CN1250846A - 轴向柱塞式液压变量泵或变速马达 - Google Patents

Abstract

轴向柱塞式液压变量泵或变速马达的特征是:其旋转柱塞缸体的同一圆周上设置有偶数个柱塞孔及其柱塞9,每两个对称于缸体中心点的柱塞孔的直径相同,柱塞由弹簧复位或/或通过液压操控方式控制,柱塞顶部具有球铰与滑靴11铰接,在滑靴内设有单向阀;所述斜盘的固定在端盖13上,以固定的r角倾斜,或通过其顶部浮动连接在双作用油缸的活塞20上,以可变动的r角倾斜;在柱塞缸体的圆周边分布有单作用缸,配油盘7上对应条形供、回油带及高压进、回油腰形窗连通。能够实现有级或无级变量泵或变速马达。

Description

轴向柱塞式液压变量泵或变速马达

本发明涉及液压传动机械领域，特别是一种轴向柱塞式液压变量泵或变速马达。

现有的液压传动系统，无论是国内的还是国外的，通常采用的还是定速液压马达及定量液压泵，工作机械速度等的调节仍须采用传统笨重的液压(或液力等)传动机械等低效率高能耗传动方式来实现。有少数被采用的调速液压马达及变量液压泵，它们采用以下的方式来实现其调速或改变液流量的功能：

1.利用节流阀控制输入马达(或泵输出)的液流量从而达到调速(或变量)的目的，但此种调速(或变量)方式导致系统产生很高的噪音和大量的发热，因此，系统的工作效率十分低下。

2.在同一轴上增加独立液压元件的排数，通过改变各排液压元件之间的串联或并联关系来改变液压马达或液压泵的排量进而达到变速或变量的目的。此外，就变量而言，也有将多个液压泵串联或并联以后来实现的。无论具体做法如何，此类方式的致命弱点是系统体积庞大、生产成本太高，而可供系统调速或变量的级数却很少。

3.通过改变斜盘角度(г角)来改变马达或泵的排量从而实现液压传动系统的无级调速或无级变量，如96120894专利申请。此方式克服了前述两种方法的诸多不足如体积、成本、效率、噪音等问题，然而此调速或变量方式无法超越同时也是制约它在工程实践中大量应用的关键问题在于它所能提供给系统的调速或变量的范围非常狭窄，故而实际应用时，还必须辅助以其它传统的传动方式方能提供给工作机械必需的调速或变量范围，如此一来，其原有的优点似乎也就不复存在了。

本发明的目的是：提供一种在旋转柱塞缸体的同一圆周上设置偶数个柱塞孔及其柱塞，通过液压操控方式来控制不同直径的工作柱塞数，或同时通过电液伺服阀控制调整斜盘倾角(г角)，达到有级、无级调速或变量的轴向柱塞式液压变量泵或变速马达。

本发明的上述目的是通过这样的技术方案实现的，即一种轴向柱塞式液压变量泵或马达，包括壳体、斜盘、转动柱塞缸体、端盖或双作用油缸、由柱塞缸体带动旋转的花键传动轴，其特征在于：在柱塞缸体的同一圆周上设置有偶数个柱塞孔及其柱塞，每两个对称于缸体中心点的柱塞孔的直径相同，其内的柱塞由弹簧复位和液压操控方式控制运动，或通过液压操控方式控制运动，柱塞具有顶底连通的油道，其顶部具有球铰与滑靴铰接，在滑靴内设有单向阀；所述斜盘固定在端盖上，以固定的г角倾斜，或通过其顶部浮动连接在双作用油缸的活塞上，以可变动的г角倾斜；在柱塞缸体的圆周边分布有单作用缸，每个单作用缸具有油道孔，与固定在柱塞缸体底部壳体上的配油盘上对应条形供、回油带相通，配油盘上具有分别与柱塞孔连通的高压进油腰形窗和低压回油腰形窗。

