專利名稱：軸向柱塞式液壓變量泵或變速馬達的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及液壓傳動機械領域，特別是一種軸向柱塞式液壓變量泵或變速馬達。
現(xiàn)有的液壓傳動系統(tǒng)，無論是國內(nèi)的還是國外的，通常采用的還是定速液壓馬達及定量液壓泵，工作機械速度等的調(diào)節(jié)仍須采用傳統(tǒng)笨重的液壓(或液力等)傳動機械等低效率高能耗傳動方式來實現(xiàn)。有少數(shù)被采用的調(diào)速液壓馬達及變量液壓泵，它們采用以下的方式來實現(xiàn)其調(diào)速或改變液流量的功能1.利用節(jié)流閥控制輸入馬達(或泵輸出)的液流量從而達到調(diào)速(或變量)的目的，但此種調(diào)速(或變量)方式導致系統(tǒng)產(chǎn)生很高的噪音和大量的發(fā)熱，因此，系統(tǒng)的工作效率十分低下。
2.在同一軸上增加獨立液壓元件的排數(shù)，通過改變各排液壓元件之間的串聯(lián)或并聯(lián)關(guān)系來改變液壓馬達或液壓泵的排量進而達到變速或變量的目的。此外，就變量而言，也有將多個液壓泵串聯(lián)或并聯(lián)以后來實現(xiàn)的。無論具體做法如何，此類方式的致命弱點是系統(tǒng)體積龐大、生產(chǎn)成本太高，而可供系統(tǒng)調(diào)速或變量的級數(shù)卻很少。
3.通過改變斜盤角度(г角)來改變馬達或泵的排量從而實現(xiàn)液壓傳動系統(tǒng)的無級調(diào)速或無級變量，如96120894專利申請。此方式克服了前述兩種方法的諸多不足如體積、成本、效率、噪音等問題，然而此調(diào)速或變量方式無法超越同時也是制約它在工程實踐中大量應用的關(guān)鍵問題在于它所能提供給系統(tǒng)的調(diào)速或變量的范圍非常狹窄，故而實際應用時，還必須輔助以其它傳統(tǒng)的傳動方式方能提供給工作機械必需的調(diào)速或變量范圍，如此一來，其原有的優(yōu)點似乎也就不復存在了。
本發(fā)明的目的是提供一種在旋轉(zhuǎn)柱塞缸體的同一圓周上設置偶數(shù)個柱塞孔及其柱塞，通過液壓操控方式來控制不同直徑的工作柱塞數(shù)，或同時通過電液伺服閥控制調(diào)整斜盤傾角(г角)，達到有級、無級調(diào)速或變量的軸向柱塞式液壓變量泵或變速馬達。
本發(fā)明的上述目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，即一種軸向柱塞式液壓變量泵或馬達，包括殼體、斜盤、轉(zhuǎn)動柱塞缸體、端蓋或雙作用油缸、由柱塞缸體帶動旋轉(zhuǎn)的花鍵傳動軸，其特征在于在柱塞缸體的同一圓周上設置有偶數(shù)個柱塞孔及其柱塞，每兩個對稱于缸體中心點的柱塞孔的直徑相同，其內(nèi)的柱塞由彈簧復位和液壓操控方式控制運動，或通過液壓操控方式控制運動，柱塞具有頂?shù)走B通的油道，其頂部具有球鉸與滑靴鉸接，在滑靴內(nèi)設有單向閥；所述斜盤固定在端蓋上，以固定的г角傾斜，或通過其頂部浮動連接在雙作用油缸的活塞上，以可變動的г角傾斜；在柱塞缸體的圓周邊分布有單作用缸，每個單作用缸具有油道孔，與固定在柱塞缸體底部殼體上的配油盤上對應條形供、回油帶相通，配油盤上具有分別與柱塞孔連通的高壓進油腰形窗和低壓回油腰形窗。
本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)可以通過附圖給出的實施例進一步說明。
本發(fā)明下附圖

