CN112814893B - 液压活塞机 - Google Patents

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Abstract

描述了一种液压活塞机，该液压活塞机包括活塞(1)和插入件(4)，活塞(1)具有由壁(3)固定的中空部(2)，并且插入件(4)布置在该中空部中。这样的液压活塞机应该以低成本具有高效率。为此，插入件(4)包括从中空部(2)延伸出的部段(29)。

Description

液压活塞机
技术领域
本发明涉及一种液压活塞机，该液压活塞机包括活塞和插入件，该活塞具有由壁包围的中空部，并且插入件布置在该中空部中。
背景技术
活塞机是具有正位移的机械，并且例如可以呈轴向活塞机的形式。在轴向活塞机中，活塞布置在位于缸筒中的缸中，并且活塞以一端抵靠在倾斜的斜盘(swash plate)上。当缸筒转动时，活塞在缸中上下移动。
这种机械例如用于泵送像水这样的液体。尽管通常认为水是不可压缩的流体，但实际上水是可以略微压缩的。水的可压缩性降低了机械的效率。
发明内容
本发明的目的是以低成本提供一种具有高效率的活塞机。
该目的通过如开始所描述的液压活塞机实现，其中，插入件包括从中空部延伸出的部段。
插入件不仅填充活塞的内部，即中空部，而且从中空部延伸出，使得可以减小活塞外部的由液体填充的死体积，从而提高活塞机的效率。
在本发明的实施例中，该部段具有在远离中空部的方向上减小的直径。以这种方式，为液体流入和流出缸建立了良好的流动条件。
在本发明的实施例中，该部段呈锥形形式。这是产生减小的直径的简单方法。
在本发明的实施例中，活塞布置在与阀板配合的缸筒中，其中，压力装置布置在缸筒与阀板之间，并且部段延伸到压力装置中。例如从US5730043A中已知该压力装置。该压力装置可以具有两个功能：该压力装置产生将阀板推向配流盘的液压驱动力，并补偿缸体与配流盘之间的角度不对准，使得阀板始终齐平地压靠在配流盘上以形成密封。压力装置包括连接缸的至少一个通道，活塞在该缸中能够移动到阀板。从活塞的中空部延伸出的部段现在可以延伸到压力装置中，从而减小通道的死体积。
在本发明的实施例中，插入件在第一位置和第二位置处固定在中空部中，第一位置和第二位置具有相对于彼此的预定距离。当活塞布置在轴向活塞机的缸筒中时，存在作用在活塞上并且同样作用在活塞中的插入件上的离心力。当插入件被固定在具有相对于彼此的预定距离的两个位置处时，阻止了插入件在中空部中的倾斜。因此，可以可靠地保持从中空部延伸出的部段在死体积中的位置。当该部段延伸到压力装置中时，这是特别有利的。
在本发明的实施例中，第一位置位于插入件的质心的一侧，并且第二位置位于插入件的质心的另一侧。插入件在中空部中倾斜的风险进一步减小，并且可以阻止插入件在中空部中的移动，从而防止插入件的磨损。
在本发明的实施例中，插入件轴向地和径向地固定在第一位置，并且仅径向地固定在第二位置。因此，避免了位置的超定(overdetermination)。
在本发明的实施例中，插入件通过第一柔韧环固定在第一位置，并且通过第二柔韧环固定在第二位置。柔韧环可以在将插入件插入到中空部中时发生变形。在将插入件插入到中空部中之后，柔韧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，即使在活塞的较高工作速度期间可以由离心力产生的力的作用下，该位置也可以被保持。
在本发明的实施例中，第二柔韧环抵靠在中空部的底部上。底部形成针对第二柔韧环的移动的端部止挡部。因此，可靠地确定了第二柔韧环的位置。
在本发明的实施例中，插入件在底部附近包括锥形部段，并且第二柔韧环围绕该锥形部段布置。因此，插入件可以相对于第二柔韧环居中并且因此可以相对于活塞的轴线居中。
在本发明的实施例中，至少第一柔韧环包括至少一个薄部段，该至少一个薄部段具有比第一柔韧环的最大径向范围小的径向范围。当在插入件和孔的壁之间形成间隙时，这是特别有用的。间隙具有两个优点。间隙防止了插入件与中空部的壁之间的接触，并因此防止了可能由于插入件相对于壁的移动而引起的插入件或壁的磨损。此外，间隙允许流体沿着活塞的壁流动，该流体可以用于冷却活塞。薄部段允许液体流过第一柔韧环并进入间隙。
在本发明的实施例中，环包括由薄部段隔开的多个块体。环由一系列块体和薄部段形成。因此，提供了多个通过第一环的流体通路，并且如果第二环以相同的方式形成，则提供了多个通过第二环的流体通路。
在本发明的实施例中，这些块体等距地间隔开。当块体围绕插入件的外周均匀地分布时，这些块体确保插入件与活塞之间的间隙中的流体流动的均匀分布，并且最小化由于将插入件压入中空部中而引起的活塞圆度的形状缺陷。环确保插入件在活塞内部准确地居中。
在本发明的实施例中，薄部段具有比块体的轴向尺寸小的轴向尺寸。薄部段形成一种允许环在插入件被插入到中空部中时发生变形的弹性结构。此外，在第二环中，较小的部段允许流体在第二环与中空部的底部之间通过。
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。不必注意环在插入件两端处的相应位置的形状。
附图说明
现将参照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是活塞的俯视图；
图3以立体图示出了柔韧环；
图4示出了环的俯视图；
图5示出了环的侧视图，并且
图6示出了延伸到压力装置中的插入件的端部的截面图。
具体实施方式
图1示出了液压活塞机的活塞1的截面图。活塞1包括由壁3包围的中空部2。插入件4布置在中空部2中。
插入件4由陶瓷材料或另一种无法被压缩的轻质且坚硬的材料制成。可能的材料也可以是纤维增强型塑料材料，特别是纤维增强型聚合物，例如PEEK(聚醚醚酮)。
