CN109404242A - 一种双斜盘三油口轴配流柱塞式变量泵 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轴向柱塞式液压泵技术领域，并公开了一种双斜盘三油口轴配流柱塞式变量泵。所述变量泵包括转子、缸体、多个柱塞、斜盘组件、配流装置以及设置于所述缸体左右两侧的左端盖和右端盖，缸体内部左右两侧分别对称分布有多个柱塞，缸体内部设置有多个柱塞腔以及与柱塞腔相通的多个吸排油口，配流装置包括配流轴，以及设于所述配流轴内部的第一隔板和第二隔板，以及所述配流轴的前后两个侧壁上各设置有两个腰形的配流窗口。本发明适应单活塞杆液压缸工作油口的不对称流量，以实现单活塞杆液压缸的伺服控制的闭式回路，能够满足体积小、排量大的需求，同时本变量泵还具备节约能源、污染小、使用寿命长、制备简单适合大规模生产等优点。
Description
技术领域
本发明属于轴向柱塞式液压泵技术领域，更具体地，涉及一种双斜盘三油口轴配流柱塞式变量泵。
背景技术
柱塞泵/马达是液压领域中最为重要的动力元件之一，广泛应用于船舶、航空航天、汽车等领域。传统的轴向变量泵/马达由带有一个倾斜斜盘的变量泵和变量调节机构组成，变量机构大多采用单柱塞缸的结构形式，通过改变斜盘摆角的大小，从而来控制柱塞泵/马达输出排量的改变。液压电机柱塞泵作为液压***中关键性动力元件，具有压力高、调速范围广、配流结构易于改型等特点，能够适应液压***简化回路、节能环保的发展要求。采用液压泵直接控制液压缸的运动，是提高电液技术能量效率最直接的方法，是该领域国际上的研究热点，国内外在这方面都开展了许多研究工作。
中国专利CN102135082 A公开了一种双斜盘液压电机柱塞泵,包括外壳、定子、转子、缸体、多个柱塞、两斜盘组件和配流装置,其中缸体左右两侧各设置有多个与柱塞腔相通的吸排油口,配流装置与缸体间隙配合,在转子主轴带动缸体的转动中,斜盘组件使柱塞在柱塞腔中作往复直线运动,配流装置与缸体的吸排油口周期性的连通,实现电机柱塞泵的配流,配流装置不随主轴而转动,所述配流装置为配流轴。该发明采用的配流装置有效简化了泵整体结构,减少了泵的闭死容积,提高了电机柱塞泵的容积效率,与现有的阀配流柱塞泵相比,使得泵腔体内工作介质出入口处过流量不再受到阀口大小的限制,流通更顺畅,且没有了阀配流所带来的阀口开闭滞后现象。
现有技术中已经针对柱塞泵提出了一些有效的简化的配流方式，如，配流轴装置与缸体的吸排油口周期性的连通,实现电机柱塞泵的配流,配流装置不随主轴而转动。然而，进一步的研究表明，上述现有设备仍具有以下的缺陷或不足：首先从节能角度出发，液压***难以实现排量的自动调节，进而实现单活塞杆液压缸的伺服控制；另一方面，现有及时在进行排量调节的过程中，需要多阀的相互配合作用，其设备繁多，控制复杂，不利于实际的生产作用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双斜盘三油口轴配流柱塞式变量泵，其通过对变量泵的结构进行进一步的改进和设计，特别是针对变量泵液压***的配流机构进行了有机改进，如将传统的两油口变量泵设置为三油口变量泵，同时在配流轴上配设有调节和平衡径向压力的静液压平衡槽，进一步的配合可根据工作需求以改变斜盘倾角的作用机理，以使得变量泵在工作的过程中通过油量的实时排出和补偿进而实现变量调节方式，进而能适应单活塞杆液压缸工作油口的不对称流量，以实现单活塞杆液压缸的伺服控制的闭式回路，能够有效降低机械摩擦、满足体积小、排量大的需求，同时本变量泵还具备节约能源、污染小、使用寿命长、制备简单适合大规模生产等优点。
