CN206299620U - 一种斜盘式液压二次元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种斜盘式液压二次元件，通过仅改变斜盘变动角度及配流盘结构形式的条件下，使传统的液压柱塞泵具备了液压马达的功能，实现液压柱塞泵与液压马达的转换，无需另外配置液压马达，不仅减少了当前液压能量回收系统的经济成本，更大大减小了主机空间布局，使主机结构更加紧凑。同时，减少了液压系统配套管路，起到了进一步降低能量损耗的目的。二次元件开发产品经过试验验证及主机测试，均取得理想的效果，其在传统液压技术上取得了新的突破。

Description

一种斜盘式液压二次元件

技术领域

本实用新型涉及一种液压系统，具体涉及一种集液压泵与液压马达功能于一体的斜盘式液压二次元件。

背景技术

在环境污染、传统能源日益紧张的大背景下，节能减排、能量回收利用一直是工程机械产品技术创新的重点。其中液压传动系统以其能量密度大、功率密度高的特点，逐渐取代传统的机械传动系统，并很快成为工程机械行业的主力机型。传统液压传动上的节能研究主要集中在提高液压元件能量传递效率及与主机动力系统匹配性的方面，并取得了很好的效果。然而传统的节能研究较大程度上依赖于液压基础技术的发展，短时间内难有较大的突破。而高性能液压功率转换二次元件、与大功率蓄能元件开发技术的日益成熟，为工程机械输出能量的回收再利用创造了技术条件。

目前一些工程机械在液压系统能量回收的研究上，主要集中在采用将液压泵输出的多余液压能，通过控制阀单元的调控储存在蓄能器内。通过释放蓄能器内的高压油驱动液压马达，液压马达通过离合器等连接装置再带动液压泵或发动机等进行旋转，从而达到降低主机的能耗目的。由于该方式中需要增加液压马达，这样就相对得增加与其配套的系统管路，从而使主机空间布局变大，同时也增加了经济成本。液压能在增加的管路中流动时，相应的加大了一定的能量损耗，无法实现能量的最大化利用。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种液压二次元件，实现液压系统中能量回收的目的，同时减少液压马达与配套设备的使用，不仅减少了当前液压能量回收系统的经济成本，更大大减小了主机空间布局，使主机结构更加紧凑。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种斜盘式液压二次元件，使传统的液压柱塞泵在仅改变斜盘变动角度及配流盘结构形式的条件下具备了液压马达的功能，实现液压柱塞泵与液压马达的转换，无需另外配置液压马达，不仅减少了当前液压能量回收系统的经济成本，更大大减小了主机空间布局，使主机结构更加紧凑。

根据本实用新型的目的提出的一种斜盘式液压二次元件，包括发动机、液压柱塞泵以及用以收集液压柱塞泵输出多余液压能的蓄能器，所述发动机与所述液压柱塞泵通过一主轴连接，所述液压柱塞泵包括缸体、设置于所述缸体内部的柱塞组件、斜盘及配流盘，

所述液压二次元件还包括一变量缸组件，所述变量缸组件与所述斜盘连接，驱动所述斜盘沿液压柱塞泵的轴向偏转；所述配流盘上的进油口、出油口的卸荷槽均为三角槽与小孔配合的形式；

斜盘向左偏转至液压泵工位时，为液压泵工况，此时发动机运转，带动主轴、缸体及柱塞组件旋转，柱塞组件在斜盘上做往复运动，将机械能转化为液压能输出，输出的多余液压能储存在蓄能器内；斜盘反向向右偏转至液压马达工位时，为液压马达工况，此时，释放蓄能器，在压力油驱动下，柱塞组件往复运动带动主轴旋转，主轴驱动发动机运转，实现液压能转化为机械能输出，所述液压二次元件同时具备液压泵与液压马达的功能。

