CN105570206B - 一种具有组合式配流盘的液压变压器 - Google Patents

Abstract

一种具有组合式配流盘的液压变压器，属于液压件技术领域，其特征是制有内齿的外盘套装在制有外齿的内盘的外面，内盘和外盘的右端面与浮动盘的左端面贴合，外盘内齿、内盘外齿和浮动盘凸齿同在一个圆环槽内，将圆环槽分割成第一、第二、第三弧形槽，后壳体的第一油道通过第一油孔与第一弧形槽连通，后壳体的第二油道通过第二油孔与第二弧形槽连通，后壳体的第三油道通过第三油孔与第三弧形槽连通，外盘通过花键由第一摆动马达带动旋转，内盘通过花键由第二马达带动旋转，浮动盘通过销轴与后壳体连接，内盘和外盘的摆动角度范围均为0°~140±10°；优点是液压变压器具有很大的变压比，可以有效降低振动和噪音，易于实现伺服控制。

Description

一种具有组合式配流盘的液压变压器

技术领域

本发明属于液压件技术领域，具体涉及一种具有组合式配流盘的液压变压器。

背景技术

恒压网络二次调节技术是当今液压传动领域的非常重要的节能方案。但是，由于核心元件--液压变压器的技术不成熟，恒压网络技术一直难以得到推广。国内外多项专利和论文对液压变压器进行了理论和实验研究，面临多项技术难题，其中两项关键技术难题为：（1）液压变压器配流盘开有三个形状相同的腰形槽，缸体旋转过程中，柱塞腔内压力不断变化，当柱塞缸从一个腰形槽转到另一个腰形槽时，柱塞腔内的油液暂时被两个腰形槽间的阀面切断，在被切断的这段时间内，柱塞缸容腔将变大或缩小，腔体内的油液将产生膨胀或压缩，这样会导致很高的压力峰值或严重的气穴现象产生，引起噪声的增加。通过在腰形槽间开减振槽也不能很好解决噪声问题，Innas BV公司引进“梭”技术方案，在减小压力峰值和噪声方面取得一定的效果；（2）配流盘上的三个固定腰形槽还导致变压比范围较小，研究者们采用了多种优化改进措施，但变压比范围仍不能满足实际需求。

发明内容

本发明目的是提供一种具有组合式配流盘的液压变压器，可有效地克服现有技术中存在的问题。本发明的目的是这样实现的，如图1~图8所示，它包括前壳体1、后壳体11、前端盖21、后端盖14、旋转轴3、柱塞5、柱塞缸6，前端盖21通过弹簧档圈20安装在前壳体1的端部，后端盖14通过第二组螺栓12安装在后壳体11的端面上，前壳体1与后壳体11通过第一组螺栓9连接在一起，旋转轴3通过第一轴承2和第二轴承4安装在前壳体1前段的中心腔内，柱塞缸6通过n个柱塞5的球头与旋转轴3后端面上的球窝相连接，柱塞缸6和n个柱塞5形成了n个柱塞腔7，n为正整数，旋转轴3和柱塞缸6，两者轴线在同一个平面内以锐角α相交，本发明其特征在于：

制有外盘内齿17.1的外盘17套装在制有内盘外齿18.1的内盘18的外面，内盘18和外盘17的右端面与浮动盘16的左端面贴合，内盘18和外盘17的左端面及凸齿16.1的齿顶面分别与柱塞缸6右端的凹球面贴合，浮动盘16安装在后壳体11左端的中心腔内，通过定位销10与后壳体11相连接，第一摆动马达转子8通过第一花键J1与外盘17联接，制有第一外齿8.1和第二外齿8.2的第一摆动马达转子8安装在前壳体1和制有第一内齿11.1和第二内齿11.2的后壳体11的端面之间，第二摆动马达转子13穿过后壳体11和浮动盘16通过第二花键J2与内盘18联接，制有第一外齿13.1和第二外齿13.2的第二摆动马达转子13安装在后壳体11的中心腔内，后端盖14通过第二螺栓组12与后壳体11的端面连接；

