(3)之间,所述至少两个柔性环(12、13)包括第一环(12)和第二环(13),所述至少两个柔性环(12、13)包括至少一个薄段(19),所述至少一个薄段的径向尺寸(20)小于所述至少两个柔性环(12、13)的最大径向尺寸(21),以允许流体经过所述至少两个柔性环(12、13)和所述间隙(11)。
2.根据权利要求1所述的活塞,其特征在于,所述第一环(12)和所述第二环(13)位于所述插入件(4)的质心的两侧。
3.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,所述第一环(12)固定所述插入件(4)在所述活塞(1)中的轴向位置,所述第二环(13)仅固定所述插入件(4)在所述中空部(2)中的径向位置。
4.根据权利要求3所述的活塞,其特征在于,所述第一环(12)邻近所述中空部(2)的开口端(5)定位。
5.根据权利要求4所述的活塞,其特征在于,所述第一环(12)布置在所述壁(3)中的内槽(14)中和所述插入件(4)中的外槽(15)中。
6.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,所述第二环(13)抵靠所述中空部(2)的底部(6)。
7.根据权利要求4所述的活塞,其特征在于,所述插入件(4)包括靠近远离所述中空部(2)的所述开口端(5)的一端的锥形段(16),所述第二环(13)围绕所述锥形段(16)布置。
8.根据权利要求1所述的活塞,其特征在于,所述第一环(12)包括由薄段(19)隔开的多个块(18)。
9.根据权利要求8所述的活塞,其特征在于,所述块(18)等距离地间隔开。
10.根据权利要求8或9所述的活塞,其特征在于,所述薄段(19)的轴向尺寸(22)小于所述块(18)的轴向尺寸(23)。
11.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,所述第一环(12)和所述第二环(13)具有相同的形式。
12.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,所述插入件(4)由陶瓷材料或纤维增强塑料制成。
13.一种液压活塞机,其包括根据权利要求1至12中任一项所述的活塞(1)。
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