为实现上述目的，本发明提供了一种双斜盘三油口轴配流柱塞式变量泵，包括转子、缸体、柱塞、斜盘组件、配流装置以及设置于所述缸体左右两侧的左端盖和右端盖，其中转子与缸体为一体结构，所述缸体两端分别布置有多个相互对应的柱塞腔，所述柱塞腔内设有柱塞，所述缸体两端的各柱塞分别对应以形成多个柱塞对，每个柱塞均与斜盘组件连接，在所述转子带动缸体的转动中，所述斜盘组件使柱塞在柱塞腔中作往复直线运动，其特征在于：
所述配流装置包括圆筒形的配流轴，以及设于所述配流轴内部的第一隔板和第二隔板，所述第一隔板沿所述配流轴的轴向布置，将配流轴内部分为呈上下布置的第一流道和第二流道，且所述第一流道内部沿所述配流轴的径向设有第二隔板，该第二隔板将所述第一流道分为左右布置的左流道和右流道，进而所述左流道作为所述变量泵的第一油口，所述右流道作为所述变量泵的第二油口，所述第二流道作为所述变量泵的第三流道，以及
所述配流轴的前后两个侧壁上各设置有两个腰形的配流窗口，且其中一侧的两个配流窗口将第一流道与所述柱塞腔连通，且该两个配流窗口被所述第二隔板隔开；另一侧的两个配流窗口将第二流道与所述柱塞腔连通；
以此方式，在变量泵吸油和排油过程中通过三油口的相互配合实时实现油量的补偿和排出。
进一步的，所述变量泵还包括单活塞杆液压缸和低压油箱，其中，所述单活塞杆液压缸包括无杆腔和有杆腔，且所述无杆腔和有杆腔被设于有杆腔内的推杆隔开，且所述推杆能在所述单活塞杆液压缸内来回运动；所述第二流道与所述无杆腔连通，所述右流道与所述有杆腔连通，所述左流道与所述低压油箱相连。
进一步的，所述配流轴的前后两个侧壁上设置有静液压平衡槽，且每侧静液压平衡槽的总面积与每侧两个配流窗口面积的总和相等。
进一步的，所述低压油箱与所述单活塞杆液压缸之间设有单向控制阀。
进一步的，所述缸体为轴对称结构，且该缸体轴向开有中心孔，所述缸体由圆柱滚子轴承分别支承在左端盖和右端盖上。
进一步的，所述斜盘组件包括固定设置于所述左端盖上的左斜盘以及可旋转的配设于所述右端盖上的右斜盘，其中，所述右斜盘能够绕缸体的中心轴线摆动，通过转动所述右斜盘进而改变所述右斜盘与所述左斜盘的相对相位关系，以实现改变变量泵的排量。
进一步的，所述斜盘组件还包括滑靴、回程盘和中心球铰，其中，所述滑靴一端嵌入所述斜盘的滑槽中，另一端通过中心球铰与所述柱塞铰接，所述回程盘卡设在所述滑靴与所述滑槽之间。
进一步的，所述配流轴的中心轴与所述缸体的中心轴重合，且两者的连接处采用斯特封密封圈进行旋转密封。
进一步的，所述变量泵的排量公式为：
其中，V是变量泵的排量，d是柱塞直径，z是柱塞数，D是柱塞孔在缸体中的分布圆直径，θ是左斜盘工作面的上、下止点连线与右斜盘工作面的上、下止点连线在投影圆上的投影直线的夹角，γ是左斜盘的倾斜角。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明的变量泵，其通过对变量泵的结构进行进一步的改进和设计，特别是针对变量泵液压***的配流机构进行了有机改进，如将传统的两油口变量泵设置为三油口变量泵，同时在配流轴上配设有调节和平衡径向压力的静液压平衡槽，进一步的配合可根据工作需求以改变斜盘倾角的作用机理，以使得变量泵在工作的过程中通过油量的实时排出和补偿进而实现变量调节方式，进而能适应单活塞杆液压缸工作油口的不对称流量，以实现单活塞杆液压缸的伺服控制的闭式回路，能够有效降低机械摩擦、满足体积小、排量大的需求，同时本变量泵还具备节约能源、污染小、使用寿命长、制备简单适合大规模生产等优点。
2.本发明的变量泵，采用了三油口配流轴，仅使用一台泵就能适应单活塞杆液压缸两工作油口的不对称流量，无需辅助的补油装置，就能实现对单活塞液压缸的控制，避免了采用阀控技术带来的流量损失，提高了***的能量效率。
3.本发明的变量泵，配流轴采用静压平衡结构，使配流轴所受的不平衡径向力大大减小，能有效地减小摩擦磨损。
4.本发明的变量泵，通过驱动右斜盘旋转，从而改变右斜盘与左斜盘的相对相位关系，从而改变每对柱塞之间柱塞腔的容积在一个工作循环中的变化量，因此本发明可以很方便实现排量的调节。
