專利名稱：軸向多組柱塞式液壓變量泵或變速馬達的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及液壓傳動機械領域，特別是一種軸向多組柱塞式液壓變量泵或變速馬達。
現有的液壓傳動系統，無論是國內的還是國外的，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節(jié)仍須采用傳統笨重的液壓(或液力等)傳動機械等低效率高能耗傳動方式來實現。有少數被采用的調速液壓馬達及變量液壓泵，它們采用以下的方式來實現其調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速(或變量)的目的，但此種調速(或變量)方式導致系統產生很高的噪音和大量的發(fā)熱，因此，系統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，通過改變各排液壓元件之間的串聯或并聯關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或并聯以后來實現的。無論具體做法如何，此類方式的致命弱點是系統體積龐大、生產成本太高，而可供系統調速或變量的級數卻很少。
3.通過改變斜盤角度(r角)來改變馬達或泵的排量從而實現液壓傳動系統的無級調速或無級變量，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鍵問題在于它所能提供給系統的調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的傳動方式方能提供給工作機械必需的調速或變量范圍，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柱塞缸體的不同圓周上設置數個柱塞孔及其柱塞，通過液壓操控方式來控制不同圓周上相同或不同的直徑的工作柱塞數，或同時通過控制調整斜盤傾角(r角)，達到有級或無變量或變速的軸向多組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方案實現的，即一種軸向多組柱塞式液壓變量泵或馬達，包括殼體、斜盤、轉動柱塞缸體、端蓋或雙作用油缸、由柱塞缸體帶動旋轉的花鍵傳動軸，其特征在于在柱塞缸體的不同同心圓周上設置若干組柱塞孔及其柱塞，每組柱塞的孔徑相同且均布在圓周上，并且不同圓周上柱塞之間錯位布置；每個柱塞具有頂底連通的油道，其頂部具有球鉸與滑靴鉸接，滑靴上套有壓盤1；所述斜盤固定在端蓋上，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上，以可變動的r角傾斜；在柱塞缸體底部有配油盤固定在殼體上，配油盤上具有與柱塞組數相同并分別與之對應連通的高壓進油腰形窗孔和低壓回油腰形窗孔，每組柱塞所對應的高壓進油腰形窗孔和低壓回油腰形窗孔Y型閥控制。
本發(fā)明的上述結構可以通過附圖給出的實施例進一步說明。
本發(fā)明有如下附圖

圖1為本發(fā)明實施例1的軸向剖視圖；圖2為配油盤7的配流示意圖；圖3為柱塞缸體端面供油及柱塞分布示意圖；圖4為本發(fā)明實施例2的軸向剖視圖；圖5、6為柱塞組工作或不工作時油路連接示意圖。
參見附圖1～3、5、6圖1所示的實施例1為多級式軸向多組柱塞液壓變速馬達，包括殼體6、斜盤15、轉動柱塞缸體8、端蓋16、由柱塞缸體帶動旋轉的花鍵傳動軸5，其特征在于在柱塞缸體的不同同心圓周上設置若干組柱塞孔及其柱塞10，每組柱塞的直徑相同且均布在圓周上，并且不同圓周上柱塞之間錯位布置；每個柱塞具有頂底連通的油道，其頂部具有球鉸與滑靴14鉸接，滑靴上套有壓盤13；所述斜盤固定在端蓋16上，以固定的r角傾斜；在柱塞缸體底部有配油盤7固定在殼體上，配油盤上具有與柱塞組數相同并分別與之對應和連通的高壓進油腰形窗孔A和低壓回油腰形窗孔B，每組柱塞所對應的高壓進油腰形窗孔和低壓回油腰形窗孔通過Y型閥控制。
