(2)背景技术
液压传动已在滑轨导向式装载机(skid steer loader)中应用了若干年。在
液压推动滑轨导向式装载机的早期，机械相对较小，因此操作者能够用手直接控
制斜盘的位置，以及通过机械臂用最小的力和疲劳控制液压设备最终位移。近年
来由于机器趋于大型化，为了使操作者在长时间操纵机器不引起疲劳，动力已增
至很大。为了克服操作者疲劳问题，人们开发了伺服控制传动，但当操作者试图
控制机器位移或斜盘的位置时会感到机器″不连贯″。伺服控制装置需要附加的动
力并响应能力降低，特别是当需要最快响应，例如当机器近空档、低移位或缓动
时。
在轴向活塞泵和马达中，用于变位的各种倾动式斜盘装置是已知的。在一种
装置中，斜盘具有相对的圆柱形耳轴，其转动地安装或轴颈支承在泵或马达外壳
上。多个活塞滑动地安装在相应的活塞腔或室中，这些腔或室以圆形排列在由支
承弹簧向倾动式斜盘推动的可转动的汽缸体中。阀板结合在汽缸体远离斜盘的端
部。当汽缸体转动时，转动地与活塞连接的滑块与斜盘的跑合面啮合。如果斜盘
的跑合面与活塞的纵轴垂直，活塞不会在汽缸体中往复运动且液压设备不会排出
或消耗液体。一个润滑油孔典型地沿活塞和滑块纵向延伸，以致于活塞腔或室的
油可以到达斜盘的滑块的跑合面。
当斜盘受力离开垂直方向倾斜时，由于活塞相对于斜面以环形被驱动，活塞
在活塞腔中作往复运动。这种往复运动意味着在斜盘的某个区域的活塞室处于高
压下，而在斜盘相反区域的活塞室处于低压下。汽缸体中的每个活塞腔或室具有
一″压力分布图″，其与汽缸体转动相关。压力乘以面积即为力，力在斜盘上产生
力矩。为了移动或维持斜盘倾斜至给定的角度，必须在斜盘上保持大小相等、方
向相反的力矩。这可以手动实现，操作者通过向与斜盘连接的杆上施加力或柄上
施加力矩，或通过常规的伺服机构。如果使用了伺服机构，操作者通常会失去″感
觉″。
一种在液压设备中细调或改变斜盘力矩的常用方法是静力学方法，其解决方
法是：设计一种具有特定的固定孔结构的特殊阀板，以获得所要求的斜盘力矩。
阀板是一种大体上平的碟状圆环件，其在相邻转动的汽缸体(它对着斜盘)后表面
的液压设备的端盖上固定旋转。常规的阀板典型地具有在中轴的相对两侧面形成
的一弯曲入口和一弯曲出口。这些口位于沿着与汽缸体内的活塞腔的节圆一般成
一行的圆弧上。因此，当活塞相对阀板随汽缸体转动时，入口和出口通常与往复
式活塞的环形通路对准。在往复式活塞改变往复运动方向或由高压向低压过渡(反
之亦然)的区域或段中，入口和出口隔开一角度。往复式活塞的上死点(TDC)和
下死点(BDC)通常对应于这些过渡区。阀板的入口孔和出口孔的间距在一定程度
上取决于转动的汽缸体件中活塞的数目。一些现有的阀板在入口处和/或出口处(即
在过渡区)使用了特殊形状的切口，例如″鼠尾″或″鱼尾″，以改变斜盘的力矩。Moon
等人(美国专利第3,585,900号)揭示了利用阀板鱼尾在轴向活塞液压设备中改
变斜盘力矩的基础。美国专利第4,550,645号揭示了鱼尾和阀板的一些附加的几
何构造。不幸的是，为满足不同使用者对斜盘力矩的要求，需要许多不同的阀板。
因此，许多阀板的设计激增，而生产充分选择的阀板并储于仓库中的成本是昂贵
的。此外，如果需要改变斜盘的力矩，使用者必须实际地拆开设备并变换阀板。
最后，一旦具体的阀板被选定及装上，阀板的构造基本上就固定了。在某些操作
条件下(包括但不限于速度、压力和位移)，阀板的构造对设备的斜盘力矩、性
能和可操纵性可能具有有益的效果，但在设备的正常操作范围内的其它条件下，
同样的阀板构造可能具有有害的效果。基于选择的阀板，阀板的几何尺寸是固定
的，因此使用者必须接受这样的折衷。往往需要仔细和费心的优化分析以确定最
佳的阀板设计。
因此，人们需要动态的而不是静态的装置和方法来改变阀板力矩。人们也需