本发明的上述结构可以通过附图给出的实施例进一步说明。

本发明下附图：

图1为轴向柱塞式液压变量马达实施例1的轴向剖视图；

图2是滑靴单向阀的局部放大剖视图；

图3是单作用油缸的局部放大剖视图；

图4为配油盘7的配流示意图；

图5为柱塞缸体端面供油示意图；

图6为单作用油缸在柱塞缸体周边的分布示意图；

图7为柱塞的构造示意图；

图8是轴向柱塞式液压变量马达实施例2的轴向剖视图；

图9是轴向柱塞式液压变量泵实施例的轴向剖视图。

参见附图1～7，图1所示轴向式柱塞液压变速马达实施例1中包括包括壳体6、斜盘12、转动柱塞缸体8、端盖13、由柱塞缸体带动旋转的花键传动轴5，其特征在于：在柱塞缸体的同一圆周上设置有偶数个柱塞孔及其柱塞9，每两个对称于缸体中心点的柱塞孔的直径相同，其内的柱塞通过液压操控方式控制运动，柱塞具有顶底连通的油道，其顶部具有球铰与滑靴11铰接，在滑靴内设有单向阀；斜盘12固定在端盖13上，以固定的г角倾斜；在柱塞缸体的圆周边分布有单作用缸，通过油道孔与固定在柱塞缸体底部壳体上的配油盘7上对应条形供、回油带相通，配油盘上具有分别与柱塞孔连通的高压进油腰形窗A和低压回油腰形窗B。

图1中的花键传动轴5的一端与柱塞缸体8相连，另一端安装有轴套3，轴套通过轴承组4支承在壳体6上，轴套内的轴端面上安装有弹簧2和调整螺钉1，由其轴向调节，使柱塞缸体与配油盘7保持一定厚度的油膜接触；柱塞缸体在柱塞缸体另一端用轴承10支承在壳体内。

在本实施例中，设有4对不同直径的柱塞孔及柱塞9，柱塞的球铰与滑靴11铰接，在滑靴内设有单向阀如图2所示，由弹性卡圈14、顶簧15、钢球16构成；当滑靴与斜盘12接触时，单向阀被斜盘顶开，滑靴与斜盘之间可保持一定厚度的油膜接触；当滑靴与斜盘不接触时，单向阀在弹簧作用下自动关闭，柱塞中的液压油不致泄漏。

柱塞缸体8上沿周边分布有6个(3对)单作用油缸，其具体分布形式如柱塞缸体的径向剖视图6所示。图3则为单作用油缸的结构放大图，它由复位弹簧17、活塞18、进回油道a等部分组成。

图5为柱塞缸体8与配油盘接触端面的示意图，图中，6个(3对)分别与单作用油缸相通的油道孔a-a′、b-b′、c-c′顺次成对地对称分布在自外向内的三个不同直径的圆周上，每对位于同一圆周上的油道孔在工作时同时供、回油。

图4是配油盘7与柱塞缸体8接触端面的示意图，图中配油盘上的I、II、III三条环形供、回油带分别与图5中的a-a′、b-b′、c-c′油道孔相对应；A为高压油进油腰形窗孔，负责为柱塞供油；B为低压油回油腰形窗孔，负责为柱塞回油。A、B油窗间设有一宽度为E且不小于柱塞缸体8端部柱塞进油口孔径D的隔离带，以确保进、回油腔不能连通。配油盘7固定在壳体6上，无相对于壳体的运动。I、II、III三条环形供、回油道以及A高压进油腰形窗孔、B低压回油腰形窗孔等的油路将通过在壳体内开设对应的孔洞再外接相应的油管来实现。

柱塞9的构造特点如图7所示，在柱塞根部开有一个圆环状凹槽，该凹槽底部设计为弧形，凹槽两侧靠近柱塞表面的部分设为环形平面，其宽度为e。凹槽及其环形平面的作用是使柱塞缸体上单作用油缸内的活塞杆18在需要时能顺利进入该凹槽并将活塞锁定。柱塞根部设计一较大的圆角，它可使柱塞在回程(排油)时不致被活塞杆18阻挡。

以上所述的轴向柱塞式液压变速马达为多级调速方式的主要结构，要实现该马达的无级调速还必须在前述构造的基础上，使斜盘12的г角可调。图8表示了完成这一功能的构造措施——在图1即多级调速轴向式柱塞液压马达的基础上加上双作用油缸来调节斜盘12的г角。图中，双作用油缸由指示杆19、活塞20、双作用油缸体21、浮动销子22构成，其中销子22与斜盘12固定。斜盘12的г角的改变即是靠活塞20带动销子22后完成的。

该无级调速液压马达与无级变量液压泵在结构上是不可逆的，即上述结构不能直接用作泵。但只需在柱塞与柱塞缸体间加上弹簧23，使柱塞空腔具有自动吸油的功能，则无级变量液压泵的结构及功能要求即可实现。图9表示了轴向柱塞式液压无级变量泵的结构，从图中可以看出：除增加了弹簧23外，其余结构均同液压无级变量马达。