圖1中的花鍵傳動軸5的一端安裝有軸套3，軸套通過軸承組4支承在殼體6上，軸套內的軸端面上安裝有彈簧2和調整螺釘1，由其軸向調節(jié)，使柱塞缸體與配油盤7保持一定厚度的油膜接觸；在本實施例中，傳動軸5的另一端安裝有由彈簧9支撐的鋼球12，其上鉸接有壓盤13，用于保證柱塞的回程；滑靴14上套有壓盤，在滑靴上設有小孔，通過彈簧9、鋼球12及壓盤13使其靠在斜盤上，保證滑靴14與斜盤15之間可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11支承在殼體內。
附圖1、4中的馬達或泵設有三組且每組8個柱塞(柱塞的組數以及每組的個數可視需要而定，各組柱塞的直徑可以相同也可以不同)。圖2中的配油盤7與柱塞缸體8接觸端面的示意圖，圖中I、II、III三組腰形供、回油帶分別與圖3中的D1、D2、D3等三組柱塞進出油孔相對應；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端部柱塞進出油口孔徑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三組腰形供、回油道即高壓進油腰形窗孔A、低壓回油腰形窗孔B等的油路將通過在殼體內開設對應的孔洞再外接相應的油管來實現。圖3中柱塞缸體8自外向內的三個不同直徑的同心圓周上均對稱分布有8個柱塞進出油孔。此外，圖中的虛線表示出每組柱塞的直徑是不同的，這種處理方式可以有效調整馬達調速或油泵變量的級間差距。
不難看出本發(fā)明的多級與無級變量泵或調速馬達的主要區(qū)別在于使斜盤15的r角是否可調。如圖4所示，斜盤r角的調節(jié)由雙作用油缸完成。圖中，圖中雙作用油缸包括指示桿16、活塞17和雙作用油缸體18、其中斜盤15通過銷子19與活塞17浮動連接，r角的改變即是靠活塞17帶動銷子19后完成的。
本發(fā)明的有級或無級調速液壓馬達與有級或無級變量液壓泵在結構上是可逆的，即上述結構可以直接用作泵。
本發(fā)明的工作原理敘述如下如圖1、圖4所示，當配油盤7上的高壓進油腰形窗孔A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10在液壓油的壓力作用下外伸壓向斜盤15，由于斜盤15具有一定的傾角r，所以，根據力學原理，斜盤15給柱塞10的反作用力必將產生一個沿柱塞缸體8的圓周方向的切向分力。由于斜盤15無法轉動，該切向分力必然迫使柱塞10帶動柱塞缸體8按切向分力所指的方向旋轉(按圖3的投影方向看應為順時針旋轉)，于是，力矩與轉速通過花鍵傳動軸5等輸出。與此同時，由于柱塞缸體8的旋轉，與配油盤的低壓回油腰形窗孔B相對應的另一部分柱塞在斜盤的作用下向柱塞缸體內運動(收縮)，使柱塞腔的容積減小，腔內原來由高壓進油腰形窗孔A注入的液壓油便被擠出柱塞腔并通過低壓回油腰形窗孔B及外接油路排回油箱。
綜上所述，只要不斷地輸入液壓油，上述進油并導致旋轉；旋轉又導致排油的過程就會周而復始地循環(huán)下去，恒定的扭矩與轉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，只需要有選擇地關閉I、II、III等三組供、回油腰形窗孔的油路并通過Y型控制閥連通相應的進、回油腔即可(參見附圖5、6)。其具體的變速原理及動作過程如下如圖1￣6中，假定系統供油的流量是不變的，并且本馬達的初始工作狀態(tài)為所有柱塞全部參與工作，這時馬達輸出的轉速最低而扭矩最大，在此狀態(tài)下，如果希望提高本馬達的轉速，可以通過外接控制油路將輸入配油盤7中某組如D1圓周上腰形進油窗孔的工作液壓油關閉，同時，仍通過外接控制油路將配油盤7中D1圓周上的腰形進油窗孔與回油油路連通(連通的目的在于當柱塞被壓盤強制拉出時，柱塞腔內不致于形成真空)。