專利名稱：液壓操作的配件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液壓操作配件，帶有一臺伺服電動機(jī)、一個液壓系統(tǒng)、一臺在該液壓系統(tǒng)中的泵和一臺該泵傳動用的電動機(jī)，它們一起組合在一個結(jié)構(gòu)單元中。
從US 4 630 441中已知這樣一種配件，這種配件用在飛機(jī)中并保證一種簡單而有效的傳動。
但這類配件也主要用于造船和設(shè)備制造中，例如對閥門或閘門的打開或關(guān)閉進(jìn)行遙控的場合。這類配件的優(yōu)點(diǎn)在于，不用敷設(shè)較多的液壓管道到單個配件，而是在用電動機(jī)作馬達(dá)時采用電線足夠。在操作配件時，電動機(jī)投入運(yùn)行。這種單元也叫做所謂的“動力單元”。
電線雖然容易敷設(shè)并在運(yùn)行中容易處理，但在一根共同的電線上連接多個配件時，則該電線的負(fù)載容量就可能出現(xiàn)問題。因此，電線必須選用相當(dāng)大的斷面尺寸，而這又對控制有一些必須用接觸器或斷電器來實(shí)現(xiàn)的影響。
在多數(shù)配件中，例如為了將一個閥門從一個密封中壓出或壓入該密封中都會出現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程開始和結(jié)束時需要增加動力消耗的問題，相應(yīng)地，配件的供電必須保證能夠滿足這些要求。
本發(fā)明旨在降低這類配件的結(jié)構(gòu)費(fèi)用。
對開始時所述的那類配件來說，這個目的是通過把泵作成調(diào)節(jié)泵來實(shí)現(xiàn)的。
這種情況是從這樣的前提出發(fā)的，即雖然在多數(shù)情況中，相應(yīng)配件在操作開始或結(jié)束時需要相當(dāng)大的動力，但除此而外是不需要這種動力的。而寧愿有高的運(yùn)動速度。如果把泵作成調(diào)節(jié)泵，則該泵在一些運(yùn)行狀態(tài)時調(diào)節(jié)成可提供一個高的壓力和小的體積流量，而在另一些運(yùn)行狀態(tài)時則調(diào)節(jié)成在很小壓力下可提供一個高的體積流量。相應(yīng)地，例如可用需要的動力打開一個閥門，其中起始運(yùn)動進(jìn)行相當(dāng)緩慢。一旦該閥門自由運(yùn)行時，它便可以相當(dāng)大的速度在其要求的打開位置內(nèi)運(yùn)動。從而可達(dá)到泵的功率消耗與最大可能的流量和最大可能的工作壓力比較起來保持相當(dāng)小的目的。為了使作為舉例用的閥門能快速通過一個需要小轉(zhuǎn)矩的區(qū)域，可用現(xiàn)有的功率來實(shí)現(xiàn)流量的增加。這當(dāng)然同樣適用于需要較大“啟動轉(zhuǎn)矩”的和打算快速調(diào)節(jié)的其它配件。這種方式也可用于耗電較小的小型電動機(jī)。較小的耗電可實(shí)現(xiàn)多個配件連接在同一條供電線上；較小的耗電還有助于在相應(yīng)配電盤中采用較小的繼電器。此外，還可提高配件的壽命，因?yàn)楸苊饬穗妱訖C(jī)在大于需要轉(zhuǎn)矩的情況下工作。這種情況會導(dǎo)致不必要的發(fā)熱、增加磨損和能耗。
泵最好具有一個與配件的一根壓力連接管連接的液壓信號控制的輸入端，這樣，泵就可自動調(diào)節(jié)。在已知單個配件的控制特性時，雖然可從外部進(jìn)行調(diào)節(jié)，但在可接受的費(fèi)用的情況下泵的壓力控制用功率消耗要比從外部調(diào)節(jié)快得多。如果壓力連接管的壓力很高，則泵通過其控制輸入端調(diào)節(jié)到一個它可產(chǎn)生高壓力和小流量的運(yùn)行狀態(tài)。在配件克服了它的起始阻力后，相應(yīng)壓力連接管的壓力一般就會下降，所以泵可調(diào)節(jié)成這樣一個運(yùn)行狀態(tài)，在這個運(yùn)行狀態(tài)中，泵輸送較小壓力的、但較大體積的液體。