本发明变速马达的工作原理叙述如下：

如图1、图4所示，当配油盘7上的A高压进油腰形窗孔由外接油路提供高压工作油时，与之相对应的柱塞缸体8上的部分柱塞9在液压油的压力作用下外伸压向斜盘12，由于斜盘12具有一定的倾角г，所以，根据力学原理，斜盘12给柱塞9的反作用力必将产生一个沿柱塞缸体8的圆周方向的切向分力。由于斜盘12无法转动，该切向分力必然迫使柱塞9带动柱塞缸体8按切向分力所指的方向旋转(按图5的投影方向看应为顺时针旋转)，于是，力矩与转速通过花键传动轴5等输出。与此同时，由于柱塞缸体8的旋转，与配油盘的B低压回油腰形窗孔相对应的另一部分柱塞在斜盘的作用下向柱塞缸体内运动(收缩)，使柱塞腔的容积减小，腔内原来由A高压进油腰形窗孔注入的液压油便被挤出柱塞腔并通过B低压回油腰形窗孔及外接油路排回油箱。

综上所述，只要不断地输入液压油，就会导致柱塞缸体的旋转；旋转又导致排油的过程周而复始地循环下去，恒定的扭矩与转速便可通过花键传动轴等源源不断地向外输出了。

当需要本液压马达有级变速时，只需有选择地成对锁定处于关于柱塞缸体圆心对称位置且直径相同的柱塞即可。其具体的变速原理及动作过程如下：如图1、图3、图4、图5所示，假定要锁定与图5中a、a′油道相对应的一对柱塞，可以通过外接控制油路、马达壳体等，将控制油输入配油盘7的环形供回油道I并进入a、a′油道，在此控制油的油压作用下，相应的一对单作用油缸内的活塞向柱塞孔方向运动。同时，柱塞在随同柱塞缸体旋转时的排油过程中；在斜盘的作用下向柱塞缸体内运动，当柱塞运动到最内也即图1中位于下部的柱塞所处的位置时，单作用油缸的活塞杆插入柱塞端部的环槽，柱塞被锁定。之后，处于对称位置的另一柱塞在重复前一柱塞的动作过程后也被锁定。如此依次锁定了与a、a′油道相对应的一对柱塞后，实际参加工作(吸、排油)的柱塞数由原来的8个(4对)减少为6个(3对)，于是整个马达的排量变小了。在输入马达的动力液压油压力及油量不变的前提下，马达输出的转速必然加大而输出的扭矩变小。如果要求恢复马达原来的工作状态，则只需对原来锁定柱塞的单作用油缸泄压(将压力油通过原供油通道与油箱接通)即可，这样，单作用油缸内的活塞在弹簧力及柱塞缸体旋转所致的离心力共同作用下，将退出柱塞环槽从而释放被锁定的柱塞。柱塞被释放后，自动重新参加工作，马达的柱塞又恢复到原来的工作状态。同理，需要时，亦可将与b-b′或c-c′油道孔相对应的直径各不相同(直径不同，其参与工作与否对液压马达或液压泵的排量的影响也不同)的柱塞成对锁定，从而达到从马达获得不同扭矩和转速的目的。

本发明马达变速的本质在于操控液压马达的排量，即：在输入的动力液压油压力及油量不变的前提下，马达的排量变小时，其输出的扭矩变小而输出的转速变大，反之亦然。由此，本液压变速马达排量的改变可以通过两种途径来实现：要么锁定或释放柱塞即改变实际参加工作的柱塞数；要么改变柱塞的直径，仅从改变工作柱塞数的角度不难想象，既然可以锁定与图5中a、a′油道相对应的一对柱塞，当然也就可以锁定与图5中b、b′或c、c′油道相对应的其他成对柱塞；既然可以锁定一对，当然也就可以锁定两对或者三对柱塞。由于本实施例中液压马达设有8个(4对)柱塞且有4种不同的柱塞直径(每对处在关于柱塞缸体中心轴对称位置上的两个柱塞的直径相同，如图5中之虚线圆或图6所示)，通过对实际参与工作的柱塞数进行不同的搭配与组合，可以得到不同的排量最终获得不同的马达输出扭矩与转速。本专利附图1所示的8柱塞马达仅通过三对单作用油缸控制三对柱塞以形成不同的工作柱塞组合后，即可以获得8级速度。可以设想，如果用四对单作用油缸控制四对柱塞；或者从设计上改变马达柱塞的总对数，则马达变速的级数几乎是随心所欲的(如果工作机械需要的话)。有关这些多级马达的具体组成方式、工作过程或原理等等，完全可以根据上述原理类推，此处就不再一一赘述。

