CN113074160A - 一种自调节液压传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自调节液压传动装置，有效的解决了液压系统对于负载和速度变化的适应力差的问题；解决的技术方案包括第一缸体，第一缸体为上下两端开口的矩形，第一缸体的上下两端的开口内均安装有一个矩形板，第一缸体内安装有一个位于两个矩形板之间的活塞组件，活塞组件包括一个矩形的基板，基板上开有两个矩形槽，其中一个矩形槽的开口朝下，另一个矩形槽的开口朝上，每个矩形槽内均安装有一个矩形的伸缩板，伸缩板可在矩形槽内滑动；本发明可无级调节液压缸的有效截面积，大大提高了对负载和速度变化的适应力。

Description

一种自调节液压传动装置

技术领域

本发明涉及液压设备领域，具体是一种自调节液压传动装置。

背景技术

液压系统是常用的执行和传动构件，目前在液压系统的负载和速度变化时，由于液压缸一般为固定的有效面积，因此需要通过调节供油压力和供油量来调节液压油缸的输出力和动作速度，这种方式对于负载和速度变化的适应性较差，例如对于小负载，我们希望液压缸具有较大的动作速度，目前只能通过增大流量提高动作速度，此时较大的截面积可提供的大压力对于小负载来说又是一种浪费，对于供油量来说又是一种负担，理想的方式是有效面积减小，流量不变或小范围变化，而运行速度加快，从而提高效率；而对于大负载、慢速度的工况，虽然可以通过调小流量来降低速度，但此时较小的截面积却会使供油压力增高，使液压缸的承载力大大受限，因此，无论从承载力调节还是从传动比调节考虑，设计可变直径的液压缸都是极其必要的；目前虽然存在一些可变截面的液压缸，但是均是有级变化，无法实现连续的面积变化，适应性依然有限；另外，为了调节速度和压力，目前的液压系统需要负载的回路和大量的液压阀，设备成本高，故障率高，液压能损失大。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供了一种自调节液压传动装置，有效的解决了液压系统对于负载和速度变化的适应力差，结构复杂，能量损失大的问题。

其解决的技术方案是，一种自调节液压传动装置，包括第一缸体，第一缸体为上下两端开口的矩形，第一缸体的上下两端的开口内均安装有一个矩形板，矩形板与第一缸体的内壁贴合且两个矩形板均可上下滑动，第一缸体内安装有一个位于两个矩形板之间的活塞组件，活塞组件包括一个矩形的基板，基板上开有两个矩形槽，其中一个矩形槽的开口朝下，另一个矩形槽的开口朝上，每个矩形槽内均安装有一个矩形的伸缩板，伸缩板可在矩形槽内滑动，基板和伸缩板的前后两端均与第一缸体的内壁接触，每个矩形槽的底部均开有一个与活塞组件左侧的第一缸体空腔连通的连通孔；第一缸体的左端连通有液管，基板的右侧固定有第一活塞杆，第一活塞杆的右端伸出第一缸体外；液管向第一缸体内泵入液压油，活塞组件左侧的高压液压油经连通孔作用与两个伸缩板的底部，使两个伸缩板与同端的矩形板压紧。

所述的两个矩形板之间连接有拉簧。

所述的两个矩形板之间连接有电动伸缩杆。

所述的第一缸体的左端连接有第一转换单元，右端连接有第二转换单元，第一转换单元包括两个左右方向的第一齿条，两个第一齿条上下对称布置且齿相对，两个第一齿条的两端均连接在一起组成一个第一齿条框，第一齿条框内安装有一个不完全齿轮，不完全齿轮转动过程中，可交替与两个第一齿条啮合，第一齿条框与第一缸体之间设有一个第二缸体，液管的左端与第二缸体右端连通，第二缸体内安装有一个第二活塞，第二活塞的左端连接有一个第二活塞杆，第二活塞杆的左端与第一齿条框固定连接；第二转换单元包括两个左右方向的第二齿条和一个前后方向的转轴，两个第二齿条上下间隔布置，上侧的第二齿条的齿朝下，下侧的第二齿条的齿朝上，两个第二齿条的左右两端均固定连接组成一个第二齿条框，第一活塞杆可推动第二齿条框左右往复运动，转轴上前后间隔安装有两个齿轮，每个齿轮与转轴之间均设有棘轮机构，两个齿轮通过棘轮机构带动转轴转动的方向相同，上方的第二齿条与其中一个齿轮的上侧啮合，下方的第二齿条与另一个齿轮的下侧啮合。