如此關閉及連通了有關油路以后，實際參加工作(吸、排油)的柱塞數由原來的24個(三組)減少為16個(兩組)，于是整個馬達的排量變小了。在輸入馬達的動力液壓油流量不變的前提下，馬達輸出的轉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)，則只需通過Y型閥Y控制油路重新為前述高壓進油腰形窗孔恢復供油并同時將該窗孔與回油路連通的油路重新關閉即可。這樣，柱塞自動重新參加工作，馬達又恢復到原來的“24個柱塞工作”的工作狀態(tài)。同理，需要時，亦可將對D2或D3圓周上的高壓進油腰形窗孔供油的油路關閉并將相應的窗孔與回油油路連通從而達到從馬達獲得不同扭矩和轉速的目的。需要說明的是，本發(fā)明馬達或油泵中的柱塞位于直徑各不相同的圓周上，從圖1可以看出，所謂“直徑不同”，即柱塞10距柱塞缸體8之中心軸線的距離不同，由于斜盤15的原因，位于不同直徑圓周上的柱塞參與工作時的行程也不同；而行程不同，其工作與否對液壓馬達或液壓泵的排量的影響也不同。正因為如此，本發(fā)明馬達或油泵不再刻意強調柱塞的直徑是否相同，但是，如果使用不同直徑的柱塞并按由外向內逐步減小的規(guī)律排列(如圖3所示)，將明顯加大馬達有級調速或油泵有級變量的級間差。反之，如果使用不同直徑的柱塞并按由內向外逐步減小的規(guī)律排列，則將全部或部分抵消馬達有級調速或油泵有級變量的級間差。
總之，本發(fā)明液壓變速馬達或變量油泵變速或變量的本質在于操控馬達或油泵的排量，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速變大，反之亦然。從以上介紹同樣可以看出本液壓變速馬達排量的改變可以通過兩種途徑來實現要么關閉或開啟柱塞的工作油路即改變實際參加工作的柱塞數；要么改變柱塞的直徑，僅從改變工作柱塞數的角度不難想象，既然可以關閉或開啟與圖3中D1圓周上的柱塞相對應的油路，當然也就可以關閉或開啟與圖3中D2或D3圓周上的柱塞相對應的油路；既然可以關閉或開啟一個圓周上的柱塞油路，當然也就可以關閉或開啟兩個或者三個圓周上的柱塞油路。由于本液壓馬達設有三組柱塞，通過對實際參與工作的柱塞組數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速。根據數學的排列組合原理，附圖1、3所示的“三組柱塞”馬達通過適當的控制油路控制三組柱塞分別或全部參與工作以形成不同的工作柱塞組合后，即可以獲得七級速度?？梢栽O想，如果用四組柱塞或者更多，則馬達變速的級數幾乎是隨心所欲的(如果工作機械需要的話)。有關這些多級馬達的具體組成方式、工作過程或原理等等，完全可以根據上述原理類推，此處就不再一一贅述了。
在上述多級調速液壓馬達或油泵的基礎上，只要改變斜盤的傾角(r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無級變速的目的。其具體工作過程和工作原理如下如圖4所示，來自外供控制油源的壓力油經雙作用油缸缸體18的油孔分別進入兩端面作用面積相等的活塞17兩端的A或B油腔，推動活塞17上下移動。此時，與銷子19連為一體的斜盤15必然隨之作相應的運動(旋轉)從而改變斜盤15的傾角(r角)。由于r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。驅動雙作用油缸工作的外供控制油源可用DY-02型電液伺服閥或其他電液伺服閥控制，通過調節(jié)電液飼服閥的輸入電流來實現調速?；钊?7上安裝有指示桿16作為電液伺服閥電氣控制系統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節(jié)量應與有級變速時級于級之間的速度變化相協調，以達到無級調速的目的。
多級或無級變量液壓泵的工作原理完全是多級或無級調速液壓馬達的逆過程。前已述及，此處不再贅述。
