專利名稱：緊湊的偏心式徑向活塞液壓機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及諸如泵和液壓發(fā)動機之類的液壓機，并且更確切地涉及具有抵靠于偏心軸徑向地運動的活塞的此種液壓機。
背景技術：
通常類型的徑向活塞泵包括本體，該本體具有多個氣缸，這些氣缸圍繞驅(qū)動軸徑向設置并且用于容納活塞。每個氣缸內(nèi)可滑動地接納有活塞，由此在氣缸內(nèi)部限定腔室。軸具有離心凸輪，且活塞由彈簧偏置成騎靠于凸輪，并且在活塞和凸輪之間具有線接觸。傳統(tǒng)泵的活塞和偏心凸輪之間的線接觸限制該裝置的承載能力，并且在活塞與孔的交界部上設置力矩。入口端口將流體供給至入口通道，且該入口通道通過單獨的入口止回閥而聯(lián)接于每個氣缸腔室。一組出口止回閥將氣缸腔室聯(lián)接于引至泵的出口端口的出口通道。隨著驅(qū)動軸由外部電動機或發(fā)動機所旋轉，偏心凸輪致使活塞循環(huán)地滑入和滑出氣缸，由此減小和擴大相應氣缸腔室的容積。在每個活塞循環(huán)的進氣階段過程中，當給定的氣缸腔室容積擴大時，進口止回閥打開，使得流體能從進口通道被抽出并進入氣缸腔室。在每個活塞循環(huán)隨后的排氣階段過程中，當氣缸腔室的容積減小時，流體在壓力作用下通過出口止回閥排出并通過出口端口。在偏心凸輪的每次旋轉過程中，流體吸入階段和排出階段反復地發(fā)生。在任何時間點，徑向設置的氣缸中的一些處于吸入階段，而其它氣缸處于排出階段。當傳統(tǒng)的止回閥泵處于全行程時，噪聲水平相對較低，這是由于不存在軸向和外部偏心徑向活塞泵和發(fā)動機的閥板或樞軸計量中所發(fā)現(xiàn)的高壓計量噪聲。傳統(tǒng)的徑向活塞泵通常直徑相對較大，以容納將每個氣缸的外端關閉的偏置彈簧和柱塞。在許多安裝情形中，用于泵的空間量受限，因此希望減小泵的尺寸。更確切地說，很多時候，泵安裝在發(fā)動機或變速箱旁，且徑向空間受限，從而阻礙傳統(tǒng)徑向活塞泵的安裝。與徑向活塞泵有關的另一問題在于當驅(qū)動軸旋轉時，力矩施加在每個活塞的桿上。該力矩產(chǎn)生將活塞推靠于氣缸壁的側力，且活塞在該氣缸中滑動。該側力阻礙活塞滑動并且由此是不理想的。與內(nèi)部偏心徑向活塞泵有關的附加效率問題由于如下需求而產(chǎn)生殼體需要充滿流體，以用于排量控制或者用于滑動摩擦表面潤滑。采用完整的曲軸箱，旋轉的偏心凸輪會遭遇致使該裝置效率降低的顯著風阻損失。另一益處是除了進行孔運動的微載活塞以外、 不具有滑動摩擦元件的該設計可用在低潤滑性的油中，并且甚至利用諸如水之類的液體在減小壓力下使用。本發(fā)明通過提供如下所述的徑向緊湊性、增強的功率密度并且改進效率而解決現(xiàn)有泵的問題。

發(fā)明內(nèi)容
新穎的液壓機包括氣缸體，該氣缸體具有兩個端面，在這兩個端面之間的是側面。 第一端口和第二端口形成在氣缸體中，用于與該氣缸體的液壓連接。多個氣缸徑向地設置在氣缸體中，且每個氣缸具有穿過側面的開口。閉合帶與外表面配合并且將多個氣缸的開口關閉。在多個氣缸中的每個氣缸內(nèi)可滑動地接納單獨的活塞組件。驅(qū)動軸可旋轉地接納在氣缸體中并且具有偏心凸輪，用以驅(qū)動多個氣缸內(nèi)的多個氣缸。液壓機的一個方面提供與每個氣缸相關聯(lián)的至少一個閥，以對氣缸和第一和第二端口中每個端口之間的流體流動進行控制。在一個實施例中，多個第一孔形成在表面之一中，而多個第二孔形成在同一個的或另一個端面中。多個第一閥位于第一孔中，并且在第一端口和多個氣缸中的一個氣缸之間選擇性地提供流體通路。多個第二閥位于第二孔中，并且在第二端口和多個氣缸中的一個氣缸之間選擇性地提供另一流體通路。在一個型式中， 第一和第二閥中的每個閥都是被動式的。在另一型式中，第一和第二閥中的每個閥是電氣操作的并且較佳的是二位二通閥。在另一實施例中，多個孔形成在第一端面中。多個三通閥位于第一孔中，選擇性地提供多個氣缸中的一個氣缸與第一和第二端口之間的流體通路。在一較佳型式中，每個三通閥是電氣操作的三位閥。本發(fā)明液壓機的另一方面在于每個活塞組件包括連接有活塞桿的活塞。該活塞桿包括具有弧形底板的桿，該弧形底板具有一表面，而力通過該表面施加于偏心凸輪?；钊麠U底板的表面具有比桿的最大橫截面積更大的表面積。底板將來自活塞桿的力分布在偏心凸輪的更大區(qū)域上，由此允許更高的載荷承載。保持環(huán)圍繞驅(qū)動軸延伸并且與每個活塞桿的弧形底板配合，由此使每個活塞桿保持朝向偏心凸輪。該保持環(huán)消除對于彈簧的需求，該彈簧用在先前的液壓機中，以使活塞或活塞桿偏置抵靠于驅(qū)動軸凸輪。還描述了用于將活塞桿聯(lián)接于活塞、以減小活塞和氣缸的壁之間的側向力的若干替代裝置。這些側向力趨于阻礙活塞在氣缸中的滑動。