所述的第一缸体与第二转换单元之间设有二级变速单元，二级变速单元包括第三缸体，第三缸体内安装有可左右运动的第三活塞，第三缸体内同轴套装有多个位于第三活塞右侧的缸套，最内的缸套内装有一个柱塞，柱塞右端与第二齿条框固定连接，多层缸套之间、缸套与第三缸体之间以及缸套与柱塞之间均贴合且可相对滑动，第三缸体右端固定有一个螺母，螺母上旋装有一个垂直于第三缸体轴线的螺纹杆，螺纹杆向第三缸体的轴向处移动可将其中的任意层缸套阻挡，被阻挡的缸套不能向右移动。

所述的每个矩形槽内均安装有将伸缩板向外顶出的压簧。

所述的伸缩板与矩形槽之间、伸缩板与矩形板之间均安装有密封条。

所述的棘轮机构包括圆周均布在转轴上的棘齿和安装在齿轮内孔中的棘爪，棘爪与棘齿配合，使齿轮只能带动转轴单向转动。

所述的不完全齿轮的有齿段的弧度大于175度小于180度。

本发明可无级调节液压缸的有效截面积，大大提高了对负载和速度变化的适应力，能够组成大传动比的无级变速机构，具有承载力大，传动效率高的优点，且无需复杂的液压回路和大量的液压阀，设备成本低，故障率低，液压能浪费量低。

附图说明

图1为两个矩形板用拉簧连接时第一缸体的主视剖视图。

图2为两个矩形板用电动伸缩杆连接时第一缸体的主视剖视图。

图3为第一缸体与第一转换单元、第二转换单元组合后的主视剖视图。

图4为第一缸体与第一转换单元、第二转换单元、二级变速单元组合后的主视剖视图。

图5为第二齿条框处的俯视图。

图6为图4中A位置的放大图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步详细说明。

由图1至图6给出，本发明包括第一缸体1，第一缸体1为上下两端开口的矩形，第一缸体1的上下两端的开口内均安装有一个矩形板2，矩形板2与第一缸体1的内壁贴合且两个矩形板2均可上下滑动，第一缸体1内安装有一个位于两个矩形板2之间的活塞组件，活塞组件包括一个矩形的基板3，基板3上开有两个矩形槽4，其中一个矩形槽4的开口朝下，另一个矩形槽4的开口朝上，每个矩形槽4内均安装有一个矩形的伸缩板5，伸缩板5可在矩形槽4内滑动，基板3和伸缩板5的前后两端均与第一缸体1的内壁接触，每个矩形槽4的底部均开有一个与活塞组件左侧的第一缸体1空腔连通的连通孔6；第一缸体1的左端连通有液管7，基板3的右侧固定有第一活塞杆8，第一活塞杆8的右端伸出第一缸体1外；液管7向第一缸体1内泵入液压油，活塞组件左侧的高压液压油经连通孔6作用与两个伸缩板5的底部，使两个伸缩板5与同端的矩形板2压紧。

所述的两个矩形板2之间连接有位于第一缸体1外拉簧9，两个矩形板2之间的距离可根据第一缸体1左侧的压力自动调节，当第一缸体1内的压力增大时，该压力推动矩形板2克服拉簧9的作用相背运动，同时该压力通过连通孔6作用与两个伸缩板5的底部，使两个伸缩板5外伸，与矩形板2保持压紧；反之，当第一缸体1内的压力减小时，在拉簧9的作用下，两个矩形板2和两个伸缩板5相向运动。