要一种不必改变阀板设计或使阀板数量增加的改变斜盘力矩的装置和方法。
(3)发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种改变液压设备斜盘力矩的动态装置和方
法。
本发明的另一目的是提供一种在液压设备操作条件的正常操作范围内改变斜
盘力矩的可变的装置。
本发明的再一目的是提供一种在手动控制液压设备中减小斜盘净力矩以减轻
操作者疲劳，又不损害操作者反馈感觉的装置。
本发明的又一目的是提供一种对相邻活塞之间放液的可变孔阀产生一控制误
差信号以改变腔压及进而改变斜盘力矩的装置。
本发明的还有一目的是提供一种改变液压设备中斜盘力矩而无需改变阀板的
装置。
这些目的以及其它目的从后文的附图以及对发明的描述和权利要求将更为明
显。
本发明涉及一种在多活塞液压设备中动态改变斜盘力矩的斜盘辅助机构。该
机构包括一设置在斜盘中的阀件，其限定一测量至少一活塞中的液体的可调节变
化的孔；以及一对阀件产生控制误差信号的装置以根据控制误差信号调节可变孔尺
寸。
本发明在斜盘跑合面中设置了数个孔并使它们与滑阀作流动连接以测量从前
导活塞至靠近一或多个压力过渡段的从导活塞的高液压以减小斜盘力矩。
在一实施例中，两对成角度隔开的孔设置在或靠近活塞往复运动的上死点
(TDC)和/或下死点(BDC)的过渡段上。密封的弹簧装置使控制柄与斜盘连接以产生
控制误差，一旦超过了密封弹簧装置的预载时，其起斜盘上的力矩作用。然后，
控制误差信号被传送到可变孔阀以测量前导活塞和从导活塞之间的油来改变斜盘
力矩。阀可有很多类型，包括本文揭示的三位、三向滑阀。本发明既适合于人手
控制又适合于伺服辅助装置。
(4)附图说明
图1是本发明斜盘辅助机构的一实施例的部件分解经组装图；
图1A是发明斜盘辅助机构的另一实施例的部件分解组装图；
图2是图1的实施例中的斜盘组件的一些主要组件的俯视图；
图3是图1的实施例中的斜盘组件中设置的三位、三向阀的简单原理图；
图3A是图1A的实施例中的斜盘组件中设置的三位、三向阀的简单原理图；
图4是图1的斜盘组件可变孔阀组件的简化剖示图；
图4A是图1A的斜盘组件可变孔阀组件的简化剖示图；
图5是有关本发明的斜盘的活塞腔和周围组件的纵向剖示图；
图6是在过渡区的活塞腔图标以及说明本发明可能的响应变化性；
图7是说明本发明如何可能做使斜盘力矩的动态精细调节的图解，当活塞相
对汽缸体转动并通过压力过渡段时，其能改变一具体活塞室的压力分布。
(5)具体实施方式
本发明的非伺服辅助机构包括两个基本组件：误差信号产生装置和根据
误差信号测量相邻活塞间液流的可变孔阀装置。所有这些装置与液压设备的
斜盘组件有关。图1揭示了本发明的斜盘组件的一实施例，以10表示。斜盘
组件10有一斜盘主体12和一斜盘柄件14。斜盘主体12可转动地安装到液压
设备的外壳上(图中未示)，因而可倾斜或绕耳轴16、18的中轴线15转动。
轴线15在本发明中也当作是斜盘组件10的倾斜轴线。孔20沿倾斜轴线15
通过耳轴16延伸。
斜盘柄件14包括其上具有圆柱形轴部分22的柄21。轴部分22可转动地
或轴颈可转动地装置在主体12的孔20中。在所示的实施例中，柄件14一般
呈Y形且包括一对以V形排列延伸的操作弯臂26、28。弹簧止动件24在邻近
臂26、28的接合处从轴部分22径向向外凸出。正如从以下叙述将会明白的
那样，对密封弹簧件使柄件14与主体12耦合。对置的止动件30、32自主体
12向上延伸并且以距孔20和轴22的中间线(即倾斜轴线15)大致相等的距离
设置。压缩弹簧34、36分别装置在止动件30、24以及24、30之间且柄件14
被插入孔20中。弹簧34、36有共同的纵向中轴线并使柄件14相对于主体12
偏置成一给定角度。
如图1和图2所示，斜盘主体12包括一环状的大体上平的滑动的跑合面