优选的，所述斜盘在液压泵工位及液压马达工位的偏转角度相同，方向相反。

优选的，所述变量缸组件包括一移动滑块，所述移动滑块与所述斜盘连接，所述变量缸组件垂直液压柱塞泵设置，所述移动滑块沿垂直液压柱塞泵的轴向往复滑动以调节斜盘倾斜角度。

优选的，所述移动滑块为沿移动方向设置的两组，两组移动滑块间设置有一缓冲机构。

优选的，所述缓冲机构为预压缩弹簧。

优选的，所述配流盘的外表面与所述缸体内表面相匹配，且为球面配流方式。

优选的，所述配流盘上设置有低压油口与高压油口，所述低压油口与所述高压油口间设置有对油液压力进行预压的缓冲孔与预压孔，所述缓冲孔与预压孔均设置于所述配流盘的分度圆上，所述缓冲孔为盲孔，所述预压孔与三角槽相通；所述低压油口与所述高压油口间还设置有卸荷孔，所述卸荷孔与缸体内腔相通，且位于所述配流盘的分度圆上。

优选的，所述液压柱塞泵中的滑履储油槽为螺旋槽与小孔配合的形式。

优选的，所述缸体呈锥柱型结构，各柱塞的中心线与所述缸体中心线间夹角为α，α为3-6°。所述缸体外表面与缸体中心线的夹角为β，β为3-6°。

优选的，所述柱塞的中心线与所述缸体中心线间夹角及所述缸体外表面与缸体中心线的夹角均为5°。

与现有技术相比，本实用新型公开的斜盘式液压二次元件的优点是：

通过仅改变斜盘变动角度及配流盘结构形式的条件下，使传统的液压柱塞泵具备了液压马达的功能，实现液压柱塞泵与液压马达的转换，无需另外配置液压马达，不仅减少了当前液压能量回收系统的经济成本，更大大减小了主机空间布局，使主机结构更加紧凑。同时，减少了液压系统配套管路，起到了进一步降低能量损耗的目的。二次元件开发产品经过试验验证及主机测试，均取得理想的效果，其在传统液压技术上取得了新的突破。

通过采用锥柱型结构的缸体，以满足液压马达高度工况及液压泵重载工况的需求，且进一步的减小了缸体整体体积。

此外，配流盘与缸体间采用球面配流的方式，且其进油口、出油口的卸荷槽均为三角槽与小孔配合的形式，以满足液压泵与液压马达不同工况的使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中二次元件的主视图。

图2为本实用新型中二次元件的俯视图。

图3为液压原理图。

图4为斜盘在液压泵工况时的俯视图。

图5为斜盘在液压马达工况时的俯视图。

图6为缸体的结构示意图。

图7为配流盘的结构示意图。

图8为现有技术中配流盘压强变化图。

图9为本实用新型中配流盘压强变化图。

图中的数字或字母所代表的相应部件的名称：

1、主轴 2、液压柱塞泵 3、变量缸组件

21、缸体 22、柱塞组件 23、斜盘 24、配流盘 241、低压油口 242、缓冲孔 243、预压孔 244、高压油口 245、卸荷孔 246、卸荷槽

31、移动滑块 32、缓冲机构 33、电磁比例控制阀 34、左腔室 35、右腔室

01、二次元件产品 02、变量缸组件 03、控制阀组件 04、高压溢流阀组件 05、低压阀组件 T:产品回油口 Ps：先导控制供油口 X1/X2：测压油口

具体实施方式

正如背景技术部分所述，目前一些工程机械在液压系统能量回收时需要增加液压马达，这样就相对得增加与其配套的系统管路，从而使主机空间布局变大，同时也增加了经济成本。液压能在增加的管路中流动时，相应的加大了一定的能量损耗，无法实现能量的最大化利用。

本实用新型针对现有技术中的不足，提供了一种斜盘式液压二次元件，使传统的液压柱塞泵在仅改变斜盘变动角度及配流盘结构形式的条件下具备了液压马达的功能，实现液压柱塞泵与液压马达的转换，无需另外配置液压马达，不仅减少了当前液压能量回收系统的经济成本，更大大减小了主机空间布局，使主机结构更加紧凑。