所述的两个矩形板2之间连接有电动伸缩杆10，通过电动伸缩杆10可精确控制两个矩形板2之间的距离，从而精确调节第一缸体1内腔的截面积。

所述的第一缸体1的左端连接有第一转换单元，右端连接有第二转换单元，第一转换单元包括两个左右方向的第一齿条11，两个第一齿条11上下对称布置且齿相对，两个第一齿条11的两端均连接在一起组成一个第一齿条11框，第一齿条11框内安装有一个不完全齿轮12，不完全齿轮12转动过程中，可交替与两个第一齿条11啮合，从而使第一齿条11框左右往复运动，第一齿条11框与第一缸体1之间设有一个第二缸体13，液管7的左端与第二缸体13右端连通，第二缸体13内安装有一个第二活塞14，第二活塞14的左端连接有一个第二活塞杆15，第二活塞杆15的左端与第一齿条11框固定连接，第一转换单元将不完全齿轮12的单向转动转换为第二活塞14的左右往复运动；第二转换单元包括两个左右方向的第二齿条16和一个前后方向的转轴17，两个第二齿条16上下间隔布置，上侧的第二齿条16的齿朝下，下侧的第二齿条16的齿朝上，两个第二齿条16的左右两端均固定连接组成一个第二齿条16框，第一活塞杆8可推动第二齿条16框左右往复运动，转轴17上前后间隔安装有两个齿轮18，每个齿轮18与转轴17之间均设有棘轮机构，两个齿轮18通过棘轮机构带动转轴17转动的方向相同，上方的第二齿条16与其中一个齿轮18的上侧啮合，下方的第二齿条16与另一个齿轮18的下侧啮合；第二齿条16框左右往复运动时带动两个齿轮18往复转动且两个齿轮18转动方向时刻相反，由于棘轮机构的作用，两个齿轮18只能向同一个方向带动转轴17转动，从而将第二齿条16框的左右往复运动转换为转轴17的单向持续转动；通过第一转换单元和第二转动转换单元，可将第一缸体1接入输入轴与输出轴之间，实现输入和输出之间的无极变速。

所述的第一缸体1与第二转换单元之间设有二级变速单元，二级变速单元包括第三缸体19，第三缸体19内安装有可左右运动的第三活塞20，第三活塞20左端与第一活塞杆8右端固定连接，第三缸体19内同轴套装有多个位于第三活塞20右侧的缸套21，最内的缸套21内装有一个柱塞22，柱塞22右端与第二齿条16框固定连接，多层缸套21之间、缸套21与第三缸体19之间以及缸套21与柱塞22之间均贴合且可相对滑动，第三缸体19右端固定有一个螺母23，螺母23上旋装有一个垂直于第三缸体19轴线的螺纹杆24，螺纹杆24向第三缸体19的轴向处移动可将其中的任意层缸套21阻挡，被阻挡的缸套21不能向右移动。

所述的每个矩形槽4内均安装有将伸缩板5向外顶出的压簧25，压簧25在第一缸体1左侧泄压时，也能使伸缩板5与矩形板2接触。

所述的伸缩板5与矩形槽4之间、伸缩板5与矩形板2之间均安装有密封条。

所述的棘轮机构包括圆周均布在转轴17上的棘齿26和安装在齿轮18内孔中的棘爪27，棘爪27与棘齿26配合，使齿轮18只能带动转轴17单向转动。

所述的不完全齿轮12的有齿段的弧度大于175度小于180度，使不完全齿轮12同一时间仅与其中一个第一齿条11啮合，同时，使不完全齿轮12与两个第一齿条11均不啮合的空档期尽量短。

本发明的第一缸体1可单独作为一个液压执行元件使用，具体工作过程为：负载加载在第一活塞杆8的右端，经液管7向第一缸体1左侧泵入液压油，液压油的压力由负载决定，如果两个矩形板2之间连接的是拉簧9，则两个矩形板2之间的间距可根据负载大小自动调节；当负载较大时，活塞组件左侧的压力较大，则该压力推动矩形板2克服拉簧9的作用相背运动，同时该压力通过连通孔6作用与两个伸缩板5的底部，使两个伸缩板5外伸，与矩形板2保持压紧，从而使第一缸体1的截面积和活塞组件的面积扩大，活塞组件的推力变大，相应的推进速度减慢；反之，当负载较小时，活塞组件左侧的压力减小，第一缸体1左侧的压力减小，在拉簧9的作用下，两个矩形板2和两个伸缩板5相向运动，从而使第一缸体1的截面积和活塞组件的面积减小，活塞组件的推力减小，相应的推进速度加快，从而实现根据负载大小自动调节推力与推进速度之间的关系的功能；