38，它大体上平行于倾斜轴线15。凸缘部分或耳40、42在跑合面38上延伸
并设置在倾斜轴线15的相对两侧。如图1-4所示，柱形内孔44、46分别延
伸到耳40、42内。该孔是盲孔或不通的孔，故而有一底壁47。内孔44、46
位于跑合面38的径向外部且与其垂直延伸。弹簧48、50支承在底壁47上并
推动滑阀52、54，它们分别滑动地装设在柱形内孔44、46中与操作臂26、28
接合。弹簧34、36将操作臂26、28推动到水平位置以使阀80正常地处于闭
合、中心位置。
在图4中，每个滑阀52、54在环槽58、60中间有一密封台肩56。该密
封台肩56沿滑阀的纵向轴线有一长度足以完全阻塞斜盘主体12上形成的通
道A、B和1、2之间液流。如图2和图5所示，液流通道A、B和1、2交会
或与滑动跑合面38液流连通。如图4所示，液流通道A、B和1、2也分别和
滑阀内孔44、46交会。通道1和2具有与它们各自的滑阀52、54的环槽58、
60并列的分支以致于滑阀52、54在其离开闭合的中心位置方向移动时产生流
动。
图5揭示了一种为本发明液装置的压设备典型轴向活塞结构并解释了为
什么液流通道A、B和1、2在斜盘主体12的滑动跑合面38上方便地进和出。
在典型轴向活塞液压设备中，经过在可转动汽缸体66中以圆形排列的多数个
活塞组件62和活塞腔64的往复运动，油被转移或消耗掉。活塞组件62包括
通过球窝连接与活塞70接触的滑块68。活塞70的下部一般是空心，液流通
道72以润滑及滑块68的平衡的通常方式穿过活塞并穿过滑块的中心延伸。
本发明的斜盘12设有液流通道A、B和1、2，其跑合面38上的进出口被
安排成至斜盘12的中心的径向距离大约相等于至汽缸体66的中心的活塞腔64
的距离。两组成角度相邻的液流通道A、1和B、2之间隔开一角度距离，大
约相等于汽缸体66的活塞70之间的距离。例如，如果液压设备有9个间距
相等的活塞，通道A和1或B和2隔开约40度角。当每个活塞70相对汽缸
体66转动时，液流通道A、1、B、2开始与滑块68中的通道72液流联通。
通道A、B与前导活塞连接，同时其它相邻通道1、2成对地与从动活塞70连
接。因此，滑阀50、52控制桥接或在前导活塞和从动活塞之间作为可变孔。
本发明以装在设备中的阀板74进行单独地操作。阀板74设置在斜盘组
件10的汽缸体66的相对的端部上。按常规，阀板74安装在顶盖76的端部
并就位钉在其上使在汽缸体66转动时保持不会脱离。
操作时，操作者对斜盘柄件14的柄21施力(扭力)。除非克服了弹簧34、
36的偏置力，斜盘主体12与斜盘柄件14一起移动且操作者″感觉到″来自液
压设备的回力。当操作者所施的扭力比弹力大或设备的回力超过操作者所施
的扭力时，操作臂26、28就会相对于斜盘组件10的主体12移动。位于操作
臂26、28下面的滑阀52、54相应地移动且阀件80转向左或测量通过斜盘中
的液流通道A、B、1、2从一活塞室或活塞腔流至另一活塞室或活塞腔的油。
使斜盘净力矩减小以使作用于斜盘组件的力处于平衡。斜盘本体，柄，密封
弹簧，以及操作臂等构成一产生控制误差信号的装置。用此装置，控制误差信
号施加于斜盘组件10上的输入力矩成比例。因此，移动或保持斜盘位置的阻
力越大，操作者就需要更大的力。控制误差信号可以通过不同的其它装置产
生而无损本发明。这些替换装置包括但不限定应变仪，扭转弹簧，扭转杆，
控制柄上的电子响应器，以及检测相关运动的磁场感应器。
在两个过渡段，测量从前导活塞至从导活塞流体作为控制误差信号。孔
桥会影响每一过渡段的压力特性，而孔桥建立在前导及从导活塞与流体之间，
也即在活塞之间经三位三向阀80(如图3所示)检测。本发明对过渡压力和活
塞压力的影响分别示于图6和图7。
例如，曲线P1表示当可变孔阀为最少流量而关闭时由高至低的过渡。因
稳定性或其它原因，既使当可变孔阀处于″闭合″位时，也可期望经可变孔阀