圖1是包括根據(jù)本發(fā)明的徑向活塞式液壓機的開環(huán)液壓系統(tǒng)的示意圖；圖2是示出液壓機中的氣缸和活塞構造的徑向剖視圖；圖3是沿圖2中剖線3-3所剖取的徑向活塞液壓機的軸向剖視圖；圖4是示出活塞和活塞桿的第二種構造的部分徑向剖視圖；圖5是說明活塞和活塞桿的第三種構造的部分徑向剖視圖；圖6是圖3所示實施例的一變型的部分徑向剖視圖，其中用于每個氣缸的入口和出口止回閥位于液壓機的氣缸體中的同一個孔中；圖7是液壓機的一種型式的示意圖，該液壓機能以雙向方式來操作發(fā)動機；圖8是包括根據(jù)本發(fā)明液壓機的一種型式的液壓系統(tǒng)的示意圖，且該液壓機既可作為泵又可作為發(fā)動機來工作；圖9是徑向活塞液壓機的軸向剖視圖，該液壓機使用一對二位二通滑閥來控制流體流入和流出每個氣缸；并且提供閉環(huán)能力并使得液壓機能既作為泵又作為發(fā)動機來起作用；以及圖10是徑向活塞液壓機的軸向剖視圖，該液壓機使用單個三位三通滑閥來控制流體流入和流出每個氣缸。
具體實施例方式參見圖1，開環(huán)液壓系統(tǒng)10具有諸如內(nèi)燃機或電動機之類的原動機12，該原動機 12由軸聯(lián)接，以驅(qū)動液壓機14，使其作為泵來起作用。液壓機14可構造成固定排量的泵， 以從第一導管15中抽入流體，并且迫使該流體在壓力下進入第二導管16，由此沿一個方向驅(qū)動液壓發(fā)動機18。液壓發(fā)動機18例如使車輛的一個或兩個輪子20旋轉。同樣的液壓機設計還可用作諸如液壓發(fā)動機18之類的液壓發(fā)動機。在此，液壓機在一個端口處接收加壓流體，并且將該流體動力轉換成機械能，該機械能被施加于連接于輪子20的軸。因此，本文所描述的設備總體上被稱為“液壓機”，這是由于該設備可根據(jù)在液壓系統(tǒng)中如何并且在何處使用、而構造成作為泵和液壓發(fā)動機來起作用。在一些情況中，一些液壓機可根據(jù)該液壓機是否驅(qū)動諸如輪子20之類的載荷還是例如在車輛滑行至停止時由載荷所驅(qū)動、而在不同時候作為泵和發(fā)動機來工作。參見圖2和3，液壓機14具有氣缸體30，該氣缸體30具有外部第一和第二端面21 和22，且環(huán)形外部側面38在這兩個端面之間延伸。氣缸體30具有入口端口觀和出口端口 29,且導管15和16分別連接于這兩個端口。入口端口和出口端口觀和四分別連接于環(huán)形入口和出口通道31和32，該入口和出口通道31和32繞中心軸孔41呈圓形地延伸通過氣缸體，且該中心軸孔41延伸通過該氣缸體30。三個氣缸36從中心軸孔41徑向向外延伸， 并且繞該中心軸孔以120度增量地定向。雖然所說明的實施例具有三個氣缸36，但實際上液壓機14可具有更多數(shù)量的氣缸，以減小液壓機工作時的扭矩、流量以及壓力波動。每個氣缸36包括管狀套筒39，該套筒插到氣缸體30中的孔中。雖然套筒39有利于減小液壓機 14的直徑，如將要描述的，但通過將可加工形成氣缸的材料來用于氣缸體，可取消該套筒。 每個氣缸36具有開口，且該開口穿過氣缸體30的側面38。具有0形圈的密封杯M放置在每個開口內(nèi)側，并且?guī)伍]合環(huán)35圍繞側面38延伸，并且緊緊地關閉氣缸開口中的每個開口。連續(xù)閉合環(huán)35消除傳統(tǒng)泵設計中從每個氣缸中向外突出的相對較長柱塞，由此減小液壓機14的整體直徑。具體參見圖3，多個第一孔沈延伸到氣缸體30的第一端面21中，且每個孔開口于入口通道31以及氣缸36中相應一個氣缸中。單獨的入口止回閥33位于那些第一孔沈中的每個第一孔處。當入口通道31內(nèi)的壓力大于氣缸腔室37內(nèi)的壓力時，入口止回閥33打開，這會在泵送循環(huán)的吸入階段發(fā)生。多個第二孔27延伸到氣缸體30的第二端面22中，且每個第二孔開口于入口通道31以及氣缸36中相應一個氣缸中。單獨的出口止回閥34位于那些第二孔27中的每個第二孔處。當氣缸腔室37內(nèi)的壓力大于出口通道32內(nèi)的壓力時，出口止回閥34打開，這通常在泵送循環(huán)的排出階段發(fā)生。入口止回閥和出口止回閥33 和34在結構上和功能上與用在傳統(tǒng)泵中的類似類型的止回閥相同。應理解的是，入口通道和出口通道31和32與泵中的所有活塞氣缸連通，并且為每個氣缸提供相同的成對止回閥。 入口止回閥和出口止回閥33和34中的每個是被動式的，這意味著該止回閥響應于施加于其上的壓力而非由諸如螺線管之類的電力致動器工作。部分地形成氣缸36的管狀套筒39使得入口止回閥和出口止回閥33和34能放置成更靠近驅(qū)動軸40的縱向軸線25。