如果两个矩形板2之前是通过电动伸缩杆10连接，则可根据需要手动调节两个矩形板2之间的距离，从而将推进速度和活塞组件的承载能力调节到适合工况的理想值。

第一缸体1和第一转换单元以及第二转换单元配合，可实现无极变速功能：不完全齿轮12单向转动与两个第一齿条11交替啮合，带动第一齿条11框左右往复运动，第一齿条11框通过第二活塞杆15带动第二活塞14左右往复运动，第二活塞14向右运动时，将第二缸体13内的液压油经液管7泵入第一缸体1内，推动活塞组件向右运动，活塞组件经第一活塞杆8推动第二齿条16框向右运动，第二活塞14向左运动时，将第一缸体1内的液压油抽回第二缸体13内，活塞组件在右侧大气压的作用下向左运动，活塞组件拉动第二齿条16框向左运动；第二齿条16框左右往复运动时，会带动两个齿轮18往复转动且同一时刻两个齿轮18的转向相反，由于棘轮机构的作用，两个齿轮18只能带动转轴17向相同的方向单向转动，即两个齿轮18交替带动转轴17单向转动，从而将第二齿条16框的往复直线运动转换为转轴17的单向持续转动，从而实现不完全齿轮12输入，转轴17输出之间的传动；不完全齿轮12输入转速不变的情况下，通过电动伸缩杆10调节两个矩形板2之间的间距，可调节活塞组件左右往复运动的速度，从而调节转轴17的输出转速，由于矩形板2之间的间距可无极调节，因此可实现不完全齿轮12和转轴17之间的传动比的无极调节。

当第二转换单元与第一缸体1之间接入二级变速单元时，二级变速单元的工作原理为：通过转动螺纹杆24，使螺纹杆24沿第三缸体19的径向移动，当螺纹杆24向第三缸体19轴线处移动，螺纹杆24阻挡的缸套21数量多时，可随柱塞22移动的缸套21数量减少，即第三缸体19右端的内腔截面积减小，第三活塞20移动速度不变的情况下，柱塞22和可移动的缸套21的移动速度变大，即第二齿条16框的移动速度变大；反之，向远离第三缸体19轴线的方向移动，使可移动的缸套21的数量增多，即第三缸体19右端的内腔截面积增大，第三活塞20移动速度不变的情况下，柱塞22和可移动的缸套21的移动速度减小，即第二齿条16框的移动速度减小，从而实现传动比的调节；

二级变速单元可实现有级大范围调节传动比，第一缸体1可实现无级小范围调节传动比，二者配合，可实现无级大范围调节传动比。

本发明具有以下技术效果：

1、设计了一种可无级改变内腔截面的液压缸，从而根据负载大小任意调节顶出速度和推进力之间的关系，与拉簧9或电动伸缩杆10配合，具有根据负载大小自动调节和手动调节两种模式，大大提高了液压缸的通用性。

2、通过连通孔6，使第一缸体1内的压力作用与伸缩板5的底部，在改变截面积时使伸缩板5与矩形板2始终压紧，在调节面积的同时保持可靠的密封性。

3、通过与第一转换单元和第二转换单元的配合，可构成一个新形式的液压无级变速机构，具有承载力大，传动效率高的优点，且无需复杂的液压回路和大量的液压阀，设备成本低，故障率低，液压能浪费量低。

4、通过与二级变速单元结合结合，可实现大范围的无极变速。

Claims (9)

1.一种自调节液压传动装置，包括第一缸体（1），其特征在于，第一缸体（1）为上下两端开口的矩形，第一缸体（1）的上下两端的开口内均安装有一个矩形板（2），矩形板（2）与第一缸体（1）的内壁贴合且两个矩形板（2）均可上下滑动，第一缸体（1）内安装有一个位于两个矩形板（2）之间的活塞组件，活塞组件包括一个矩形的基板（3），基板（3）上开有两个矩形槽（4），其中一个矩形槽（4）的开口朝下，另一个矩形槽（4）的开口朝上，每个矩形槽（4）内均安装有一个矩形的伸缩板（5），伸缩板（5）可在矩形槽（4）内滑动，基板（3）和伸缩板（5）的前后两端均与第一缸体（1）的内壁接触，每个矩形槽（4）的底部均开有一个与活塞组件左侧的第一缸体（1）空腔连通的连通孔（6）；第一缸体（1）的左端连通有液管（7），基板（3）的右侧固定有第一活塞杆（8），第一活塞杆（8）的右端伸出第一缸体（1）外；液管（7）向第一缸体（1）内泵入液压油，活塞组件左侧的高压液压油经连通孔（6）作用与两个伸缩板（5）的底部，使两个伸缩板（5）与同端的矩形板（2）压紧。