泵的壓力和體積流量的乘積最好幾乎保持恒定而與其運(yùn)行中的調(diào)節(jié)無關(guān)。其優(yōu)點(diǎn)是，傳動電動機(jī)同樣產(chǎn)生恒定的功率。所以可使傳動電動機(jī)的要求的或需要的功率最佳化。因?yàn)槊糠N電動機(jī)都在其最佳的運(yùn)行點(diǎn)最佳運(yùn)行，這樣就可使能耗和磨損保持較小。通常不可能達(dá)到一個精確的恒定數(shù)，但該乘積可保持在一個限定的范圍內(nèi)。
此外，可預(yù)定泵的輸送功率可從外部調(diào)節(jié)。這樣，該單元就可匹配不同型號的配件。例如通過輸送功率的調(diào)節(jié)可達(dá)到大的或小的閥門或閘門的匹配。這就導(dǎo)致能耗的進(jìn)一步降低，從而又有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即用于傳輸能量和分配能量的設(shè)備部分如導(dǎo)線和繼電器可選用較小的尺寸。
最好把泵作成徑向柱塞泵，在這種柱塞泵中，轉(zhuǎn)子以一定的偏心率相對于定子旋轉(zhuǎn)，而且該偏心率是變化的。該偏心率確定徑向柱塞泵柱塞的行程。當(dāng)偏心率變化時，行程也變化，從而輸送量也隨著變化。當(dāng)泵以一個恒定的轉(zhuǎn)矩和恒定的轉(zhuǎn)數(shù)驅(qū)動時，可通過調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)壓力升高。偏心率的調(diào)節(jié)是相當(dāng)簡單的，因此它只需要一個直線的位移運(yùn)動作為前提。
在這種情況下，轉(zhuǎn)子圍繞一根固定在外殼中的軸轉(zhuǎn)動和定子通過一個在外殼中可移動的籠子構(gòu)成時，是特別有利的。固定的轉(zhuǎn)軸可把電動機(jī)的轉(zhuǎn)動不成問題地傳遞到泵。任何在改變轉(zhuǎn)軸位置時必要的環(huán)節(jié)都不需要。由于外殼也可保持固定，所以除了從伺服電動機(jī)到由它傳動的配件的連接線外，向外實(shí)際上沒有運(yùn)動部分，該籠子只須能夠控制柱塞的運(yùn)動，但這是不成問題的。
在一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)型式中，泵通過一個吸入閥裝置與油罐連接，該裝置具有兩個單向閥，它們可在相反的方向內(nèi)打開并保持有效連接。有效連接意味著當(dāng)另一個閥打開時，一個閥保持關(guān)閉。在這種情況下，閥件可機(jī)械相互連通或液壓控制。這樣的結(jié)構(gòu)型式減輕了泵的起動，因?yàn)楸脺p小了荷載。也可在液壓控制系統(tǒng)中用一個油，這在配件具有一臺單動的伺服電動機(jī)時特別有利，這樣的伺服電動機(jī)在它移動后就具有液壓油的一定的需要量。
最好在伺服電動機(jī)上設(shè)置一個過壓閥，并在控制輸入端上設(shè)置一個安全閥。其中該安全閥具有一個較低的打開壓力。該安全閥防止泵超過預(yù)定的最高壓力運(yùn)行。而該過壓閥則防止該伺服電動機(jī)負(fù)載太高，例如在外力作用到配件上時就可能出現(xiàn)這種情況。
本發(fā)明也涉及一個帶有多個配件的系統(tǒng)，這些配件與一根共同的電源線連接。
由于本發(fā)明的配件具有較小的功率消耗，所以電源線的斷面尺寸可比迄今為止的小。
在一個優(yōu)選的結(jié)構(gòu)型式中，這些配件也可與相同的電信號線連接。電信號線和電源線甚至可以完全相同。用這種“母線”可按簡單的方式方法實(shí)現(xiàn)配件的控制。
下面結(jié)合附圖所示的幾個優(yōu)選實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖表示

圖1一個配件的第一結(jié)構(gòu)型式；圖2一個配件的第二結(jié)構(gòu)型式；圖3一臺徑向柱塞泵的示意圖。