附图说明
图1是本发明涉及的双斜盘三油口轴配流柱塞式变量泵的主视图；
图2是本发明涉及的三油口配流轴装置的三维剖视图Ⅰ；
图3是本发明涉及的三油口配流轴装置的三维剖视图Ⅱ；
图4是本发明涉及的两斜盘与三油口配流轴装置的位置关系图；
图5是本发明涉及的三油口配流轴装置的二维结构简图；
图6是本发明涉及的三油口配流轴静液压平衡槽的示意图；
图7是本发明涉及的双斜盘三油口轴配流柱塞式变量泵吸油配流示意图；
图8是本发明涉及的双斜盘三油口轴配流柱塞式变量泵排油配流示意图；
图9是本发明涉及的双斜盘三油口轴配流柱塞式变量泵的工作原理图；
图10是本发明中两斜盘的位置关系及投影图；
图11是本发明中排量最大时两斜盘的位置关系及投影图；
图12是本发明中排量最小时两斜盘的位置关系及投影图；
图13是本发明中柱塞的运动速度v与泵的转角的关系图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-外壳，2-定子铁心，3-电机绕组，4-转子，5-定位销，6-圆柱滚子轴承，7-缸体，8-左轴承压板，9-左端盖，10-左斜盘，11-左回程盘，12-滑靴，13-中心球铰，14-左柱塞，15-配流轴，16-斯特封密封圈，17-右柱塞，18-右回程盘，19-右端盖，20-出油口外壳，21-右斜盘，22-周向定位销，23-右轴承压板，24-定位销，25-回程弹簧件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1，一种双斜盘三油口轴配流柱塞式变量泵，包括转子4、缸体7、柱塞、斜盘组件、配流装置以及设置于所述缸体7左右两侧的左端盖9和右端盖19，其中转子4与缸体7为一体结构，所述缸体7两端分别布置有多个相互对应的柱塞腔，所述柱塞腔内设有柱塞，所述缸体7两端的各柱塞分别对应以形成多个柱塞对，每个柱塞均与斜盘组件连接，在所述转子4带动缸体7的转动中，所述斜盘组件使柱塞在柱塞腔中作往复直线运动。具体而言，所述可转动的缸体7，是一轴对称结构，其轴向开有中心孔，缸体7由圆柱滚子轴承6分别支承在左端盖9和右端盖19上，圆柱滚子轴承6由缸体7和轴承压板8顶住轴承内圈和外圈实现轴向定位。缸体7两侧分别对称分布有多个柱塞：左柱塞14和右柱塞17，左柱塞14与其相对应的对称右柱塞17构成多个柱塞对。每个柱塞通过滑靴12、回程盘和中心球铰13与斜盘贴合，中心球铰13在回程弹簧件25的作用力下顶住回程盘。其中，左斜盘10由定位销5和23进行周向走位，防止斜盘周向转动，所述定位销套设于周向定位销22的外侧。所述配流轴15安装在缸体7的中心孔，采用斯特封密封圈16进行旋转密封，所述配流轴15右端有一圆台凸起，圆台凸起通过周向定位销固定在右轴承压板23上。
参照图2-图4，本发明一种双斜盘三油口轴配流柱塞式变量泵的内部轴配流15结构如图所示，所述的液压泵有三个油口，即第一油口、第二油口和第三油口，其中第三油口沿配流轴15的轴向布置且贯通于配流轴15的圆筒。
其中，所述配流装置包括配流轴15，以及设于所述配流轴15内部的第一隔板和第二隔板，所述配流轴15为圆筒形，所述第一隔板沿所述配流轴15的轴向布置，将配流轴15分为呈上下布置的第一流道和第二流道，且，所述第一流道内部沿所述配流轴15的径向设有第二隔板，该第二隔板将所述第一流道分为左右布置的左流道和右流道；所述第一隔板沿所述配流轴15的轴向布置，将配流轴15内部分为呈上下布置的第一流道和第二流道，且所述第一流道内部沿所述配流轴15的径向设有第二隔板，该第二隔板将所述第一流道分为左右布置的左流道和右流道，进而所述左流道形成所述变量泵的第一油口，所述右流道形成所述变量泵的第二油口，所述第二流道形成所述变量泵的第三流道，以此方式，以实现在所述变量泵在吸油和排油的过程中通过三油口的相互配合实时实现油量的补偿和排出。