注意到，入口止回閥和出口止回閥33和34位于關閉的弧形周邊內(nèi)，且該弧形周邊由氣缸體30的外部側面38所限定。在現(xiàn)有的構造中，閥須從活塞的上死點位置向外，以接收從氣缸腔室37中被驅(qū)使出的流體。如圖3所示，管狀套筒39 在氣缸腔室37和其中定位有止回閥33和34的孔之間的開口上部分延伸，由此使氣缸孔更遠地延伸到氣缸腔室37中。再次同時參見圖2和3，驅(qū)動軸40延伸通過軸孔41，并且可在其中旋轉，由一對軸承42所支承。驅(qū)動軸40在氣缸體30內(nèi)的中心部段具有偏心凸輪44。該凸輪44具有圓形外表面，且該凸輪的中心線與驅(qū)動軸40的剩余部分43的軸線25偏離。于是，當驅(qū)動軸40 在氣缸體30內(nèi)旋轉時，凸輪44以偏心方式繞驅(qū)動軸的軸線25旋轉。如圖2具體地示出，凸輪軸承46繞驅(qū)動軸40的凸輪44延伸。凸輪軸承46具有內(nèi)座圈47和外座圈48，該內(nèi)座圈壓靠在凸輪的外周緣面上。多個輥子49位于內(nèi)座圈和外座圈47和48之間。在一較佳實施例中，通過對軸40進行適當?shù)責崽幚砗图庸ひ杂米鲀?nèi)座圈，將該內(nèi)座圈47取消。相對于使用滑動軸頸軸承來實現(xiàn)該功能的傳統(tǒng)的泵和發(fā)動機，凸輪軸承46改進了液壓機的效率。 雖然示出具有圓柱形輥子的凸輪軸承46，但還可使用具有球形或其它類型輥子的軸承?；钊M件51可滑動地接納在氣缸36中的每個氣缸內(nèi)。每個活塞組件51包括活塞52和活塞桿M?；钊麠UM在活塞52和凸輪軸承46之間延伸。活塞桿M具有弧形底板56，該弧形底板鄰靠于凸輪軸承46的外座圈48。底板56比活塞桿的軸寬，以產(chǎn)生凸緣部分。一對環(huán)形保持環(huán)58圍繞凸輪44延伸，并且與每個活塞桿底板56的凸緣部分配合， 由此使活塞桿M保持抵靠于凸輪軸承46，這在泵送循環(huán)的吸入行程部分過程中尤其有利。 弧形底板56將活塞載荷均勻地分布在凸輪軸承46的外座圈48上，并且也將局部載荷分布在該軸承的輥子49上。底板56在較寬的區(qū)域上分布載荷，與傳統(tǒng)的泵或發(fā)動機相比，這會延長軸承壽命并且有助于提高整個機器設計的緊湊性和額定壓力能力。將更詳細描述的是，當驅(qū)動軸40和凸輪44在氣缸體30內(nèi)旋轉時，凸輪軸承46的外座圈48保持相對靜止。 外座圈48以與驅(qū)動軸的速度相比相當?shù)偷乃俣刃D。因此，在每個活塞底板56和凸輪軸承的外座圈48之間幾乎沒有相對運動?；钊?2呈具有內(nèi)部空腔53的杯形，且該內(nèi)部空腔朝向驅(qū)動軸40開口?；钊麠UM 的端部接納在內(nèi)部空腔53內(nèi)并且具有部分球形的頭部60，該頭部60裝配到活塞52中相匹配的部分球形凹陷部62中?；钊?2的頭部可具有貫穿頭部的孔50，以從氣缸腔室37傳送液壓流體，來潤滑球形頭部60和活塞52之間的交界部?；钊麠UM由開口的單個襯套或拼合襯套陽以及卡環(huán)57保持抵靠于活塞52，該卡環(huán)靠在活塞的內(nèi)部空腔53中的內(nèi)部溝槽中。當活塞桿討跟隨凸輪44的偏心運動時，活塞52通過在氣缸36內(nèi)的滑動也跟隨該偏心運動。當通過凸輪44的旋轉而將旋轉運動施加于活塞桿M上時，襯套和卡環(huán)構造使得活塞桿的球形頭部60能相對于活塞52樞轉。由于此種樞轉，旋轉運動并不傳遞到活塞52 中，由此使得活塞和氣缸36的壁之間的側向力最小。圖4示出用于將活塞桿M固定于活塞52的內(nèi)部的替代機器70。如同前述實施例那樣，活塞桿M的部分球形頭部60裝配到活塞內(nèi)部空腔53的端面61中的匹配凹陷部62 中。環(huán)形溝槽72繞內(nèi)部空腔53延伸并且與端面61隔開。錐形彈簧74具有較大端部和較小端部，該較大端部靠在環(huán)形溝槽72內(nèi)，而較小端部繞活塞桿延伸并且與活塞桿M的球形頭部60配合。錐形彈簧74將球形頭部60偏置成與活塞52配合，由此使這兩個部件保持彼此鄰靠。因此，當凸輪44的旋轉將活塞桿M沿圖4所示的朝向向下拉時，彈簧74與活塞桿一起向下拉活塞52。圖5示出另一替代實施例，其中活塞和活塞桿構造成單個金屬件。在此，活塞80 沿橫向于圖紙平面的平面中具有圓形橫截面，由此裝配在圓形氣缸36內(nèi)。然而，與氣缸36 的壁配合的環(huán)形表面82具有球形輪廓，從而能夠相對于氣缸36的軸線樞轉，并且仍保持與氣缸的緊密配合。此種樞轉能力會適應活塞桿在凸輪44旋轉時的輕微搖擺。環(huán)形表面82 具有密封件84，以確保與氣缸壁的流體密封配合。