如图2所示，上述结构中，外盘内齿17.1、内盘外齿18.1和凸齿16.1同在圆环槽32内，将圆环槽32分割成第一、第二、第三弧形槽22、23、24；如图4所示，后壳体11内的第一油道25通过浮动盘16上的第一油孔28和第一弧形槽22与柱塞腔7连通，后壳体11的第二油道26通过浮动盘16上的第二油孔29和第二弧形槽23与柱塞腔7连通，后壳体11的第三油道15通过浮动盘16上的第三油孔30和第三弧形槽24与柱塞腔7连通，第一摆动马达转子第一外齿8.1、第一摆动马达转子第二外齿8.2、后壳体第一内齿11.1和后壳体第二内齿11.2位于第一环形腔Q1内，将第一环形腔Q1分割为第一摆动马达第一、第二、第三、第四工作腔A1、B1、C1、D1，分别与第一摆动马达第一、第二、第三、第四油口a1、b1、c1、d1连通，第二摆动马达转子第一外齿13.1、第二摆动马达转子第二外齿13.2、后壳体第三内齿11.3和后壳体第四内齿11.4位于第二环形腔Q2内，将第二环形腔Q2分割为第二摆动马达第一、第二、第三、第四工作腔A2、B2、C2、D2，分别与第二摆动马达第一、第二、第三、第四油口a2、b2、c2、d2连通；

所述的浮动盘16的第一、第二、第三油孔28、29、30和凸齿16.1位于圆环面31内，凸齿16.1与低压油孔30分别位于圆环面31的最高位置和最低位置，第一油孔28紧靠凸齿16.1的一侧，高压油孔29紧靠凸齿16.1的另一侧；

所述的外盘内齿17.1的齿顶面和凸齿16.1的内弧面分别与内盘18的外圆面的配合间隙为3~8um，内盘外齿18.1的齿顶面和凸齿16.1的外弧面分别与外盘17的内圆面的配合间隙为3~8um，圆环面31、圆环槽32和柱塞缸6的后端面的油孔所在的圆环面正对，外盘内齿17.1、内盘外齿18.1、凸齿16.1在1/2齿高处的宽度为柱塞缸6后端面的油孔直径的1~2倍，凸齿16.1与低压油孔30的中心点所在的直线与旋转轴3的轴线和柱塞缸6的轴线共面，外盘内齿17.1在圆环槽32内的最高位置P1与最低位置P2的夹角为θ1，内盘外齿18.1在圆环槽32内的最高位置P3与最低位置P4的夹角为θ2，那么外盘17和内盘18的摆动角度范围分别为0~θ1和0~θ2，θ1和θ2的角度值均为140±20°；

所述的浮动盘也可以转动180°安装，后壳体11也相应旋转180°安装；

本发明优点及积极效果是：

（1）通过采用组合式配流盘方案，液压变压器的配流盘的高压弧形槽、负载弧形槽和低压弧形槽的大小可以较大范围调节，而且高压弧形槽和负载弧形槽可以独立变化，液压变压器的变压比范围显著提高。

（2）高压弧形槽、负载弧形槽和低压弧形槽中任意两个弧形槽的间隔仅为一个外齿或内齿或凸齿的宽度，相邻弧形槽之间的间隔长度显著降低，避免柱塞腔在两个弧形槽间运动时出现压力激增，显著降低了噪音和气蚀。