所述三油口变量泵用于控制单活塞杆液压缸时，第二流道与液压缸的无杆腔相通，右流道与液压缸的有杆腔相通，左流道与***的低压油箱相通。当右流道和左流道同时吸油，供给第二流道使之向***压油，第二流道压力油驱动液压缸活动杆伸出；反之，第二流道吸油，右流道和左流道向***压油，但是，右流道是进入有杆腔的，左流道将多余的油排向低压油箱。油缸的有杆腔和无杆腔的面积之比决定了右流道和左流道的流量之比，一般来说，有杆腔面积如果是无杆腔面积的1/2，则右流道和左流道的通流流量相等。
参照图5和6，第二油口为双向油口，既可以吸油，也可以压油。配流轴15的窗口将对应的流道通过径向通孔与柱塞腔在一个周期内分时连通实现吸油和压油。
参照图6，所述三油口泵用于控制单活塞杆液压缸时，第三油口与液压缸的无杆腔相通，第二油口与液压缸的有杆腔相通，第一油口与***的低压油箱相通。当第二一油口和第二油口同时吸油，供给第三油口使之向***压油，第二流道压力油驱动液压缸活动杆伸出；反之，第三油口吸油，第一油口和第二油口向***压油，但是，第二油口是进入有杆腔的，第一油口将多余的油排向低压油箱。油缸的有杆腔和无杆腔的面积之比决定了右流道和左流道流量之比，一般来说，有杆腔面积如果是无杆腔面积的1/2，则右流道和左流道的通流流量相等，也就是说，柱塞总个数及柱塞腔分成相等的两组，分别与第一油口与第二油口相通。
所述配流轴15的前后两个侧壁上设置有静液压平衡槽，且每侧静液压平衡槽的总面积与每侧两个配流窗口面积的总和相等，以此方式，以减小配流轴15所受的不平衡径向力。具体而言：
所述配流轴15外圆两侧对应地设置有静液压平衡槽。每侧的平衡槽总面积等于对应配流窗口的面积。例如：由配流轴15一侧的窗口进来的高压油，一方面进入柱塞腔，另一方面通过环形缝隙进入配流轴15另一侧的平衡槽中，由于一侧的平衡槽总面积等于对面配流窗口的面积，因此，配流轴15所受的不平衡径向力就大为减小。同理，由第二油口、第三油口进来的高压油也能进入平衡槽中，减小不平衡径向力。
进一步的，斜盘组件包括固定设置于所述左端盖9上的左斜盘10以及可旋转的配设于所述右端盖19上的右斜盘21，其中，所述右斜盘21能够绕缸体7的中心轴线摆动，通过转动所述右斜盘21进而改变所述右斜盘21与所述左斜盘9的相对相位关系，以实现改变变量泵的排量。
参照图5-图13，详述三油口变量泵实现排量变化的原理。
所述低压油箱与所述单活塞杆液压缸之间设有单向控制阀，以控制左流道排出或补偿液体的流向和流量。其中，滑靴12底面中心的运动轨迹在左斜盘10的工作面上为一椭圆形，其与左斜盘10工作面竖直中心线的两个交点分别为其下止点，记为“BDC左”，和上止点，记为“TDC左”；滑靴12底面中心的运动轨迹在右斜盘21上也是一椭圆形，其与右斜盘21工作面竖直中心线的两个交点分别为其下止点，记为“BDC右”，和上止点，记为“TDC右”。当两斜盘处于的位置处于任一状态时，“BDC左’”为“BDC左”在投影圆上的投影，“TDC左’”为“TDC左”在投影圆上的投影，“BDC右’”为“BDC右”在投影圆上的投影，“TDC右’”为“TDC右”在投影圆上的投影，定义此时两斜盘的相对位置关系由投影圆上两条投影直线的夹角θ来表示。
当θ＝0°时，柱塞在一个工作循环中，从第一油口、第二油口吸入(排出)的液体体积最大，第三油口排出(吸入)液体体积最大，此时变量泵排量最大；当θ介于0°和180°之间时，随着夹角θ变大，第一油口、第二油口油口吸入(排出)液体体积变小，第三油口排出(吸入)液体体积变小，通过配流轴的液体减少，泵的排量V随夹角θ的变大而变小；当θ＝180°，参照图12，柱塞之间的柱塞腔的容积在一个工作循环中变化为0，此时配流轴中无液体通过，柱塞在一个工作循环排出液体体积最小，此时变量泵排量最小且为0。
本变量泵的排量公式为：