在該實施例中，活塞桿86與活塞80成一體并且向下延伸至弧形底板88，該弧形底板88鄰靠于凸輪軸承46的外座圈48的外表面。至少一個環(huán)形保持環(huán)58使活塞桿底板 88保持抵靠于外座圈48。因此，當凸輪44在氣缸體30內(nèi)偏心地旋轉時，活塞桿86和一體的活塞80沿氣缸36被推動和拉動。通過適應活塞桿的輕微搖擺，使得活塞和氣缸之間的側向力或側部載荷最小?；氐綀D3，驅(qū)動軸40包括內(nèi)部潤滑通道64，該內(nèi)部潤滑通道從凸輪44的一個端部延伸至外表面。該潤滑通道45在凸輪的偏心頂點的中心處、在該外表面中具有單個開口， 以將流體饋送到凸輪軸承46中。潤滑通道64的另一端在驅(qū)動軸40的端部處開口于腔室 66中，且該腔室通過饋送通道68從入口通道31接收相對較低壓力的流體。當驅(qū)動軸40旋轉時，離心力使流體從潤滑通道64排到凸輪軸承46中。此種作用將附加流體從腔室抽送到潤滑通道64中，由此提供對潤滑凸輪軸承46的流體的泵送功能。如果凸輪軸承46具有內(nèi)座圈47，該內(nèi)座圈具有將潤滑流體傳送至輥子49的孔。外座圈48也具有通孔，來對活塞桿M的底板56進行潤滑，由此提供飛濺潤滑并且消除將中心軸孔41充滿流體的需要。不使曲柄銷充滿流體，這會減小偏心凸輪44上的空氣阻力并且改進液壓機的效率。提供附加的潤滑通道59，來將流體從軸孔41傳送至驅(qū)動軸40的錐形軸承42。用于潤滑的流體通過標準的排泄口 69而離開中心軸孔41，且將流體從該排泄口傳送至用于液壓系統(tǒng)的儲罐。圖3所示的氣缸體30具有分離的孔沈和27，這兩個孔從相對的第一和第二端面 21和22向內(nèi)突出，且入口止回閥和出口止回閥接納在這兩個孔內(nèi)。圖6示出替代設計，其中單個孔90從那些端面中的一個端面突出。在所說明的示例中，該單個孔90從第一端面 21中的開口 91延伸通過入口通道31和相關聯(lián)的氣缸36，并且在另一側上終止于進入出口通道32的開口處。然而，單個孔也可從第二端面22延伸至入口通道31。出口止回閥34包括具有閥桿93的第一閥元件92，且該閥桿延伸到氣缸體30中的導向盲孔94中。環(huán)形第一閥座95壓配到出口通道32和氣缸36之間的孔90中。螺旋壓縮彈簧96將第一閥元件92偏置成與第一閥座95配合。在氣缸36的相對側，入口閥33壓配到入口通道31和氣缸之間的孔90中。入口閥33包括第二閥元件97，該第二閥元件由第二彈簧99偏置成與第二閥座98配合。入口止回閥和出口止回閥33和34都通過第二端面22中的開口 91插到孔90中。圖2和3中所示的液壓機14能用于沿任一旋轉方向驅(qū)動發(fā)動機18。在圖7所示的該實施例中，二位三通方向閥130將液壓機14的入口端口和出口端口觀和四聯(lián)接于第一和第二導管15和16，且該第一和第二導管連接于發(fā)動機18。根據(jù)方向閥130的位置，入口通道31連接于第一和第二導管15和16中的一個導管，而出口通道32連接于那些導管中的另一個導管?？刂破?22操作該電動液壓方向閥130。圖8示出另一液壓系統(tǒng)100，該液壓系統(tǒng)使用由原動機112所驅(qū)動的液壓機114的雙向?qū)嵤├Ｒ簤簷C114能構造成固定排量的雙向泵，該雙向泵受控以迫使流體沿任一方向通過導管115和116，且導管連接于雙向液壓發(fā)動機118，該雙向液壓發(fā)動機例如使車輛的輪子120旋轉。該液壓機114動態(tài)地構造成從任一導管115或116中抽出流體，并迫使流體在壓力下進入另一導管，由此沿任一方向驅(qū)動發(fā)動機118。將在下文進行描述的液壓機 114的操作由控制器122所管理，該控制器122接收來自操作者輸入裝置124的命令。在圖9中示出可用在液壓系統(tǒng)100中的雙向液壓機的一個型式的細節(jié)。液壓機 200具有與圖2和圖3所示液壓機14類似的基本構造，因此兩個液壓機中的相同部件已被標為相同的附圖標記。確切地說，多個氣缸徑向地延伸并且穿過氣缸體201的環(huán)形外部側面204而開口。顯著的不同之處在于液壓機200使用電動液壓的二位二通滑閥202和204 來替代前述液壓機中的被動式止回閥33和34。每個二位二通第一閥202延伸到氣缸體201的第一端面203中的單獨第一孔209 中。第一閥202具有閥芯206，該閥芯206對流體通過第一孔209在氣缸腔室37和環(huán)形第一通道221之間的流動進行控制，且該環(huán)形第一通道221與第一端口 2M流體連通。該第一閥202具有第一螺線管208，該第一螺線管208使閥芯206在打開和關閉位置之間運動， 其運動方式為復制在圖3所示液壓機實施例中的第一止回閥33的作用?