圖1表示一個未詳細(xì)示出的配件的液壓控制系統(tǒng)示意圖。在圖1中所看到的一切都設(shè)置在一個緊湊的結(jié)構(gòu)單元中。圖中示出了帶有一臺伺服電動機(jī)1的一種單動配件的布圖，該伺服電動機(jī)使一個未詳細(xì)示出的配件元件例如一個闡門或一個閥門克服一個復(fù)位彈簧2的彈力或一個別的復(fù)位力運(yùn)動。
該伺服電動機(jī)的操作用液壓進(jìn)行。為此，一臺可以是任意種類的泵3例如軸向柱塞泵、徑向柱塞泵、葉片泵或齒輪泵與一臺電動機(jī)4連接。電動機(jī)4通過一根電線5供給電能。在電線5上必要時可連接多個配件。對這種情況，在電動機(jī)4前面還連接一個譯碼器6，該譯碼器過濾出同樣通過電線5傳輸?shù)男盘?。電線5這時也就是信號線。
泵3通過一個吸入閥裝置7與一個油罐8連接。該吸入閥裝置7具有兩個在打開方向充液的單向閥7a、7b，它們由一根與油罐8連接的共同的吸液管9打開。這兩個單向閥7a、7b通過虛線所示的管道相互這樣連接，即在閉合壓力時，另一個單向閥7b在打開位置對一個單向閥7a施壓和相反進(jìn)行。
泵3的輸出端通過一個朝伺服電動機(jī)1打開的單向閥10并通過一個換向閥11與伺服電動機(jī)1連接。該換向閥通過一個彈簧12預(yù)加載，使泵和伺服電動機(jī)1之間的連接打開。在換向閥11上設(shè)置了另一根連接管13，以便可連接一個手動泵來在緊急情況下操作伺服電動機(jī)1。在應(yīng)急的運(yùn)行結(jié)束后，彈簧12(或一個另外的復(fù)位力)使換向閥11又自動回到可進(jìn)行搖控的正常運(yùn)行。
伺服電動機(jī)1的輸入端通過一個過壓閥14與油罐8連接。此外，伺服電動機(jī)1的輸入端通過一個旁路閥15同樣與油罐8連接。
在單向閥10前面分接一根到泵3的一個控制輸入端16的管道。該控制輸入端通過一個安全閥21同樣與油罐8連接。
單向閥10的出口通過一個節(jié)流閥17和一個電磁閥18與油罐8連接。此外，在單向閥10的出口還設(shè)置了一個壓力計19或壓力開關(guān)(一個所謂的恒壓器)。電磁閥18可通過譯碼器6操作。必要時，可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥17也可由通過譯碼器6識別的信號來進(jìn)行調(diào)節(jié)。但節(jié)流閥17一般調(diào)節(jié)成一個固定的值。這些部件當(dāng)然也可用自己的信號線供電。
泵3的入口與一根應(yīng)急管20連接，在該應(yīng)急管上必要時可連接一個手動泵。
在沒有通電的狀態(tài)中，電磁閥18是打開的。兩個單向閥7a、7b也是打開的。全部其它單向閥和旁路閥15都是關(guān)閉的。
當(dāng)電動機(jī)4啟動時，電磁閥18工作亦即關(guān)閉，這時泵3通過單向閥7a從油罐8吸入液壓油并將它輸送到另一個單向閥7b的輸出端。由于這兩個單向閥7a、7b是相互連通的，所以通過閥7b的壓力降關(guān)閉該閥，而這時的單向閥7a則由于有壓力而完全打開。其中泵3的啟動減小了負(fù)載并減小吸入側(cè)的壓力降。
在單向閥7b關(guān)閉后，泵3的壓力繼續(xù)傳遞到安全閥21并到達(dá)泵3的控制輸入端16。與此同時，該壓力經(jīng)單向閥10傳遞到現(xiàn)在已關(guān)閉的電磁閥18。該壓力經(jīng)換向閥11到達(dá)伺服電動機(jī)1的輸入端，例如一個旋轉(zhuǎn)傳動裝置。旁路閥15關(guān)閉。過壓并14防止在伺服電動機(jī)1中產(chǎn)生太高的壓力。
如果假定在伺服電動機(jī)1的工作開始時需要一個較大的力來克服例如一個閘門或一個閥門的起動力矩，則在所示運(yùn)行方式的開始時在伺服電動機(jī)1的壓力輸入端建立相當(dāng)高的壓力，該壓力然后經(jīng)控制輸入端16到達(dá)泵3。泵3這時調(diào)節(jié)成在相當(dāng)小的體積流量時提供一個高的壓力。由于在伺服電動機(jī)1本來只產(chǎn)生一個相當(dāng)小的運(yùn)動，所以用不著大的流量。泵3的整個功率消耗保持很小。