式中：V为变量泵的排量；d为柱塞直径；z为柱塞数；D为柱塞孔在缸体中的分布圆直径；θ为是左斜盘工作面的上、下止点连线与右斜盘工作面的上、下止点连线在投影圆上的投影直线的夹角；γ为左斜盘的倾斜角。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种双斜盘三油口轴配流柱塞式变量泵，包括转子(4)、缸体(7)、柱塞、斜盘组件、配流装置以及设置于所述缸体(7)左右两侧的左端盖(9)和右端盖(19)，其中转子(4)与缸体(7)为一体结构，所述缸体(7)两端分别布置有多个相互对应的柱塞腔，所述柱塞腔内设有柱塞，所述缸体(7)两端的各柱塞分别对应以形成多个柱塞对，每个柱塞均与斜盘组件连接，在所述转子(4)带动缸体(7)的转动中，所述斜盘组件使柱塞在柱塞腔中作往复直线运动，其特征在于：
所述配流装置包括圆筒形的配流轴(15)，以及设于所述配流轴(15)内部的第一隔板和第二隔板，所述第一隔板沿所述配流轴(15)的轴向布置，将配流轴(15)内部分为呈上下布置的第一流道和第二流道，且所述第一流道内部沿所述配流轴(15)的径向设有第二隔板，该第二隔板将所述第一流道分为左右布置的左流道和右流道，进而所述左流道作为所述变量泵的第一油口，所述右流道作为所述变量泵的第二油口，所述第二流道作为所述变量泵的第三流道，以及
所述配流轴(15)的前后两个侧壁上各设置有两个腰形的配流窗口，且其中一侧的两个配流窗口将第一流道与所述柱塞腔连通，且该两个配流窗口被所述第二隔板隔开；另一侧的两个配流窗口将第二流道与所述柱塞腔连通；
以此方式，在变量泵吸油和排油过程中通过三油口的相互配合实时实现油量的补偿和排出。
2.如权利要求1所述的变量泵，其特征在于，所述变量泵还包括单活塞杆液压缸和低压油箱，其中，所述单活塞杆液压缸包括无杆腔和有杆腔，且所述无杆腔和有杆腔被设于有杆腔内的推杆隔开，且所述推杆能在所述单活塞杆液压缸内来回运动；所述第二流道与所述无杆腔连通，所述右流道与所述有杆腔连通，所述左流道与所述低压油箱相连。
3.如权利要求1或2所述的变量泵，其特征在于，所述配流轴(15)的前后两个侧壁上设置有静液压平衡槽，且每侧静液压平衡槽的总面积与每侧两个配流窗口面积的总和相等。
4.如权利要求2所述的变量泵，其特征在于，所述低压油箱与所述单活塞杆液压缸之间设有单向控制阀。
5.如权利要求1-4任一项所述的变量泵，其特征在于，所述缸体(7)为轴对称结构，且该缸体(7)轴向开有中心孔，所述缸体(7)由圆柱滚子轴承分别支承在左端盖(9)和右端盖上(19)。
6.如权利要求1-5任一项所述的变量泵，其特征在于，所述斜盘组件包括固定设置于所述左端盖(9)上的左斜盘(10)以及可旋转的配设于所述右端盖(19)上的右斜盘(21)，其中，所述右斜盘(21)能够绕缸体(7)的中心轴线摆动，通过转动所述右斜盘(21)进而改变所述右斜盘(21)与所述左斜盘(9)的相对相位关系，以实现改变变量泵的排量。
7.如权利要求1-6任一项所述的变量泵，其特征在于，所述斜盘组件还包括滑靴、回程盘和中心球铰，其中，所述滑靴一端嵌入所述斜盘的滑槽中，另一端通过中心球铰与所述柱塞铰接，所述回程盘卡设在所述滑靴与所述滑槽之间。
8.如权利要求1-7任一项所述的变量泵，其特征在于，所述配流轴(15)的中心轴与所述缸体(7)的中心轴重合，且两者的连接处采用斯特封密封圈(16)进行旋转密封。
9.如权利要求1-8任一项所述的变量泵，其特征在于，所述变量泵的排量公式为：
其中，V是变量泵的排量，d是柱塞直径，z是柱塞数，D是柱塞孔在缸体中的分布圆直径，θ是左斜盘(10)工作面的上、下止点连线与右斜盘(21)工作面的上、下止点连线在投影圆上的投影直线的夹角，γ是左斜盘(10)的倾斜角。
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