下面将通过具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请一并参见图1至图3，如图所示，一种斜盘式液压二次元件，用以实现液压泵与液压马达的转换，液压二次调节系统包括发动机(未示出)、液压柱塞泵2以及用以收集液压柱塞泵输出多余液压能的蓄能器(未示出)，发动机与液压柱塞泵通过一主轴1连接。

液压柱塞泵2包括缸体21、设置于缸体21内部的柱塞组件22、斜盘23及配流盘14，斜盘与液压柱塞泵共轴线时，没有能量输出，在液压泵工况时，斜盘需向左倾斜一定角度，柱塞组件在斜盘上做往复运动，将机械能转化为液压能输出。斜盘倾斜角度大小直接影响着柱塞的运动行程，从而调节液压泵的输出排量。

斜盘式液压二次元件还包括一变量缸组件3，变量缸组件3与斜盘23连接，斜盘的倾斜角度通过变量缸组件的运动进行调整。通过变量缸组件的运动驱动斜盘沿液压柱塞泵的轴向偏转。变量缸组件3包括一移动滑块31，移动滑块31与斜盘23连接，变量缸组件垂直液压柱塞泵设置，移动滑块沿垂直液压柱塞泵的轴向往复滑动以调节斜盘倾斜角度。初始状态下，斜盘与液压柱塞泵共轴线，此时没有能量输出。

如图4所示，做液压泵使用时，根据主机实际工况需要给电磁比例控制阀33施加一定的电流，先导控制供油口Ps控制压力油通过电磁比例控制阀33进入变量缸组件的左腔室34，推动变量缸组件3向右运动，变量缸组件3通过移动滑块31带动斜盘23发生角度变化，沿液压柱塞泵的轴线向左偏转，实现调节液压泵排量的目的，此时斜盘向左倾斜，为液压泵工位，实现液压泵的功能，此时发动机运转，带动主轴、缸体及柱塞组件旋转，柱塞组件在斜盘上做往复运动，将机械能转化为液压能输出，输出的多余液压能储存在蓄能器内。

如图5所示，做液压马达使用时，给电磁比例控制阀33施加相反方向的电流，先导控制供油口Ps控制压力油通过电磁比例控制阀33进入变量缸组件的右腔室35，推动变量缸组件3向左运动，变量缸组件3通过移动滑块31带动斜盘23发生相反角度的变化，沿液压柱塞泵的轴线向右偏转，此时斜盘向右倾斜，为液压马达工位，实现液压马达的功能，此时释放蓄能器，在压力油驱动下，柱塞组件往复运动带动主轴旋转，主轴驱动发动机运转，实现液压能转化为机械能输出。

其中，本实用新型中配流盘上的进油口、出油口的卸荷槽均为三角槽与小孔配合的形式；通过控制斜盘的正反向偏转，并结合配流盘的卸荷槽的结构设计，使得该元件满足液压泵与液压马达两种工况的需求。

斜盘在液压泵工位及液压马达工位的偏转角度相同，方向相反。通常情况下液压泵工况时斜盘向左侧偏转，液压马达工况时斜盘向右侧偏转，偏转角度也可不同，偏转角度的大小直接影响着输出流量。具体根据需要而定。本实用新型中在两种工况下均选择偏转20°，以更好的满足使用需求，具体角度不做限制。

优选的，移动滑块为沿移动方向设置的两组，两组移动滑块间设置有一缓冲机构。缓冲机构为预压缩弹簧。通过计算与仿真分析，变量缸组件内置预压缩弹簧后，保证液压泵与液压马达工况间的稳定变向，达到减小冲击的作用，合理的弹簧配置，也保证了二次元件的线性比例变量的性能要求。