與現有的液壓傳動裝置相比，本發(fā)明的通過外控制油路控制供給工作油流，使實際參與工作的柱塞數發(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r最終實現無級調速或無級變量的。具有工作更可靠、運轉更平穩(wěn)、結構更簡單、力學性能更優(yōu)秀的特點，因此，能夠真正解決現有液壓傳動系統所存在的種種弊端，為各類機械和液壓傳動系統的發(fā)展更新提供了先進可靠的保障。此外，本發(fā)明構造簡單精巧；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)、各種現代工業(yè)生產設備、各種民用機械裝置等等，尤其適用于船舶工業(yè)和各種大型工程機械等需要大動力的場合。由于它采用電液伺服控制系統控制，可以方便地與計算機控制實現對接。若考慮散熱、排水的結構因素，本發(fā)明還可實現氣壓控制。
權利要求
1.一種軸向多組柱塞式液壓變量泵或馬達，包括殼體(6)、斜盤(15)、轉動柱塞缸體(8)、端蓋(16)或雙作用油缸、由柱塞缸體帶動旋轉的花鍵傳動軸(5)，其特征在于在柱塞缸體的不同同心圓周上設置若干組柱塞孔及其柱塞(10)，每組柱塞直徑相同且均布在圓周上，并且不同圓周上柱塞之間錯位布置；每個柱塞具有頂底連通的油道，其頂部具有球鉸與滑靴(14)鉸接，滑靴上套有壓盤(13)；所述斜盤固定在端蓋上，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上，以可變動的r角傾斜；在柱塞缸體底部有配油盤(7)固定在殼體上，配油盤上具有與柱塞組數相同并分別與之對應連通的高壓進油腰形窗孔(A)和低壓回油腰形窗孔(B)，每組柱塞所對應的高壓進油腰形窗孔和低壓回油腰形窗孔通過Y型閥控制。
2.根據權利要求1所述軸向多組柱塞式液壓變量泵或馬達，其特征在于花鍵傳動軸(5)的一端安裝有軸套(3)，軸套通過軸承組(4)支承在殼體(6)上，軸套內的軸端面上安裝有彈簧(2)和調整螺釘(1)，由其軸向調節(jié)，使柱塞缸體與配油盤(7)保持一定厚度的油膜接觸；傳動軸(5)的另一端安裝有由彈簧(9)支撐的鋼球(12)，其上鉸接有壓盤(13)，滑靴(14)套在壓盤上，在滑靴上設有小孔，通過彈簧(9)、鋼球(12)及壓盤13使其靠在斜盤上，保證滑靴(14)與斜盤(15)之間可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(11)支承在殼體內。
3.根據權利要求1所述軸向多組柱塞式液壓變量泵或馬達，其特征在于雙作用油缸包括指示桿(16)、活塞(17)和雙作用油缸體(18)、其中斜盤(15)通過銷子(19)與活塞(17)浮動連接。
4.根據權利要求1所述軸向多組柱塞式液壓變量泵或馬達，其特征在于高壓進油腰形窗孔(A)和低壓回油腰形窗孔(B)之間設有一寬度不小于柱塞缸體8端部柱塞進出油口孔徑(D)的隔離帶。
全文摘要
軸向多組柱塞式液壓變量泵或變速馬達的特征是:在柱塞缸體的不同同心圓周上設置若干組柱塞孔及其柱塞(10),每組柱塞的孔數為偶數、直徑相同且均布在圓周上;每個柱塞具有頂底連通的油道,其頂部具有球鉸與滑靴(14)鉸接;所述斜盤固定在端蓋上,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上,以可變動的r角傾斜;在柱塞缸體底部有配油盤(7)固定在殼體上,配油盤上具有與柱塞組數相同并分別與之對應連通的高壓進油腰形窗孔(A)和低壓回油腰形窗孔(B)。能夠實現有級或無級變量泵或變速馬達。
文檔編號F15B11/00GK1254059SQ99117320
公開日2000年5月24日 申請日期1999年10月22日 優(yōu)先權日1999年10月22日
發(fā)明者李世六, 吳立楷 申請人:李世六