中空部2包括开口端5，插入件4可以通过该开口端5安装在中空部2中。此外，中空部2在相反的端部处包括底部6。除了通道7以外，底部6基本上是封闭的，液体可以通过该通道7流动以到达滑动座(slider shoe)9的静液压支承面8。如本领域中已知的，滑动座9安装在活塞的球10上。在运行期间，滑动座9抵靠在倾斜的斜盘上，并通过保持板(未示出)保持在斜盘上。
在插入件4和壁3之间形成间隙11。
插入件4通过第一柔韧环12和第二柔韧环13固定在中空部2中。第一柔韧环12布置在壁3中的内凹槽14中以及插入件4的外凹槽15中。内凹槽14和外凹槽15位于中空部2的开口端5附近。
插入件4在远离中空部2的开口端的端部处或附近包括锥形部段16。第二柔韧环13围绕锥形部段16布置并且抵靠在底部6上。
第一柔韧环12将插入件4的轴向位置固定在活塞1中，并且同时将插入件4的径向位置固定在中空部2中。第一柔韧环12在中空部2的开口端5附近使插入件4相对于活塞1居中。
第二柔韧环13仅将插入件4的径向位置固定在中空部2中。两个柔韧环12、13沿着插入件4的纵向延伸部彼此以一定距离布置。更准确地，两个柔韧环12、13布置在插入件4的质心的两侧。因此，两个柔韧环12、13阻止插入件4相对于壁3倾斜。
图3至图5示出了第一柔韧环12。在本发明的优选实施例中，第二柔韧环13具有相同的形式。
环12不是封闭的，而是沿周向方向开口的，即环12在周向方向上具有空隙17。在未示出的实施例中，环12在周向方向上可以是封闭的。
环12包括在周向方向上均匀分布的多个块体18。换句话说，块体18是等距间隔开的。对于空隙17两侧的块体18都是如此。
两个相邻的块体18通过薄部段19连接。薄部段19具有小于块体18的径向范围21的径向范围20(图4)，该径向范围21是环12的最大径向范围。
此外，薄部段19具有轴向尺寸22，该轴向尺寸22小于块体18的轴向尺寸23。
这样的构造具有以下效果。由于薄部段19的较小的径向范围20形成用于流体的通路，流体可以通过该通路进入插入件4和壁3之间的间隙11。此外，薄部段19允许环12发生变形，这对于将插入件4与环12、13一起安装在中空部2中是必需的。当第二环13具有相同的形式时，流体可以流过第二环流向静液压支承面8。
当通过将插入件4压入到中空部2中来安装插入件4时，环12、13产生一定量的塑性变形，并且塑性变形的量根据活塞和插入件的制造公差而略有变化。第一环12进入到壁3的内凹槽14中，使得插入件4在中空部2内部的轴向位置被锁定并被很好地限定。第二环13的主要功能是使插入件4在活塞1内部居中。
即使在活塞1和插入件4的制造公差引起插入件4的末端和活塞1中的中空部2的底部6之间的轴向空隙发生明显变化的情况下，中空部2的底部6处的第二柔韧环13和插入件4的锥形部段16的组合也确保了插入件4的末端的良好居中。
因此，插入件4的两端被锁定以抵抗活塞1内部的径向移动。否则，在高速运行期间作用在插入件4上的惯性力可以导致插入件4在活塞1内部进行幅度较小的移动，而最终随时间的推移会导致磨损、形成损坏，甚至导致插入件4被移出。
间隙11允许流体流动，这有助于冷却活塞1，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1可能会卡在缸中。第一环12(并且第二环13同样)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内部准确地居中，以确保间隙11的尺寸均匀以及间隙11中的均匀流体流动和冷却。由于环12、13的块体18被等距地放置，因此环12、13确保了间隙11中的流体流动的均匀分布，并且最小化由于将插入件4压入活塞中而引起的活塞圆度的形状缺陷。
活塞1，更确切地说是活塞的壁3由具有能够承受活塞上的载荷的高强度的材料制成。这是一种具有良好摩擦特性的材料，从而确保较低的摩擦损失，以及活塞及与活塞相互作用的部件的较低的磨损。最后，活塞的材料必须与活塞机中的流体相兼容。这通常会导致活塞由具有高密度的金属制成。中空部2减小了质量。
图6示出了轴向泵中的插入件4的端部的截面图。轴向柱塞泵包括缸筒24，该缸筒24在运行期间能够绕轴线转动。压力装置25布置在缸筒24和阀板26之间。压力装置25包括缸体部27a和活塞部27b。
压力装置25包括通道28。插入件4包括部段29，该部段29从中空部2延伸出并进入到压力装置25中，特别是进入到通道28中。
部段29具有沿远离中空部2的方向减小的直径。如图6中可以看出，部段29呈锥形形式。
当部段29的半径在压力装置25的方向上变小时，避免了流体到压力座9的狭窄通路。活塞1远离上止点移动的越长，活塞具有的速度就越大，并因此更多的流体必须通过压力装置25。当插入件4的部段29的半径朝向压力装置25变小时，在活塞距上止点的距离变大时在压力装置25和插入件4的部段29之间将存在更多的“空间”。
因此，尽管部段29减小了压力装置25内的死体积，但是部段29不会不利地影响缸在缸筒中的填充。
插入件4通过用一材料填充死体积的大部分来减小活塞在其中移动的体积的可压缩性，所述材料具有比流体高的体积模量但具有比壁3和活塞1的其它部分的材料低的密度。插入件4的材料必须与流体相兼容，但不需要具有活塞1的其余部分的材料的强度和摩擦特性。因为即使壁3本身由于外部载荷而变形，插入件4与壁3之间的间隙11也能够使插入件4保持笔直，所以两个柔韧环12、13的使用有助于降低对插入件4的材料强度的要求。这使得针对插入件4能够使用刚度非常高但强度低的材料(诸如一定程度的轻质陶瓷)，而没有将弯曲载荷从活塞传递到插入件4的风险。