（3）外盘和内盘分别由独立摆动马达驱动，易于实现伺服控制，实现液压变压器的高响应特性。

附图说明

图1是液压变压器的结构剖面示意图。

图2是图1的A—A剖视图。

图3是图1的B—B剖视图。

图4（b）是后壳体的剖视图。

图4（a）是图4（b）的左视图。

图4（c）是图4（b）的右视图。

图4（d）是图4（c）的C—C剖视图。

图5（b）是外盘的正视图。

图5（a）是的图5（b）的左视图。

图6（b）是内盘的正视图。

图6（a）是的图6（b）的左视图。

图7（b）是浮动盘的正视图。

图7（a）是的图7（b）的左视图。

图8是内盘和外盘摆动范围示意图。

图中：1-前壳体，2-第一轴承，3-旋转轴，4-第二轴承，5-柱塞，6-柱塞缸，7-柱塞腔，8-第一摆动马达转子，8.1-第一摆动马达转子第一外齿，8.2-第一摆动马达转子第二外齿，9-第一组螺栓，10-定位销，11-后壳体，11.1-后壳体第一内齿，11.2-后壳体第二内齿，11.3-后壳体第三内齿，11.4-后壳体第四内齿，12-第二组螺栓，13-第二摆动马达转子，13.1-第二摆动马达转子第一外齿，13.2-第二摆动马达转子第二外齿，14-后端盖，15-第三油道，16-浮动盘，16.1-凸齿，17-外盘，17.1-外盘内齿，18-内盘，18.1-内盘外齿，19-隔套，20-弹簧挡圈，21-前端盖，22-第一弧形槽，23-第二弧形槽，24-第三弧形槽，25-第一油道，26-第二油道，27-定位销孔，28-第一油孔，29-第二油孔，30-第三油孔，31-圆环面，32-圆环槽，A1-第一摆动马达的第一工作腔，B1-第一摆动马达的第二工作腔，C1-第一摆动马达的第三工作腔，D1-第一摆动马达的第四工作腔，A2-第二摆动马达的第一工作腔，B2-第二摆动马达的第二工作腔，C2-第二摆动马达的第三工作腔，D2-第二摆动马达的第四工作腔，a1-第一摆动马达的第一油口，b1-第一摆动马达的第二油口，c1-第一摆动马达的第三油口，d1-第一摆动马达的第四油口，a2-第二摆动马达的第一油口，b2-第二摆动马达的第二油口，c2-第二摆动马达的第三油口，d2-第二摆动马达的第四油口，P1-外盘内齿的最高位置，P2-外盘内齿的最低位置，P3-内盘外齿的最高位置，P4-内盘外齿的最低位置，J1-第一花键，J2-第二花键，Q1-第一环形腔，Q2-第二环形腔，θ1-外盘17的最大摆角，θ2-内盘18的最大摆角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，该液压变压器是一种斜轴式液压变压器，前端盖21、前壳体1、后壳体11和后端盖14构成了斜轴式液压变压器的封闭容腔；前端盖21没有开通孔，旋转轴3完全在封闭容腔的内部，提高了封闭腔的密封性；旋转轴3通过第一轴承2和第二轴承4安装在前壳体1的中心腔内，旋转轴3的轴线与柱塞缸6的轴线的夹角α=20°，旋转轴3和柱塞缸6同时旋转的过程中，柱塞5在柱塞腔7内发生伸缩运动，柱塞腔就会实现吸油和排油；

如图1和图2所示，制有两个外齿的第一摆动马达转子8、前壳体1和后壳体11共同组成了一个双叶片摆动马达，双叶片马达对壳体的作用力呈对称式分布，外部油源高压油源和低压油源通过第一摆动马达的第一、第二、第三和第四油口a1、b1、c1、d1给第一摆动马达的第一、第二、第三和第四工作腔A1、B1、C1、D1供油和排油，第一摆动马达转子8通过第一花键J1带动外盘17实现摆动，第一摆动马达转子8的摆动角度等于外盘17的摆动角度θ1，θ1=140°；

如图1和图2所示，制有两个外齿的第二摆动马达转子13、后壳体11和后端盖14共同组成了一个双叶片摆动马达，外部高压油源和低压油源通过第二摆动马达的第一、第二、第三和第四油口a2、b2、c2、d2给第二摆动马达的第一、第二、第三和第四工作腔A2、B2、C2、D2供油和排油，第二摆动马达转子13通过第二花键J2带动内盘18实现摆动，第二摆动马达转子13的摆动角度等于内盘18的摆动角度θ2，θ2=140°；