如图6所示，为满足液压马达高速工况、及液压泵重载工况的需求，缸体21经计算仿真分析，缸体呈锥柱型结构，柱塞的中心线与缸体中心线间夹角为α，α为3-6°。缸体外表面与缸体中心线的夹角为β，β为3-6°。优选的，柱塞的中心线与缸体中心线间夹角及缸体外表面与缸体中心线的夹角均为5°。通过采用锥形设计结构的缸体，不同于传统的柱形缸体，锥形缸体的转速较传统柱形缸体提高20％左右，且在满足高速的需要同时，进一步减小了产品的整体结构。

目前，直轴式液压柱塞泵、马达在设计时，为保证较好的容积效率及机械效率，配流盘采用闭死区过渡角均大于柱塞腔通油孔包角的结构，以使配流盘高、低压油口之间具有可靠的隔离和密封作用。而采用这种的配流盘，当柱塞从低压油口接通高压油口时，柱塞腔内封闭的油液会受到瞬间压缩产生的冲击压力；当柱塞腔从高压油口接通低压油口时，封闭的油液会瞬间膨胀产生冲击压力。这种高、低压交替出现的压力冲击严重降低了产品流量脉动性能，产生噪音和功率损耗以及周期性的冲击载荷，从而对产品的寿命造成很大影响。

直轴式液压柱塞泵、马达由于其工况完全相反，因此其各自配流盘设计存在较大差异，这就限制了其各自的使用具有不可逆性。因此，本实用新型中的斜盘式液压二次元件开发产品通过创新性的设计，解决了其不可逆的特性问题，创造性的实现了配流盘适用于液压泵、液压马达工况。如图7所示，配流盘24与缸体21采用球面配流方式，在低压油口至高压油口之间，设计有缓冲孔242，直径为2.8mm，深度5mm，处于高、低压油口分度圆上，圆的中心距离柱塞腔闭死区边缘2～3mm范围内。缓冲孔242对柱塞腔油液压力起到预压的作用，同时由于是盲孔也具有一定的弹簧作用，减小摩擦副间的摩擦力，使过渡区表面预压缩、及改善润滑的条件。预压孔243，直径为1mm，其与三角形的卸荷槽246相通，相通的圆直径为3mm。处于高、低压油口分度圆上，圆的中心距离在柱塞腔闭死区边缘。由于预压孔243具有阻尼孔的原理，对柱塞腔压力起到进一步预压缩的作用，较小压力冲击。卸荷孔245直径为1.2mm，其与缸体内腔相通，相通的圆直径为4mm。处于高、低压油口分度圆上，圆的中心在柱塞腔闭死区边缘处。卸荷孔对柱塞腔油液从高压到低压间因压力减小产生急剧膨胀造成的压力冲击及气蚀现象起到很多减小效果。同时，配流盘高压油口切换至低压油口所产生的气蚀，会在吸油时产生气泡，并带入高压区，在柱塞腔中会瞬间破灭，造成极大的震动和噪声，而卸荷孔245可将产生的气泡排掉，从而起到减小震动和噪音的作用，同时也很好的改善了产品的吸油效果。

缓冲孔242、预压孔243、卸荷孔245与传统的三角形卸荷槽246设计相结合，实现了柱塞腔在接通高、低压油口时，腔内压力的平缓过渡，从而消除了压力冲击带来的危害。将直轴式液压柱塞泵、马达二者的功能合二为一变成了可能，保证了二次元件产品开发的成功。

参见图8与图9，通过对配流盘上的卸荷槽的结构形式做改进，与传统结构形式的配流盘相比，本实用新型中的结构形式在工作时压强更趋于稳定。

此外，液压柱塞泵中的滑履储油槽为螺旋槽与小孔配合的形式。以满足工况间的转换需求。

本实用新型公开了一种斜盘式液压二次元件，通过仅改变斜盘变动角度及配流盘结构形式的条件下，使传统的液压柱塞泵具备了液压马达的功能，实现液压柱塞泵与液压马达的转换，无需另外配置液压马达，不仅减少了当前液压能量回收系统的经济成本，更大大减小了主机空间布局，使主机结构更加紧凑。同时，减少了液压系统配套管路，起到了进一步降低能量损耗的目的。二次元件开发产品经过试验验证及主机测试，均取得理想的效果，其在传统液压技术上取得了新的突破。