Claims (14)

1.一种液压活塞机，包括活塞(1)和插入件(4)，所述活塞(1)具有由壁(3)包围的中空部(2)，并且所述插入件(4)布置在所述中空部(2)中，其特征在于，所述插入件(4)包括从所述中空部(2)延伸出的部段(29)，所述插入件(4)通过柔韧环(12、13)固定在所述中空部(2)中，并且所述柔韧环(12、13)包括至少一个薄部段(19)，所述至少一个薄部段(19)具有比所述柔韧环(12、13)的最大径向范围小的径向范围。
2.根据权利要求1所述的液压活塞机，其特征在于，所述部段(29)具有在远离所述中空部(2)的方向上减小的直径。
3.根据权利要求2所述的液压活塞机，其特征在于，所述部段(29)呈锥形形式。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的液压活塞机，其特征在于，所述活塞布置在与阀板(26)配合的缸筒(24)中，其中，压力装置(25)布置在所述缸筒(24)与所述阀板(26)之间，并且所述部段(29)延伸到所述压力装置(25)中。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的液压活塞机，其特征在于，所述插入件(4)在第一位置和第二位置处固定在所述中空部中，所述第一位置和所述第二位置具有相对于彼此的预定距离。
6.根据权利要求5所述的液压活塞机，其特征在于，所述第一位置位于所述插入件(4)的质心的一侧，并且所述第二位置位于所述插入件的质心的另一侧。
7.根据权利要求5所述的液压活塞机，其特征在于，所述插入件(4)轴向地和径向地固定在所述第一位置，并且仅径向地固定在所述第二位置。
8.根据权利要求5所述的液压活塞机，其特征在于，所述插入件(4)通过第一柔韧环(12)固定在所述第一位置，并且通过第二柔韧环(13)固定在所述第二位置。
9.根据权利要求8所述的液压活塞机，其特征在于，所述第二柔韧环(13)抵靠在所述中空部(2)的底部(6)上。
10.根据权利要求9所述的液压活塞机，其特征在于，所述插入件(4)包括在所述底部(6)附近的锥形部段(16)，并且所述第二柔韧环(13)围绕所述锥形部段(16)布置。
11.根据权利要求8所述的液压活塞机，其特征在于，所述第一柔韧环(12)包括由薄部段(19)间隔开的多个块体(18)。
12.根据权利要求11所述的液压活塞机，其特征在于，所述块体(18)等距地间隔开。
13.根据权利要求12所述的液压活塞机，其特征在于，所述薄部段(19)具有比所述块体的轴向尺寸(23)小的轴向尺寸(22)。
14.根据权利要求8所述的液压活塞机，其特征在于，所述第一柔韧环(12)和所述第二柔韧环(13)具有相同的形式。
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