如图1、2、5、6、7所示，内盘18、外盘17和浮动盘16共同组成了配流盘，代替已有液压变压器的的单体式配流盘；

外盘17套装在内盘18的外面，内盘18和外盘17的右端面与浮动盘16的左端面贴合；内盘外齿18.1的齿顶面和凸齿16.1的外弧面分别与外盘17的内圆面的配合间隙为4um，外盘内齿17.1的齿顶面和凸齿18.1的内弧面分别与内盘18的外圆面的配合间隙为4um，这样的微小间隙一方面可以实现润滑，另一方面泄露量也很小，这样三个齿就将圆环槽32分割为了第一、第二、第三弧形槽22、23、24；

浮动盘16通过定位销10与后壳体11连接，一方面浮动盘16无法相对后壳体11旋转，另一方面工作过程中浮动盘16的右端面在压力油作用下推压外盘17和内盘18，使组合式配流盘的左端的凸球面与柱塞缸6后端的凹球面贴合，那么贴合面之间会形成静压支承压密封区，一方面可以实现润滑，另一方面泄露量也很小；

凸齿16.1所处圆环面31的最高位置即柱塞缸6旋转过程中的死区位置，显著减小了柱塞腔7内的压力激增；

第一油口28和第二油口29分别位于凸齿16.1的两侧，第三油口30位于圆环面31的最低位置，这种位置布置可以使内盘18和外盘17的摆动角度θ1、θ2达到最大；

外盘内齿17.1、内盘外齿18.1、凸齿16.1在1/2齿高处的宽度为柱塞缸6后端面的油孔直径的1.5倍，不仅避免了工作过程中相邻弧形槽之间通过柱塞缸6后端面的油孔实现连通，而且可有效防止柱塞腔7内压力激增；

圆环面31、圆环槽32和柱塞缸6的后端面的油孔所在的圆环面正对，且三者的内径和外径均相同，可以使整个油路避免出现较大的局部节流损失；

如图1和图3所示，后壳体11内开通了第一油道25、第二油道26和第三油道15分别与外部高压油源、负载油源和低压油源连接，那么高压油源将经过第一油道25、第一油孔28、第一弧形槽22与一个或多个柱塞腔7连通，负载油源将经过第二油道26、第二油孔29、第二弧形槽23与一个或多个柱塞腔7连通，低压油源将经过第三油道15、第三油孔30、第三弧形槽24与一个或多个柱塞腔7连通；

内盘18相对于浮动盘16旋转，使第一、第三弧形槽22、24的面积发生变化，外盘17相对于浮动盘16旋转，使第二、第三弧形槽23、24的面积发生变化，那么三个弧形槽连通的柱塞腔7的个数也会发生变化，导致第一弧形槽22和第二弧形槽23内的压力比发生变化；

采用第一摆动马达转子8和第二摆动马达转子13分别驱动外盘17和内盘18转动，可以显著提高液压变压器输出压力和输出流量的变化响应速度。

如图1所示，浮动盘16可以转动180°安装，后壳体11也相应旋转180°安装，同样可以实现液压变压器的功能。

Claims (2)

1.一种具有组合式配流盘的液压变压器，它包括前壳体（1）、后壳体（11）、前端盖（21）、后端盖（14）、旋转轴（3）、柱塞（5）、柱塞缸（6），前端盖（21）通过弹簧档圈（20）安装在前壳体（1）的端部，后端盖（14）通过第二组螺栓（12）安装在后壳体（11）的端面上，前壳体（1）与后壳体（11）通过第一组螺栓（9）连接在一起，旋转轴（3）通过第一轴承（2）和第二轴承（4）安装在前壳体（1）前段的中心腔内，柱塞缸（6）通过n个柱塞（5）的球头与旋转轴（3）后端面上的球窝相连接，柱塞缸（6）和n个柱塞（5）形成了n个柱塞腔（7），n为正整数，旋转轴（3）和柱塞缸（6）两者轴线在同一个平面内以锐角α相交，其特征在于：