在上述多级调速液压马达的基础上，只要改变斜盘的倾角(г角)，即可使工作柱塞的行程改变从而改变马达的排量并最终达到马达变速的目的。其具体工作过程和工作原理如下：

如图8所示，来自外供控制油源的压力油经双作用油缸缸体21的油孔分别进入两端面作用面积相等的活塞20两端的A或B油腔，推动活塞20左右移动。此时，与销子22连为一体的斜盘12必然随之作相应的运动从而改变斜盘12的倾角г角。由于г角的变化是连续或线性的，故马达排量的改变也是连续或线性的，因而马达速度的变化就是无级的。

驱动双作用油缸工作的外供控制油源可用DY-02型电液饲服阀或其他电液伺服阀控制，通过调节电液伺服阀的输入电流来实现调速。活塞20上安装有指示杆19作为电液伺服阀电气控制系统中反映斜盘或柱塞位置的反馈元件，电液伺服阀控制下的斜盘倾角调节量应与有级变速时级于级之间的速度变化相协调，以达到无级调速的目的。

本发明的多级或无级变量液压泵的工作原理几乎是多级或无级调速液压马达的逆过程。前以述及，只需将上述液压马达稍作结构上的改造即在柱塞与柱塞缸体间加上弹簧23，使柱塞空腔具有自动吸油的功能，如图9所示，即可作为液压泵使用。

与现有的液压传动装置相比，本发明通过外供控制油路控制单作用油缸锁定或释放柱塞，使实际参与工作的柱塞数发生变化并且采用不同的柱塞直径，再通过电液控制方式改变斜盘的倾角г最终实现无级调速或无级变量的。因此，它的出现，真正解决了现有液压传动系统所存在的种种弊端，为各类机械和液压传动系统的发展更新提供了先进可靠的保障。本实用新型构思独特新颖；理论严谨有据；构造简单精巧；设计制造容易；安装布置方便。它体积小；噪音低；造价廉；发热少；效率高；调速或变量范围大；适用范围十分宽广，可广泛应用于汽车工业、船舶工业、各种工程机械、各种现代工业生产设备、各种民用机械装置等等。由于它能方便的采用电液伺服控制系统，可以方便地与计算机实现对接，其实用意义是可想而知的。

Claims (6)

1.一种轴向柱塞式液压变量泵或马达，包括壳体(6)、斜盘(12)、转动柱塞缸体(8)、端盖(13)或双作用油缸(19、20、21)、由柱塞缸体带动旋转的花键传动轴(5)，其特征在于：在柱塞缸体的同一圆周上设置有偶数个柱塞孔及其柱塞(9)，每两个对称于缸体中心点的柱塞孔的直径相同，其内的柱塞由弹簧23复位和液压操控方式控制运动，或通过液压操控方式控制运动，柱塞具有顶底连通的油道，其顶部具有球铰与滑靴(11)铰接，在滑靴内设有单向阀；所述斜盘固定在端盖(13)上，以固定的г角倾斜，或通过其顶部浮动连接在双作用油缸的活塞(20)上，以可变动的г角倾斜；在柱塞缸体的圆周边分布有单作用缸，每个单作用缸具有油道孔，与固定在柱塞缸体底部壳体上的配油盘(7)上对应条形供、回油带相通，配油盘上具有分别与柱塞孔连通的高压进油腰形窗A和低压回油腰形窗B。

2.根据权利要求1所述的轴向柱塞式液压变量泵或马达，其特征在于：花键传动轴(5)的一端与柱塞缸体8相连，另一端安装有轴套(3)，轴套通过轴承组(4)支承在壳体(6)上，轴套内的轴端面上安装有弹簧(2)和调整螺钉(1)，

3.根据权利要求1所述的轴向柱塞式液压变量泵或马达，其特征在于：在滑靴内设有单向阀如图(2)所示，由弹性卡圈(14)、顶簧(15)、钢球(16)构成。

4.根据权利要求1所述的轴向柱塞式液压变量泵或马达，其特征在于：柱塞缸体周边分布的单作用油缸，由复位弹簧(17)、活塞(18)、进回油道组成。

5.根据权利要求1所述的轴向柱塞式液压变量泵或马达，其特征在于：柱塞(9)在根部开有一个圆环状凹槽，该凹槽底部为弧形，凹槽两侧靠近柱塞表面的部分为环形平面。

6.根据权利要求1所述的轴向柱塞式液压变量泵或马达，其特征在于：双作用油缸由指示杆(19)、活塞(20)、双作用油缸体(21)、浮动销子(22)构成，其中销子(22)与斜盘(12)固定。

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