如果在克服起動力矩后伺服電動機(jī)1用較高的速度即用較大的體積流量運(yùn)行，則由于伺服電動機(jī)1上的較小的反力而使其相鄰壓力輸入端上的壓力下降，該壓力又是繼續(xù)傳遞到泵3的控制輸入端16。這時該泵調(diào)節(jié)成用較小的壓力和較高的體積流量輸送。然后伺服電動機(jī)1可用高的速度和低的壓力通過剩余的調(diào)節(jié)行程。功率消耗在這里也保持很小。
由電動機(jī)4輸出的、可用轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)矩的乘積來表示的功率在這里基本上保持恒定，即該電動機(jī)可在它的最佳運(yùn)行點(diǎn)運(yùn)行。
當(dāng)伺服電動機(jī)1到達(dá)要求的位置后，電動機(jī)4關(guān)掉。電磁閥18保持關(guān)閉。如果伺服電動機(jī)稍后又往回開動，則電磁閥18打開，于是液壓油經(jīng)換向閥11、節(jié)流閥17和電磁閥18又可流回到油罐8。
相同的原理也可用于兩側(cè)作用的傳動，此圖2所示。相同的件用相同的參照號，相應(yīng)的件則用在數(shù)字的右上角加一撇來表示。
伺服電動機(jī)1’現(xiàn)在具有兩根壓力連接管l(左)和r(右)，所以它可在兩個方向內(nèi)調(diào)節(jié)運(yùn)動。相應(yīng)地，泵3’也具有兩根連接管l，r。吸入通過兩個單向閥7a，7b之一進(jìn)行，視這兩根連接管中的哪一根作為吸入連接管和哪一根作為壓力連接管而定。
泵3’的控制輸入端16通過單向閥22a，22b與泵3’的管道l，r連接。這兩個單向閥22a和22b可使控制輸入端16的較高壓力繼續(xù)傳遞，但不可能到達(dá)泵3’的低壓側(cè)。
與圖1所示單向閥10相應(yīng)的單向閥裝置10’的單向閥10a，10b構(gòu)成一個雙領(lǐng)示控制的單向閥。當(dāng)泵在這兩個單向閥的一個的流通方向內(nèi)產(chǎn)生一個壓力時，該領(lǐng)示控制單向閥在阻流方向內(nèi)打開。在伺服電動機(jī)施壓時，這些閥關(guān)閉，從而切斷伺服電動機(jī)的液壓。
過壓閥14通過單向閥23a、23b與伺服電動機(jī)1’的相應(yīng)輸入端l、r連接。
當(dāng)伺服電動機(jī)1’的相應(yīng)的壓力輸入端r、l上的壓力增加時，在這里泵3’的控制輸入端16也相應(yīng)加載，所以輸送量減少，而輸送壓力增加。在克服開始時的卡住或克服起動轉(zhuǎn)矩以后，不再需要大的力，但要求較高的速度，壓力自動下降，輸送量增加。
可用于圖1和圖2所示配件中的泵3的一個例子如圖3所示。
泵3具有一個外殼24，轉(zhuǎn)子25支承在該外殼中而可繞一根固定軸26旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子25與一臺在圖中未示出的電動機(jī)4抗扭地連接。
該外殼內(nèi)設(shè)置一個孔27，在該孔中設(shè)置一個籠子28，該籠子由一個外環(huán)29和一個內(nèi)環(huán)30構(gòu)成，滾動體31位于該內(nèi)外環(huán)之間。外環(huán)29和內(nèi)環(huán)30可相應(yīng)地、摩擦相當(dāng)小地進(jìn)行相對旋轉(zhuǎn)。
在轉(zhuǎn)子的徑向孔33中設(shè)置了許多柱塞32，它們貼合在內(nèi)環(huán)33的內(nèi)壁上。籠子28相對于轉(zhuǎn)子25偏心布置，所以在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，從轉(zhuǎn)子表面到內(nèi)環(huán)30內(nèi)壁的距離發(fā)生變化，以致柱塞32移入和移出。在這種情況下，內(nèi)環(huán)30與轉(zhuǎn)子25一起旋轉(zhuǎn)。也可用滑塊代替柱塞。