；谖⑿陀嬎銠C的控制器122響應于來自傳感器210的信號來驅(qū)動第一螺線管208，且該信號指示驅(qū)動軸 40的位置。每個二位二通第二閥204延伸到氣缸體205的第二端面205中的單獨第二孔211 中。第二閥204將在氣缸腔室37和環(huán)形第二通道222之間、通過第二孔211的通路選擇性地打開和關閉，且該環(huán)形第二通道222與第二端口 2 流體連通。該第二閥204具有第二螺線管214，該第二螺線管214使第二閥芯212在第二孔211中運動，以控制為打開和關閉位置，其運動方式為復制圖3所示第二止回閥34的作用?？刂破?22也操作該第二螺線管 214。第一和第二閥202和204的此種操作將流體從第一端口 2 泵送至第二端口 226。注意到，第一和第二閥202和204的閥芯206和212在每次循環(huán)過程中位于驅(qū)動軸軸線25和活塞52的頭部的最外位置之間。在圖9中示出該最外位置。第一和第二閥202和204的閥芯206和212平行于驅(qū)動軸40的軸線25定向，也就是說，閥芯沿平行軸線運動。此種定向進一步減小液壓機200的整體直徑。第一和第二孔209和211通常與它們的關聯(lián)氣缸36共面。為了在縱向軸線尺寸上更緊湊，第一和第二孔209和211以及由此其中的第一和第二電動液壓閥202和204可偏離開并且位于兩個相鄰氣缸之間。操作該對電動液壓閥202和204，以大體復制圖3所示實施例中兩個止回閥33和 34的作用。然而，在泵送循環(huán)結束時，即在排出階段和吸入階段的過渡時，第一和第二電動液壓閥202和204都關閉，這致使氣缸壓力減壓的力傳送到驅(qū)動軸40上。在現(xiàn)有的泵中， 排出階段結束時保持在氣缸中的壓力在入口閥打開時被排到入口通道31中。這具有兩個不利效果，首先，有背壓被饋送到入口通道中，從而影響處于吸入階段的其它氣缸的吸氣， 其次，減壓會產(chǎn)生顯著的工作噪聲。這些不利效果通過本發(fā)明如下技術所消除其中將氣缸壓力減壓的力傳送到驅(qū)動軸40上。除了復制在圖3所示實施例中兩個止回閥33和34的作用以外，以相反方式來操作該對電動液壓閥202和204，使得流過泵的流體從第二端口 2 流至第一端口 224，由此使入口端口和出口端口顛倒。此種反向操作使得液壓機200能雙向地泵送流體。采用雙向操作，由于端口 2M或2 的任意一個在用作出口端口時會具有相對高的壓力，因而需要用于供給潤滑流體的單獨第三端口 228。此種選擇性雙向閥控制還使得液壓機200能用作發(fā)動機。例如，當圖7中的車輛滑行直至停止時，輪子120驅(qū)動發(fā)動機118，迫使流體返回至液壓機114。通過將液壓機114 構造成作為發(fā)動機來作用，可回收該流體中的能量并補充給原動機112。為了將圖9中的液壓機200構造成作為發(fā)動機來起作用，不管第一或第二閥202或204中的哪一個與接收來自發(fā)動機118的加壓流體的端口 2M或2 相關聯(lián)，在活塞循環(huán)的吸入階段由控制器122 打開該閥。這使得加壓流體能進入氣缸腔室37并將力施加在活塞52上，以旋轉地驅(qū)動偏心凸輪44且由此驅(qū)動整個驅(qū)動軸40。當活塞52到達下死點位置并且過渡到排出階段時， 先前打開的閥202或204關閉，而那些閥中的另一個打開。因此，在排出階段，流體被驅(qū)出氣缸腔室37并且經(jīng)過液壓機200的另一端口 2 或224。只要發(fā)動機118作為泵起作用， 則重復該循環(huán)。本發(fā)明的液壓機200比傳統(tǒng)的閥板或樞軸的泵/發(fā)動機設計更有效且更安靜。在該液壓機中，閥202和204都可關閉，以使氣缸腔室37能減壓，同時使能量回到驅(qū)動軸40 中。此種作用改進效率，且此種減壓消除高壓降計量和相對應的噪聲產(chǎn)生，而該噪聲產(chǎn)生為閥板或樞軸固定的幾何計量液壓機所經(jīng)歷。在圖10中示出又一液壓機300，且該液壓機構造成類似于圖2和圖3所示的第一液壓機。兩個機器中的相同部件已被標有相同的附圖標記。主要的不同之處在于該液壓機使用單個電動液壓的三位三通閥302來替代前述液壓機中的入口和出口止回閥33和34。 確切地說，氣缸體301具有多個孔305，這些孔從端面303平行于驅(qū)動軸40的縱向軸線25 延伸，這有助于實現(xiàn)液壓機300的緊湊結構。那些孔305中的每個孔與第一和第二環(huán)形通道321和322以及氣缸36中的一個氣缸連通。第一環(huán)形通道321開口于第一端口 3M中， 而第二環(huán)形通道322開口于第二端口 3 中。提供用于供給潤滑流體的單獨第三端口 328。