制有外盘内齿（17.1）的外盘（17）套装在制有内盘外齿（18.1）的内盘（18）的外面，内盘（18）和外盘（17）的右端面与浮动盘（16）的左端面贴合，内盘（18）和外盘（17）的左端面及凸齿（16.1）的齿顶面分别与柱塞缸（6）右端的凹球面贴合，浮动盘（16）安装在后壳体（11）左端的中心腔内，通过定位销（10）与后壳体（11）相连接，第一摆动马达转子（8）通过第一花键J1与外盘（17）联接，制有第一外齿（8.1）和第二外齿（8.2）的第一摆动马达转子（8）安装在前壳体（1）和制有第一内齿（11.1）和第二内齿（11.2）的后壳体（11）的端面之间，第二摆动马达转子（13）穿过后壳体（11）和浮动盘（16）通过第二花键J2与内盘（18）联接，制有第一外齿（13.1）和第二外齿（13.2）的第二摆动马达转子（13）安装在后壳体（11）的中心腔内，后端盖（14）通过第二组螺栓（12）与后壳体（11）的端面连接；

外盘内齿（17.1）、内盘外齿（18.1）和凸齿（16.1）同在圆环槽（32）内，将圆环槽（32）分割成第一、第二、第三弧形槽（22、23、24），后壳体（11）内的第一油道（25）通过第一油孔（28）、第一弧形槽（22）与柱塞腔（7）连通，后壳体（11）内的第二油道（26）通过第二油孔（29）、第二弧形槽（23）与柱塞腔（7）连通，后壳体（11）内的第三油道（15）通过第三油孔（30）、第三弧形槽（24）与柱塞腔（7）连通，第一摆动马达转子第一外齿（8.1）、第一摆动马达转子第二外齿（8.2）、后壳体第一内齿（11.1）和后壳体第二内齿（11.2）位于第一环形腔（Q1）内，将第一环形腔（Q1）分割为第一摆动马达第一、第二、第三、第四工作腔（A1、B1、C1、D1），分别与第一摆动马达第一、第二、第三、第四油口（a1、b1、c1、d1）连通，第二摆动马达转子第一外齿（13.1）、第二摆动马达转子第二外齿（13.2）、后壳体第三内齿（11.3）和后壳体第四内齿（11.4）位于第二环形腔（Q2）内，将第二环形腔（Q2）分割为第二摆动马达第一、第二、第三、第四工作腔（A2、B2、C2、D2），分别与第二摆动马达第一、第二、第三、第四油口（a2、b2、c2、d2）连通；

第一、第二、第三油孔（28、29、30）和凸齿（16.1）位于圆环面（31）内，凸齿（16.1）与低压油孔（30）分别位于圆环面（31）的最高位置和最低位置，第一油孔（28）紧靠凸齿（16.1）的一侧，高压油孔（29）紧靠凸齿（16.1）的另一侧。

2.如权利要求1所述的具有组合式配流盘的液压变压器，其特征在于：所述的外盘内齿（17.1）的齿顶面和凸齿（16.1）的内弧面分别与内盘（18）的外圆面的配合间隙为3~8um，内盘外齿（18.1）的齿顶面和凸齿（16.1）的外弧面分别与外盘（17）的内圆面的配合间隙为3~8um，圆环面（31）、圆环槽（32）和柱塞缸（6）的后端面的油孔所在的圆环面正对，外盘内齿（17.1）、内盘外齿（18.1）、凸齿（16.1）在1/2齿高处的宽度为柱塞缸（6）后端面的油孔直径的1~2倍，凸齿（16.1）与低压油孔（30）的中心点所在的直线与旋转轴（3）的轴线和柱塞缸（6）的轴线共面，外盘内齿（17.1）在圆环槽（32）内的最高位置（P1）与最低位置（P2）的夹角为θ1，内盘外齿（18.1）在圆环槽（32）内的最高位置（P3）与最低位置（P4）的夹角为θ2，那么外盘（17）和内盘（18）的摆动角度范围分别为0~θ1和0~θ2，θ1和θ2的角度值均为140±20°。