圖1為軸向柱塞式液壓變量馬達實施例1的軸向剖視圖；圖2是滑靴單向閥的局部放大剖視圖；圖3是單作用油缸的局部放大剖視圖；圖4為配油盤7的配流示意圖；圖5為柱塞缸體端面供油示意圖；圖6為單作用油缸在柱塞缸體周邊的分布示意圖；圖7為柱塞的構(gòu)造示意圖；圖8是軸向柱塞式液壓變量馬達實施例2的軸向剖視圖；圖9是軸向柱塞式液壓變量泵實施例的軸向剖視圖。
參見附圖1～7，圖1所示軸向式柱塞液壓變速馬達實施例1中包括包括殼體6、斜盤12、轉(zhuǎn)動柱塞缸體8、端蓋13、由柱塞缸體帶動旋轉(zhuǎn)的花鍵傳動軸5，其特征在于在柱塞缸體的同一圓周上設置有偶數(shù)個柱塞孔及其柱塞9，每兩個對稱于缸體中心點的柱塞孔的直徑相同，其內(nèi)的柱塞通過液壓操控方式控制運動，柱塞具有頂?shù)走B通的油道，其頂部具有球鉸與滑靴11鉸接，在滑靴內(nèi)設有單向閥；斜盤12固定在端蓋13上，以固定的г角傾斜；在柱塞缸體的圓周邊分布有單作用缸，通過油道孔與固定在柱塞缸體底部殼體上的配油盤7上對應條形供、回油帶相通，配油盤上具有分別與柱塞孔連通的高壓進油腰形窗A和低壓回油腰形窗B。
圖1中的花鍵傳動軸5的一端與柱塞缸體8相連，另一端安裝有軸套3，軸套通過軸承組4支承在殼體6上，軸套內(nèi)的軸端面上安裝有彈簧2和調(diào)整螺釘1，由其軸向調(diào)節(jié)，使柱塞缸體與配油盤7保持一定厚度的油膜接觸；柱塞缸體在柱塞缸體另一端用軸承10支承在殼體內(nèi)。
在本實施例中，設有4對不同直徑的柱塞孔及柱塞9，柱塞的球鉸與滑靴11鉸接，在滑靴內(nèi)設有單向閥如圖2所示，由彈性卡圈14、頂簧15、鋼球16構(gòu)成；當滑靴與斜盤12接觸時，單向閥被斜盤頂開，滑靴與斜盤之間可保持一定厚度的油膜接觸；當滑靴與斜盤不接觸時，單向閥在彈簧作用下自動關(guān)閉，柱塞中的液壓油不致泄漏。
柱塞缸體8上沿周邊分布有6個(3對)單作用油缸，其具體分布形式如柱塞缸體的徑向剖視圖6所示。圖3則為單作用油缸的結(jié)構(gòu)放大圖，它由復位彈簧17、活塞18、進回油道a等部分組成。
圖5為柱塞缸體8與配油盤接觸端面的示意圖，圖中，6個(3對)分別與單作用油缸相通的油道孔a-a′、b-b′、c-c′順次成對地對稱分布在自外向內(nèi)的三個不同直徑的圓周上，每對位于同一圓周上的油道孔在工作時同時供、回油。
圖4是配油盤7與柱塞缸體8接觸端面的示意圖，圖中配油盤上的I、II、III三條環(huán)形供、回油帶分別與圖5中的a-a′、b-b′、c-c′油道孔相對應；A為高壓油進油腰形窗孔，負責為柱塞供油；B為低壓油回油腰形窗孔，負責為柱塞回油。A、B油窗間設有一寬度為E且不小于柱塞缸體8端部柱塞進油口孔徑D的隔離帶，以確保進、回油腔不能連通。配油盤7固定在殼體6上，無相對于殼體的運動。I、II、III三條環(huán)形供、回油道以及A高壓進油腰形窗孔、B低壓回油腰形窗孔等的油路將通過在殼體內(nèi)開設對應的孔洞再外接相應的油管來實現(xiàn)。
柱塞9的構(gòu)造特點如圖7所示，在柱塞根部開有一個圓環(huán)狀凹槽，該凹槽底部設計為弧形，凹槽兩側(cè)靠近柱塞表面的部分設為環(huán)形平面，其寬度為e。凹槽及其環(huán)形平面的作用是使柱塞缸體上單作用油缸內(nèi)的活塞桿18在需要時能順利進入該凹槽并將活塞鎖定。柱塞根部設計一較大的圓角，它可使柱塞在回程(排油)時不致被活塞桿18阻擋。
以上所述的軸向柱塞式液壓變速馬達為多級調(diào)速方式的主要結(jié)構(gòu)，要實現(xiàn)該馬達的無級調(diào)速還必須在前述構(gòu)造的基礎上，使斜盤12的г角可調(diào)。圖8表示了完成這一功能的構(gòu)造措施——在圖1即多級調(diào)速軸向式柱塞液壓馬達的基礎上加上雙作用油缸來調(diào)節(jié)斜盤12的г角。圖中，雙作用油缸由指示桿19、活塞20、雙作用油缸體21、浮動銷子22構(gòu)成，其中銷子22與斜盤12固定。斜盤12的г角的改變即是靠活塞20帶動銷子22后完成的。