每個氣缸36的單個控制閥302延伸到相關聯(lián)的孔305中并且具有閥芯306，該閥芯306通過螺線管308運動到不同位置，由控制器122響應于來自于驅(qū)動軸位置傳感器310 的信號而操作該螺線管308。電源液壓閥302的閥芯306平行于驅(qū)動軸40的軸線25定向， 以沿平行軸線運動。注意到，在每次循環(huán)過程中，電動液壓閥的閥芯306位于驅(qū)動軸軸線25 和活塞52的頭部的最外位置之間。閥302的此種定位和定向會進一步減小液壓機300的整體直徑。第一端口 324由第一環(huán)形通道321聯(lián)接于用于氣缸腔室37的所有控制閥302，且第二環(huán)形通道322將第二端口 3 聯(lián)接于所有控制閥。在閥芯306的一個位置中，第一環(huán)形通道321以及由此第一端口 3 與氣缸腔室37連通。在閥芯306的第二位置中，第二環(huán)形通道322以及由此第二端口 3 與氣缸腔室37流體連通。閥芯306具有中心位置或者第三位置，在該位置中，氣缸腔室37從與兩個環(huán)形通道321和322都連通的狀態(tài)中關閉。在此，單個三位三通閥302的操作也復制第一液壓機14中兩個止回閥33和34的作用，以將流體沿一個方向從第一端口 3 泵送至第二端口 326。該三位三通閥302的操作可由控制器逆轉，以將流體沿相反方向從第二端口 3 泵送至第一端口 324，由此使得液壓機300能作為雙向泵來作用。還可操作該三位三通閥302來使得液壓機300作為發(fā)動機來起作用。在該模式中， 閥芯306的位置復制以上對于液壓機200所述的第一和第二閥202和204的作用。比起對于每個氣缸腔室使用二位二通閥，對于每個氣缸腔室使用單個三位三通閥 302需要在控制器中較少的電子驅(qū)動器。這還具有如下有效優(yōu)點能夠阻擋該活塞氣缸以在輸入軸上減壓。此種構造還支持將液壓機選擇性地用作可變排量泵或者發(fā)動機，以根據(jù)應用場合和控制器指示，選擇性地將流體泵送到任一端口以及作為發(fā)動機而接收來自任一端口的高壓油液。前面的描述主要涉及本發(fā)明的一個較佳實施例。盡管關注的是在本發(fā)明范圍的內(nèi)各種替代方式，但是應該預料到，熟悉本領域的技術人員將會意識到現(xiàn)在從本發(fā)明實施例的說明中而變得顯而易見的其他替代方式。因此，本發(fā)明的范圍應由所附權利要求書來確定，而不應由上面的公開內(nèi)容來限制。
權利要求
1.一種液壓機，包括氣缸體，所述氣缸體具有第一端口、第二端口以及外表面，并且具有多個氣缸，所述多個氣缸徑向地設置在所述氣缸體中并具有穿過所述外表面的開口 ；多個活塞組件，每個活塞組件可滑動地接納在所述多個氣缸中不同的一個氣缸中；多個閥裝置，每個閥裝置將所述多個氣缸中的一個氣缸聯(lián)接于所述第一和第二端口 ；驅(qū)動軸，所述驅(qū)動軸可旋轉地接納在所述氣缸體中并且具有偏心凸輪，并用以在所述多個氣缸內(nèi)驅(qū)動所述多個活塞組件；以及閉合帶，所述閉合帶與所述外表面配合并且將所述多個氣缸的開口關閉。
2.如權利要求1所述的液壓機，其特征在于，所述氣缸體的外表面是圓形的，且所述閉合環(huán)是圓形的。
3.如權利要求1所述的液壓機，其特征在于，所述閉合環(huán)具有平坦的帶形狀。
4.如權利要求1所述的液壓機，其特征在于，還包括柱塞，所述柱塞在所述閉合環(huán)下方插在每個氣缸中，并且在所述柱塞和所述氣缸的壁之間具有0形圈。
5.如權利要求1所述的液壓機，其特征在于，所述多個活塞組件中的每個包括活塞和活塞桿，其中所述活塞桿包括帶有弧形底板的桿，通過所述桿將力傳遞至所述偏心凸輪，且所述弧形底板具有一表面，所述表面具有大于所述桿的最大橫截面積的表面積。
6.如權利要求5所述的液壓機，其特征在于，還包括保持環(huán)，所述保持環(huán)圍繞所述驅(qū)動軸延伸并且與每個活塞桿的弧形底板配合，以防止所述弧形底板運動離開所述偏心凸輪。
7.如權利要求5所述的液壓機，其特征在于，還包括兩個保持環(huán)，每個保持環(huán)圍繞所述驅(qū)動軸延伸，并且在所述桿的相對側上與每個活塞桿的弧形底板配合。
8.如權利要求5所述的液壓機，其特征在于，還包括凸輪軸承，所述凸輪軸承圍繞所述驅(qū)動軸延伸并且具有外座圈，且多個輥子位于所述外座圈和所述偏心凸輪之間，其中每個活塞桿的底板具有鄰靠于所述軸承的外座圈的表面。
9.如權利要求1所述的液壓機，其特征在于，所述活塞桿具有一端部，所述端部具有部分球形的頭部，且所述頭部與所述活塞中的部分球形凹陷部配合。
10.如權利要求9所述的液壓機，其特征在于，所述活塞具有內(nèi)部空腔，所述活塞桿的所述部分球形頭部接納在所述內(nèi)部空腔中。