会有一些泄漏或极少的液流。曲线P2表示当可变孔阀处于部分打开时相同的
过渡。曲线P3表示当可变孔阀完全打开时由高至低的过渡。当然，实际的曲
线在P1和P3之间的任何地方可能有所不同，取决于控制误差信号。同样地，
曲线P4，P5以及P6表示当可变孔阀因极少流量而分别关闭，部分打开以及
完全打开时由低至高的过渡。在所述最佳实施例中，孔的大小以及曲线移动
直接与控制误差信号成比例。误差信号越强，孔就打开越大。
图7表明这些压力分布位移可对相对于倾斜轴线15的斜盘净力矩有影
响。在倾斜轴线15一侧的压力分布曲线下的区域(或在此情况下，两侧一起)
能变化而改变相对于倾斜轴线15的斜盘净力矩。因此，压力曲线的时间和斜
度能位移从而减小所需力矩以移动及保持斜盘的位置，这样大大减轻了操作
者的疲劳。
图1A，图3A和图4A表示本发明的第二实施例。与第一实施例中相同的
组件和部件标以相同的标号。相似功能的组件或部件标以相似的标号。滑阀
52A、54A分别具有一螺纹尾部53A，通过转动连接件82A可调节地固定在操
作臂26A、28A上。螺纹尾部53A有一对相对平行的侧平面以及一对相对的曲
螺纹面。
在转动连接件82A的一端有圆销部分83A，可滑动地与操作臂26A、28A
的端部上的圆孔84A接合。加大的平面接头或法兰85A位于转动连接件82A
的另一端。如图所示，槽孔86A沿法兰85A延伸。
如图1A和图4A所示，接触支承件88A接纳螺纹尾部53A并在垫圈90A，
锁紧垫圈92A以及螺母装到螺纹尾部53A上时滑动导入槽孔86A。滑阀26A、
28A的下部可调节地被悬挂以便在阀孔44A、46A内轴向运动。
结构孔96A、98A以及100A横向伸入斜盘主体12中以帮助形成液流通道
A、B、1、2。然后用合适的普通插件(图中未示)将结构孔96A、98A以及100A
封住。
以上所述的配置提供必要的自由度以防止在孔44A、46A中的滑阀52A、54A
有任何堵塞，这可能导致使用更强刚性的连接件连接操作臂26A、28A。圆销
和圆孔连接能使连接件82A轴向地转动，而槽孔式连接使滑阀相对于操作臂
有一些横向位移。
图4的实施例比图1的实施例显示出有更多优点。首先，将滑阀固定在
操作臂上，就不须用弹簧48、50来保持滑阀与臂之间的接触。比较图3A和
图3，在不需要支承弹簧48、50的情况下，阀孔44、46可以更简单地做成通
孔44A、46A。仅管图4的实施例中所需组件比图1的实施例的多，但一般所
需部件的制作精确度较低从而就不太贵。
虽然上述的最佳实施例有两个斜盘辅助阀(操作臂和滑阀)，但对于本领
域的技术人员来说显然可见，如果仅在一过渡段内寻求本发明的效果，则可
使用单一操作臂和斜盘辅助阀。
本发明提供了在多活塞液压设备中动态调节斜盘力矩的特别方法，其步
骤如下：1)在斜盘中设置液流通道A、1或B、2以致于使前导活塞和从导活
塞作选择地流体连接；2)在斜盘的所述液流通道中设置可变测流阀孔；以及3)
基于控制误差信号调节可变测流阀孔的大小。
本发明的其它特征优点在于：斜盘的主体12与斜盘的柄件14通过弹簧34
和36作弹簧互连有效地提供了一隔振器。换句话说，手动操作者感觉不到斜
盘振动或感到很小振动。实际上，这是最理想的，因为这种振动在这类液压
设备中是固有的，故而操作者是极其不喜欢的。在极端的情况下，振动甚至
可以引起操作者的手麻木。因此，可以看出，本发明至少达到了所述的发明
目的。
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说
明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对
以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。