該無級調(diào)速液壓馬達與無級變量液壓泵在結(jié)構(gòu)上是不可逆的，即上述結(jié)構(gòu)不能直接用作泵。但只需在柱塞與柱塞缸體間加上彈簧23，使柱塞空腔具有自動吸油的功能，則無級變量液壓泵的結(jié)構(gòu)及功能要求即可實現(xiàn)。圖9表示了軸向柱塞式液壓無級變量泵的結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出除增加了彈簧23外，其余結(jié)構(gòu)均同液壓無級變量馬達。
本發(fā)明變速馬達的工作原理敘述如下如圖1、圖4所示，當配油盤7上的A高壓進油腰形窗孔由外接油路提供高壓工作油時，與之相對應的柱塞缸體8上的部分柱塞9在液壓油的壓力作用下外伸壓向斜盤12，由于斜盤12具有一定的傾角г，所以，根據(jù)力學原理，斜盤12給柱塞9的反作用力必將產(chǎn)生一個沿柱塞缸體8的圓周方向的切向分力。由于斜盤12無法轉(zhuǎn)動，該切向分力必然迫使柱塞9帶動柱塞缸體8按切向分力所指的方向旋轉(zhuǎn)(按圖5的投影方向看應為順時針旋轉(zhuǎn))，于是，力矩與轉(zhuǎn)速通過花鍵傳動軸5等輸出。與此同時，由于柱塞缸體8的旋轉(zhuǎn)，與配油盤的B低壓回油腰形窗孔相對應的另一部分柱塞在斜盤的作用下向柱塞缸體內(nèi)運動(收縮)，使柱塞腔的容積減小，腔內(nèi)原來由A高壓進油腰形窗孔注入的液壓油便被擠出柱塞腔并通過B低壓回油腰形窗孔及外接油路排回油箱。
綜上所述，只要不斷地輸入液壓油，就會導致柱塞缸體的旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)又導致排油的過程周而復始地循環(huán)下去，恒定的扭矩與轉(zhuǎn)速便可通過花鍵傳動軸等源源不斷地向外輸出了。
當需要本液壓馬達有級變速時，只需有選擇地成對鎖定處于關(guān)于柱塞缸體圓心對稱位置且直徑相同的柱塞即可。其具體的變速原理及動作過程如下如圖1、圖3、圖4、圖5所示，假定要鎖定與圖5中a、a′油道相對應的一對柱塞，可以通過外接控制油路、馬達殼體等，將控制油輸入配油盤7的環(huán)形供回油道I并進入a、a′油道，在此控制油的油壓作用下，相應的一對單作用油缸內(nèi)的活塞向柱塞孔方向運動。同時，柱塞在隨同柱塞缸體旋轉(zhuǎn)時的排油過程中；在斜盤的作用下向柱塞缸體內(nèi)運動，當柱塞運動到最內(nèi)也即圖1中位于下部的柱塞所處的位置時，單作用油缸的活塞桿插入柱塞端部的環(huán)槽，柱塞被鎖定。之后，處于對稱位置的另一柱塞在重復前一柱塞的動作過程后也被鎖定。如此依次鎖定了與a、a′油道相對應的一對柱塞后，實際參加工作(吸、排油)的柱塞數(shù)由原來的8個(4對)減少為6個(3對)，于是整個馬達的排量變小了。在輸入馬達的動力液壓油壓力及油量不變的前提下，馬達輸出的轉(zhuǎn)速必然加大而輸出的扭矩變小。如果要求恢復馬達原來的工作狀態(tài)，則只需對原來鎖定柱塞的單作用油缸泄壓(將壓力油通過原供油通道與油箱接通)即可，這樣，單作用油缸內(nèi)的活塞在彈簧力及柱塞缸體旋轉(zhuǎn)所致的離心力共同作用下，將退出柱塞環(huán)槽從而釋放被鎖定的柱塞。柱塞被釋放后，自動重新參加工作，馬達的柱塞又恢復到原來的工作狀態(tài)。同理，需要時，亦可將與b-b′或c-c′油道孔相對應的直徑各不相同(直徑不同，其參與工作與否對液壓馬達或液壓泵的排量的影響也不同)的柱塞成對鎖定，從而達到從馬達獲得不同扭矩和轉(zhuǎn)速的目的。