11.如權利要求10所述的液壓機，其特征在于，還包括保持器，所述保持器位于所述內(nèi)部空腔內(nèi)，并且保持所述部分球形頭部與所述活塞的配合。
12.如權利要求10所述的液壓機，其特征在于，還包括彈簧，所述彈簧位于所述內(nèi)部空腔內(nèi)，并且使所述活塞桿的部分球形頭部與所述活塞中的槽配合。
13.如權利要求1所述的液壓機，其特征在于，所述活塞和活塞桿形成為單件，且所述活塞具有與所述氣缸的壁配合的部分球形周緣面。
14.如權利要求1所述的液壓機，其特征在于，所述氣缸體包括多個第一孔，所述多個第一孔位于第一端面中并且平行于所述驅(qū)動軸的縱向軸線延伸，且所述多個第一孔中的每個與所述第一端口連通并且開口于所述多個氣缸中的一個氣缸之中，并且所述氣缸體還包括多個第二孔，所述多個第二孔位于第二端面中并且平行于所述驅(qū)動軸的縱向軸線延伸，且所述多個第二孔中的每個與所述第二端口連通并且開口于所述多個氣缸中的一個氣缸之中；以及所述閥裝置包括多個第一閥和多個第二閥，每個第一閥位于所述第一孔中的一個孔中，且每個第二閥位于所述第二孔中的一個孔中。
15.如權利要求14所述的液壓機，其特征在于，還包括管狀套筒，所述管狀套筒位于所述多個氣缸中的每個氣缸內(nèi)，其中每個管狀套筒部分地延伸通過所述第一孔和所述第二孔的在相應的那一個氣缸之中的開口。
16.如權利要求14所述的液壓機，其特征在于，所述第一閥和所述第二閥中的每個閥都是電氣操作的雙向閥。
17.如權利要求16所述的液壓機，其特征在于，所述第一閥和所述第二閥中的每個閥都是二位二通閥。
18.如權利要求1所述的液壓機，其特征在于，所述氣缸體包括多個孔，所述孔位于第一端面中并且平行于所述驅(qū)動軸的縱向軸線延伸，且所述多個孔中的每個開口于所述多個氣缸中的不同氣缸中；并且所述閥裝置包括多個電氣操作的閥，每個閥位于所述多個孔中的一個孔中，用以將相關聯(lián)的氣缸選擇性地與所述第一和第二端口連接。
19.如權利要求18所述的流體工作機，其特征在于，所述多個電氣操作的閥中的每個閥是三位三通閥。
20.如權利要求1所述的液壓機，其特征在于，所述驅(qū)動軸具有通道，所述通道在所述偏心凸輪的表面中具有開口，用于傳送用于潤滑的流體。
21.如權利要求20所述的液壓機，其特征在于，所述驅(qū)動軸的通道可操作地連接，以來接收經(jīng)過所述第一端口和所述第二端口中的一個而進入所述液壓機的流體。
22.—種液壓機，包括氣缸體，所述氣缸體具有第一端口、第二端口以及外表面，并且具有多個氣缸，所述多個氣缸徑向地設置在所述氣缸體中并具有穿過所述外表面的開口；閉合帶，所述閉合帶與所述外表面配合并且將所述多個氣缸的開口關閉； 驅(qū)動軸，所述驅(qū)動軸可旋轉地接納在所述氣缸體中并且具有偏心凸輪； 凸輪軸承，所述凸輪軸承圍繞所述驅(qū)動軸延伸，并且具有外座圈，且多個輥子位于所述外座圈和所述偏心凸輪之間；多個活塞組件，每個活塞組件可滑動地接納在所述多個氣缸中的不同氣缸中，并且包括活塞和活塞桿，其中所述活塞桿包括具有鄰靠于所述外座圈的弧形底板的桿；保持環(huán)，所述保持環(huán)圍繞所述驅(qū)動軸延伸并且與每個活塞桿的弧形底板配合，以使所述弧形底板保持抵靠于所述外座圈；以及多個閥裝置，每個閥裝置將所述多個氣缸中的一個氣缸選擇性地聯(lián)接于所述第一和第二端口。
23.如權利要求22所述的液壓機，其特征在于，所述活塞桿具有一端部，所述端部具有部分球形的頭部，且所述頭部與所述活塞中的部分球形凹陷部配合。
24.如權利要求23所述的液壓機，其特征在于，還包括保持器，所述保持器保持所述部分球形頭部與所述活塞配合。
25.如權利要求23所述的液壓機，其特征在于，還包括彈簧，所述彈簧將所述活塞桿的部分球形頭部偏置成與所述活塞配合。
26.如權利要求22所述的液壓機，其特征在于，所述活塞和活塞桿形成為單件，且所述活塞具有與所述氣缸的壁配合的部分球形周緣面。
27.如權利要求22所述的液壓機，其特征在于，所述閥裝置包括多個第一閥，每個第一閥將所述多個氣缸中的一個氣缸聯(lián)接于所述第一端口 ；以及多個第二閥，每個第二閥將所述多個氣缸中的一個氣缸聯(lián)接于所述第二端口。
28.如權利要求27所述的液壓機，其特征在于，所述多個第一閥和所述多個第二閥中的每個閥是電氣操作的雙向閥。
29.如權利要求22所述的液壓機，其特征在于，所述閥裝置包括多個電氣操作的三位三通閥，且每個閥將所述多個氣缸中的一個氣缸選擇性地聯(lián)接于所述第一和第二端口。