2.根据权利要求1所述的一种自调节液压传动装置，其特征在于，所述的两个矩形板（2）之间连接有位于第一缸体（1）外拉簧（9）。

3.根据权利要求1所述的一种自调节液压传动装置，其特征在于，所述的两个矩形板（2）之间连接有电动伸缩杆（10），通过电动伸缩杆（10）可精确控制两个矩形板（2）之间的距离。

4.根据权利要求1所述的一种自调节液压传动装置，其特征在于，所述的第一缸体（1）的左端连接有第一转换单元，右端连接有第二转换单元，第一转换单元包括两个左右方向的第一齿条（11），两个第一齿条（11）上下对称布置且齿相对，两个第一齿条（11）的两端均连接在一起组成一个第一齿条（11）框，第一齿条（11）框内安装有一个不完全齿轮（12），不完全齿轮（12）转动过程中，可交替与两个第一齿条（11）啮合，从而使第一齿条（11）框左右往复运动，第一齿条（11）框与第一缸体（1）之间设有一个第二缸体（13），液管（7）的左端与第二缸体（13）右端连通，第二缸体（13）内安装有一个第二活塞（14），第二活塞（14）的左端连接有一个第二活塞杆（15），第二活塞杆（15）的左端与第一齿条（11）框固定连接，第一转换单元将不完全齿轮（12）的单向转动转换为第二活塞（14）的左右往复运动；第二转换单元包括两个左右方向的第二齿条（16）和一个前后方向的转轴（17），两个第二齿条（16）上下间隔布置，上侧的第二齿条（16）的齿朝下，下侧的第二齿条（16）的齿朝上，两个第二齿条（16）的左右两端均固定连接组成一个第二齿条（16）框，第一活塞杆（8）可推动第二齿条（16）框左右往复运动，转轴（17）上前后间隔安装有两个齿轮（18），每个齿轮（18）与转轴（17）之间均设有棘轮机构，两个齿轮（18）通过棘轮机构带动转轴（17）转动的方向相同，上方的第二齿条（16）与其中一个齿轮（18）的上侧啮合，下方的第二齿条（16）与另一个齿轮（18）的下侧啮合；第二齿条（16）框左右往复运动时带动两个齿轮（18）往复转动且两个齿轮（18）转动方向时刻相反。

5.根据权利要求4所述的一种自调节液压传动装置，其特征在于，所述的第一缸体（1）与第二转换单元之间设有二级变速单元，二级变速单元包括第三缸体（19），第三缸体（19）内安装有可左右运动的第三活塞（20），第三活塞（20）左端与第一活塞杆（8）右端固定连接，第三缸体（19）内同轴套装有多个位于第三活塞（20）右侧的缸套（21），最内的缸套（21）内装有一个柱塞（22），柱塞（22）右端与第二齿条（16）框固定连接，多层缸套（21）之间、缸套（21）与第三缸体（19）之间以及缸套（21）与柱塞（22）之间均贴合且可相对滑动，第三缸体（19）右端固定有一个螺母（23），螺母（23）上旋装有一个垂直于第三缸体（19）轴线的螺纹杆（24），螺纹杆（24）向第三缸体（19）的轴向处移动可将其中的任意层缸套（21）阻挡，被阻挡的缸套（21）不能向右移动。

6.根据权利要求1所述的一种自调节液压传动装置，其特征在于，所述的每个矩形槽（4）内均安装有将伸缩板（5）向外顶出的压簧（25）。

7.根据权利要求1所述的一种自调节液压传动装置，其特征在于，所述的伸缩板（5）与矩形槽（4）之间、伸缩板（5）与矩形板（2）之间均安装有密封条。

8.根据权利要求1所述的一种自调节液压传动装置，其特征在于，所述的棘轮机构包括圆周均布在转轴（17）上的棘齿（26）和安装在齿轮（18）内孔中的棘爪（27），棘爪（27）与棘齿（26）配合，使齿轮（18）只能带动转轴（17）单向转动。

9.根据权利要求1所述的一种自调节液压传动装置，其特征在于，所述的不完全齿轮（12）的有齿段的弧度大于175度小于180度。

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