本發(fā)明馬達變速的本質(zhì)在于操控液壓馬達的排量，即在輸入的動力液壓油壓力及油量不變的前提下，馬達的排量變小時，其輸出的扭矩變小而輸出的轉(zhuǎn)速變大，反之亦然。由此，本液壓變速馬達排量的改變可以通過兩種途徑來實現(xiàn)要么鎖定或釋放柱塞即改變實際參加工作的柱塞數(shù)；要么改變柱塞的直徑，僅從改變工作柱塞數(shù)的角度不難想象，既然可以鎖定與圖5中a、a′油道相對應的一對柱塞，當然也就可以鎖定與圖5中b、b′或c、c′油道相對應的其他成對柱塞；既然可以鎖定一對，當然也就可以鎖定兩對或者三對柱塞。由于本實施例中液壓馬達設有8個(4對)柱塞且有4種不同的柱塞直徑(每對處在關(guān)于柱塞缸體中心軸對稱位置上的兩個柱塞的直徑相同，如圖5中之虛線圓或圖6所示)，通過對實際參與工作的柱塞數(shù)進行不同的搭配與組合，可以得到不同的排量最終獲得不同的馬達輸出扭矩與轉(zhuǎn)速。本專利附圖1所示的8柱塞馬達僅通過三對單作用油缸控制三對柱塞以形成不同的工作柱塞組合后，即可以獲得8級速度?？梢栽O想，如果用四對單作用油缸控制四對柱塞；或者從設計上改變馬達柱塞的總對數(shù)，則馬達變速的級數(shù)幾乎是隨心所欲的(如果工作機械需要的話)。有關(guān)這些多級馬達的具體組成方式、工作過程或原理等等，完全可以根據(jù)上述原理類推，此處就不再一一贅述。
在上述多級調(diào)速液壓馬達的基礎上，只要改變斜盤的傾角(г角)，即可使工作柱塞的行程改變從而改變馬達的排量并最終達到馬達變速的目的。其具體工作過程和工作原理如下如圖8所示，來自外供控制油源的壓力油經(jīng)雙作用油缸缸體21的油孔分別進入兩端面作用面積相等的活塞20兩端的A或B油腔，推動活塞20左右移動。此時，與銷子22連為一體的斜盤12必然隨之作相應的運動從而改變斜盤12的傾角г角。由于г角的變化是連續(xù)或線性的，故馬達排量的改變也是連續(xù)或線性的，因而馬達速度的變化就是無級的。
驅(qū)動雙作用油缸工作的外供控制油源可用DY-02型電液飼服閥或其他電液伺服閥控制，通過調(diào)節(jié)電液伺服閥的輸入電流來實現(xiàn)調(diào)速?；钊?0上安裝有指示桿19作為電液伺服閥電氣控制系統(tǒng)中反映斜盤或柱塞位置的反饋元件，電液伺服閥控制下的斜盤傾角調(diào)節(jié)量應與有級變速時級于級之間的速度變化相協(xié)調(diào)，以達到無級調(diào)速的目的。
本發(fā)明的多級或無級變量液壓泵的工作原理幾乎是多級或無級調(diào)速液壓馬達的逆過程。前以述及，只需將上述液壓馬達稍作結(jié)構(gòu)上的改造即在柱塞與柱塞缸體間加上彈簧23，使柱塞空腔具有自動吸油的功能，如圖9所示，即可作為液壓泵使用。
與現(xiàn)有的液壓傳動裝置相比，本發(fā)明通過外供控制油路控制單作用油缸鎖定或釋放柱塞，使實際參與工作的柱塞數(shù)發(fā)生變化并且采用不同的柱塞直徑，再通過電液控制方式改變斜盤的傾角г最終實現(xiàn)無級調(diào)速或無級變量的。因此，它的出現(xiàn)，真正解決了現(xiàn)有液壓傳動系統(tǒng)所存在的種種弊端，為各類機械和液壓傳動系統(tǒng)的發(fā)展更新提供了先進可靠的保障。本實用新型構(gòu)思獨特新穎；理論嚴謹有據(jù)；構(gòu)造簡單精巧；設計制造容易；安裝布置方便。它體積?。辉胍舻?；造價廉；發(fā)熱少；效率高；調(diào)速或變量范圍大；適用范圍十分寬廣，可廣泛應用于汽車工業(yè)、船舶工業(yè)、各種工程機械、各種現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)設備、各種民用機械裝置等等。由于它能方便的采用電液伺服控制系統(tǒng)，可以方便地與計算機實現(xiàn)對接，其實用意義是可想而知的。