30.一種液壓機，包括氣缸體，所述氣缸體具有第一端口、第二端口、第一端面和第二端面、多個第一孔和多個第二孔，并且還包括多個氣缸，在所述第一端面和所述第二端面之間有側面，所述多個第一孔位于所述第一和第二端面中的一個端面中，而所述多個第二孔位于所述第一和第二端面中的一個端面中，所述多個氣缸徑向地設置在所述氣缸體中并且具有穿過所述側面的開 Π ；驅(qū)動軸，所述驅(qū)動軸具有偏心凸輪并且可旋轉地接納在所述氣缸體中，并且從所述第一和第二端面中的一個端面向外突出；多個活塞組件，所述多個活塞組件可滑動地接納在所述多個氣缸中不同的一個氣缸中；多個第一閥，每個第一閥位于所述第一孔中的一個第一孔中，并且在所述第一端口和所述多個氣缸中的一個氣缸之間選擇性地提供流體通路；以及多個第二閥，每個第二閥位于所述第二孔中的一個第二孔中，并且在所述第二端口和所述多個氣缸中的一個氣缸之間選擇性地提供流體通路。
31.如權利要求30所述的流體工作機，其特征在于，還包括閉合帶，所述閉合帶與所述側面配合并且將所述多個氣缸的開口關閉。
32.如權利要求30所述的流體工作機，其特征在于，所述第一閥和所述第二閥中的每個閥都是被動式閥
33.如權利要求30所述的流體工作機，其特征在于，所述第一閥和所述第二閥中的每個閥都是電氣操作的閥。
34.如權利要求30所述的流體工作機，其特征在于，所述第一閥和所述第二閥中的每個閥都是電氣操作的二位二通閥。
35.如權利要求30所述的液壓機，其特征在于，所述多個活塞組件中的每個包括活塞、 活塞桿以及保持環(huán)，其中所述活塞桿具有帶有弧形底板的桿，通過所述桿將力傳遞至所述偏心凸輪，而所述保持環(huán)圍繞所述驅(qū)動軸延伸并且與每個活塞桿的弧形底板配合，以防止所述弧形底板運動離開所述偏心凸輪。
36.如權利要求30所述的流體工作機，其特征在于，所述側面限定閉合弧形周緣；且所述多個第一閥和所述多個第二閥中的每個閥都位于所述閉合弧形周緣內(nèi)。
37.一種液壓機，包括氣缸體，所述氣缸體具有第一端口、第二端口、端面、側面以及多個氣缸，所述多個氣缸徑向地設置在所述氣缸體中并且具有穿過所述側面的開口，且所述氣缸體還在所述第一端面中包括多個孔，每個孔與所述第一端口、所述第二端口以及所述多個氣缸中的一個氣缸流體連通；驅(qū)動軸，所述驅(qū)動軸具有偏心凸輪并且可旋轉地接納在所述氣缸體中并且從所述氣缸體向外突出；多個活塞組件，所述多個活塞組件可滑動地接納在所述多個氣缸中不同的一個氣缸中；以及多個閥裝置，每個閥裝置位于所述孔中的一個孔中，并且對所述多個氣缸中的一個氣缸與所述第一和第二端口中的每個端口之間的流體流動進行選擇性地控制。
38.如權利要求37所述的流體工作機，其特征在于，還包括閉合帶，所述閉合帶與所述側面配合并且將所述多個氣缸的開口關閉。
39.如權利要求37所述的流體工作機，其特征在于，所述多個閥裝置中的每個閥裝置都是電氣操作的三通閥。
40.如權利要求37所述的流體工作機，其特征在于，所述多個閥裝置中的每個閥裝置都是三位三通閥。
41.如權利要求37所述的流體工作機，其特征在于，所述多個閥裝置中的每個閥裝置包括多個第一閥，每個第一閥位于所述孔中的一個孔中，并且對所述第一端口和所述多個氣缸中的一個氣缸之間的流體流動進行選擇性地控制；以及多個第二閥，每個第二閥位于所述第二孔中的一個第二孔中，并且對所述第二端口和所述多個氣缸中的一個氣缸之間的流體流動進行選擇性地控制。
42.如權利要求37所述的液壓機，其特征在于，所述多個活塞組件中的每個包括活塞、 活塞桿以及保持環(huán)，其中所述活塞桿具有帶有弧形底板的桿，通過所述桿將力傳遞至所述偏心凸輪，而所述保持環(huán)圍繞所述驅(qū)動軸延伸并且與每個活塞桿的弧形底板配合，以防止所述弧形底板運動離開所述偏心凸輪。
全文摘要
一種高效率的直徑緊湊的徑向朝向的活塞液壓機包括氣缸體，該氣缸具有多個氣缸，這些氣缸由第一閥聯(lián)接于第一端口并且由第二閥聯(lián)接于第二端口。具有偏心凸輪的驅(qū)動軸可旋轉地接納在氣缸體中，且凸輪軸承圍繞該偏心凸輪延伸。單獨的活塞可滑動地接納在每個氣缸中。活塞桿在一個端部處聯(lián)接于該活塞，而在另一個端部處的弧形底板鄰靠于凸輪軸承?；⌒蔚装鍖碜曰钊麠U的力分布在凸輪軸承的相對較大的區(qū)域上，且保持環(huán)使每個底板保持抵靠于凸輪軸承。氣缸體具有相對兩個端部，側面位于這兩個相對端部之間，且每個氣缸穿過該側面而開口。帶與側面配合并且將氣缸的開口關閉。
文檔編號F04B27/04GK102439312SQ201080023618
公開日2012年5月2日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權日2009年5月26日
發(fā)明者D·B·史蒂芬森, P·K·拉杰普特 申請人:胡斯可國際股份有限公司