為了改變偏心率，亦即改變軸26和籠子28的軸的距離，首先將一個螺絲34放在螺帽35中，它通過一個柱塞36作用到外環(huán)29上。外環(huán)29從對面通過一個壓縮彈簧37預(yù)加應(yīng)力。預(yù)壓力可通過一個支座38改變，該支座可或多或少地擰入外殼24中。螺絲34在安裝完以后還可從外部操作。所以用這個螺絲34可相對于轉(zhuǎn)子25預(yù)調(diào)籠子28的偏心率。用這種方式可使輸送量在低壓力時適應(yīng)相應(yīng)的使用目的，亦即泵可根據(jù)待操作的配件進(jìn)行調(diào)節(jié)。
此外，控制輸入端16有一個通入壓力室40的通道39，它部分地設(shè)置在螺絲34的端面和柱塞36之間。這樣在通道39和壓力室40中的壓力上升時，塞柱36朝彈簧37方向移動，于是籠子28在外殼24中移動，偏心率減小。當(dāng)壓力重新下降時，彈簧37重新往回推動籠子28直到塞柱36貼合螺絲34為止。在這個位置上，泵3具有最大的排出量但最小的壓力。
現(xiàn)在可將圖1和圖2所示的多個配件連接在一根共同的電源線上并由它向它們供電，由于能耗很小，所以可用斷面尺寸相當(dāng)小的導(dǎo)線和控制元件。
權(quán)利要求
1.液壓操作配件，帶有一臺伺服電動機(jī)、一個液壓控制系統(tǒng)、一臺在該液壓系統(tǒng)中的泵和一臺該泵傳動用的電動機(jī)，它們一起組合在一個結(jié)構(gòu)單元中，其特征為，泵(3，3’)作成調(diào)節(jié)泵。
2.按權(quán)利要求1的配件，其特征為，泵(3，3’)具有一個液壓信號的控制輸入端(16)，該輸入端與配件(1，1’)的壓力連接管(1，r)連接。
3.按權(quán)利要求1或2的配件，其特征為，泵(3，3’)的壓力和體積流量的乘積幾乎保持恒定，而與其運(yùn)行中的調(diào)節(jié)無關(guān)。
4.按權(quán)利要求1至3中任一項的配件，其特征為，泵(3，3’)的輸送能力可從外部調(diào)節(jié)。
5.按權(quán)利要求1至4中任一項的配件，其特征為，泵(3，3’)作成徑向柱塞泵，該泵的轉(zhuǎn)子(25)以一定的偏心率相當(dāng)于定子轉(zhuǎn)動，而且該偏心率是可以改變的。
6.按權(quán)利要求5的配件，其特征為，轉(zhuǎn)子(25)繞一根固定在外殼(24)中的軸(26)轉(zhuǎn)動，定子則由一個在外殼(24)中可移動的籠子(28)構(gòu)成。
7.按權(quán)利要求1至6中任一項的配件，其特征為，泵(3，3’)通過一吸入閥裝置(7)與一個油罐(8)連接，該吸入閥裝置具有兩個單向閥(7a，7b)，這兩個單向閥在相反的方向內(nèi)打開并相互有效連通。
8.按權(quán)利要求1至7中任一項的配件，其特征為，在伺服電動機(jī)(1，1’)上設(shè)置了一個過壓閥(14)，在控制輸入端(16)上設(shè)置了一個安全閥(21)，其中安全閥(21)具有一個較低的打開壓力。
9.具有多個按權(quán)利要求1至8中任一項所述的配件的系統(tǒng)，其特征是，這些配件與一根共同的電源線連接。
10.按權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征為，這些配件與一根相同的電信號線連接。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種液壓操作配件帶有一臺伺服電動機(jī)(1)、一個液壓控制系統(tǒng)、一臺在該液壓系統(tǒng)中的泵(3)和一臺該泵(3)傳動用的電動機(jī)(4),它們一起組合在一個結(jié)構(gòu)單元中。這種配件可減少供電的結(jié)構(gòu)費(fèi)用。為此,泵(3)作成調(diào)節(jié)泵。
文檔編號F15B11/04GK1250847SQ9912024
公開日2000年4月19日 申請日期1999年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月25日
發(fā)明者K·伯紹, U·丹特澤爾 申請人:丹福斯有限公司