權(quán)利要求
1.一種軸向柱塞式液壓變量泵或馬達，包括殼體(6)、斜盤(12)、轉(zhuǎn)動柱塞缸體(8)、端蓋(13)或雙作用油缸(19、20、21)、由柱塞缸體帶動旋轉(zhuǎn)的花鍵傳動軸(5)，其特征在于在柱塞缸體的同一圓周上設置有偶數(shù)個柱塞孔及其柱塞(9)，每兩個對稱于缸體中心點的柱塞孔的直徑相同，其內(nèi)的柱塞由彈簧23復位和液壓操控方式控制運動，或通過液壓操控方式控制運動，柱塞具有頂?shù)走B通的油道，其頂部具有球鉸與滑靴(11)鉸接，在滑靴內(nèi)設有單向閥；所述斜盤固定在端蓋(13)上，以固定的г角傾斜，或通過其頂部浮動連接在雙作用油缸的活塞(20)上，以可變動的г角傾斜；在柱塞缸體的圓周邊分布有單作用缸，每個單作用缸具有油道孔，與固定在柱塞缸體底部殼體上的配油盤(7)上對應條形供、回油帶相通，配油盤上具有分別與柱塞孔連通的高壓進油腰形窗A和低壓回油腰形窗B。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向柱塞式液壓變量泵或馬達，其特征在于花鍵傳動軸(5)的一端與柱塞缸體8相連，另一端安裝有軸套(3)，軸套通過軸承組(4)支承在殼體(6)上，軸套內(nèi)的軸端面上安裝有彈簧(2)和調(diào)整螺釘(1)，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向柱塞式液壓變量泵或馬達，其特征在于在滑靴內(nèi)設有單向閥如圖(2)所示，由彈性卡圈(14)、頂簧(15)、鋼球(16)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向柱塞式液壓變量泵或馬達，其特征在于柱塞缸體周邊分布的單作用油缸，由復位彈簧(17)、活塞(18)、進回油道組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向柱塞式液壓變量泵或馬達，其特征在于柱塞(9)在根部開有一個圓環(huán)狀凹槽，該凹槽底部為弧形，凹槽兩側(cè)靠近柱塞表面的部分為環(huán)形平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向柱塞式液壓變量泵或馬達，其特征在于雙作用油缸由指示桿(19)、活塞(20)、雙作用油缸體(21)、浮動銷子(22)構(gòu)成，其中銷子(22)與斜盤(12)固定。
全文摘要
軸向柱塞式液壓變量泵或變速馬達的特征是:其旋轉(zhuǎn)柱塞缸體的同一圓周上設置有偶數(shù)個柱塞孔及其柱塞9,每兩個對稱于缸體中心點的柱塞孔的直徑相同,柱塞由彈簧復位或/或通過液壓操控方式控制,柱塞頂部具有球鉸與滑靴11鉸接,在滑靴內(nèi)設有單向閥;所述斜盤的固定在端蓋13上,以固定的r角傾斜,或通過其頂部浮動連接在雙作用油缸的活塞20上,以可變動的r角傾斜;在柱塞缸體的圓周邊分布有單作用缸,配油盤7上對應條形供、回油帶及高壓進、回油腰形窗連通。能夠?qū)崿F(xiàn)有級或無級變量泵或變速馬達。
文檔編號F15B15/00GK1250846SQ99117319
公開日2000年4月19日 申請日期1999年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月20日
發(fā)明者李世六, 吳立楷 申請人:李世六