通过采用锥柱型结构的缸体，以满足液压马达高度工况及液压泵重载工况的需求，且进一步的减小了缸体整体体积。

此外，配流盘与缸体间采用球面配流的方式，且其进油口、出油口的卸荷槽均为三角槽与小孔配合的形式，以满足液压泵与液压马达不同工况的使用需求。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种斜盘式液压二次元件，包括发动机、液压柱塞泵以及用以收集液压柱塞泵输出多余液压能的蓄能器，所述发动机与所述液压柱塞泵通过一主轴连接，所述液压柱塞泵包括缸体、设置于所述缸体内部的柱塞组件、斜盘及配流盘，其特征在于：

所述液压二次元件还包括一变量缸组件，所述变量缸组件与所述斜盘连接，驱动所述斜盘沿液压柱塞泵的轴向偏转；所述配流盘上的进油口、出油口的卸荷槽均为三角槽与小孔配合的形式；

斜盘向左偏转至液压泵工位时，为液压泵工况，此时发动机运转，带动主轴、缸体及柱塞组件旋转，柱塞组件在斜盘上做往复运动，将机械能转化为液压能输出，输出的多余液压能储存在蓄能器内；斜盘反向向右偏转至液压马达工位时，为液压马达工况，此时，释放蓄能器，在压力油驱动下，柱塞组件往复运动带动主轴旋转，主轴驱动发动机运转，实现液压能转化为机械能输出。

2.根据权利要求1所述的斜盘式液压二次元件，其特征在于：所述斜盘在液压泵工位及液压马达工位的偏转角度相同，方向相反。

3.根据权利要求1所述的斜盘式液压二次元件，其特征在于：所述变量缸组件包括一移动滑块，所述移动滑块与所述斜盘连接，所述变量缸组件垂直液压柱塞泵设置，所述移动滑块沿垂直液压柱塞泵的轴向往复滑动以调节斜盘倾斜角度。

4.根据权利要求3所述的斜盘式液压二次元件，其特征在于：所述移动滑块为沿移动方向设置的两组，两组移动滑块间设置有一缓冲机构。

5.根据权利要求4所述的斜盘式液压二次元件，其特征在于：所述缓冲机构为预压缩弹簧。

6.根据权利要求1所述的斜盘式液压二次元件，其特征在于：所述配流盘的外表面与所述缸体内表面相匹配，且为球面配流方式。

7.根据权利要求1所述的斜盘式液压二次元件，其特征在于：所述配流盘上设置有低压油口与高压油口，所述低压油口与所述高压油口间设置有对油液压力进行预压的缓冲孔与预压孔，所述缓冲孔与预压孔均设置于所述配流盘的分度圆上，所述缓冲孔为盲孔，所述预压孔与三角槽相通；所述低压油口与所述高压油口间还设置有卸荷孔，所述卸荷孔与缸体内腔相通，且位于所述配流盘的分度圆上。

8.根据权利要求1所述的斜盘式液压二次元件，其特征在于：所述液压柱塞泵中的滑履储油槽为螺旋槽与小孔配合的形式。

9.根据权利要求1所述的斜盘式液压二次元件，其特征在于：所述缸体呈锥柱型结构，各柱塞的中心线与所述缸体中心线间夹角为α，α为3-6°，所述缸体外表面与缸体中心线的夹角为β，β为3-6°。

10.根据权利要求9所述的斜盘式液压二次元件，其特征在于：所述柱塞的中心线与所述缸体中心线间夹角及所述缸体外表面与缸体中心线的夹角均为5°。