拓宽调压范围的液压变压器.pdf

本发明公开了一种拓宽调压范围的液压变压器。壳体内的主轴与中心轴相交形成斜轴式结构，中心轴的一端铰接在主轴上，另一端安装在缸体的中心孔内，柱塞与连杆通过球铰联接，连杆的另一端与主轴通过球铰相联接，柱塞的另一端放在缸体的柱塞腔内，配流盘装在缸体和后端盖之间。通过控制配流盘的旋转角度，配流盘三个油口的流量，进而控制的输入输出压力比。采用特殊的配流盘和后端盖结构，解决了油液节流损失，扩大调压比范围，使本发明的调压功能、回收负载功能、节能功能得到最大的体现。为了测量配流盘的旋转角度，配流盘和后端盖有配套的角度传动轴。通过齿轮配合来驱动配流盘的旋转，同时又采用了一个齿轮传动轴，实现手动和电动来控制配流盘。

1.  一种拓宽调压范围的液压变压器，其特征在于：
1)壳体(6)的一端与后端盖(27)联接，壳体(6)的另一端通过孔用挡圈(3)与前端盖(2)联接，从而构成斜轴式的液压变压器封闭容腔；主轴(1)的一端安装在前端盖(2)孔及壳体(6)内的轴承上，缸体(38)内装有中心轴(39)，中心轴(39)的轴线与主轴(1)的轴线相交，形成斜轴式结构，中心轴(39)的一端铰接在主轴(1)上，另一端安装在缸体(38)的中心孔内，奇数个柱塞(8)分别与连杆(40)通过球铰联接在一起，连杆(40)的另一端与主轴(1)通过球铰相联接，柱塞(8)的另一端放在缸体(38)的柱塞腔内，配流盘(36)装在缸体(38)和后端盖(27)之间，与缸体(38)配合形成密封端面(W1)，与后端盖(27)配合形成密封端面(W2)，配流盘(36)通过端面的轮齿(41)与小齿轮(17)相啮合，小齿轮(17)通过小齿轮联接键(19)与一端穿过壳体(6)、另一端穿过后端盖孔(52)的齿轮传动轴(9)联接；
2)与缸体(38)配合形成密封端面(W1)的配流盘(36)上开有三个均匀布置的腰形槽(35、42、43)，第一腰形槽(35)通高压油源pA，第二腰形槽(42)通低压油pT，第三槽腰形(43)通负载pB；
3)与后端盖(27)配合形成密封端面(W2)的配流盘(36)上有三个腰形槽(35、42、43)即上述2)中的三个腰形槽，三个腰形槽分别分布在不同的圆心半径上，第一腰形槽(35)在中心位置为中心圆；第三腰形槽(43)分布在最大的直径圆位置上，其两端通过一个环形槽360°连通，第二腰形槽(42)处于上述的第一腰形槽(35)和第三腰形槽(43)之间的直径圆位置上，在第三腰形槽(43)的外侧直径圆上还有一限位槽(45)，配流盘(36)在第一腰形槽(35)的与后端盖(27)配合形成密封端面(W2)侧开有两个键槽(44)，和角度传动轴(26)上的第一平键(26-1)形成配合；
4)与配流盘(36)配合形成密封端面(W2)的后端盖(27)中心处开有圆形通槽(33)，圆形通槽(33)末段经孔(50)与第一螺纹孔(51)相连，圆形通槽(33)经侧壁第一油孔(32)与第二螺纹孔(56)相连，圆形通槽(33)外侧直径圆上分布不通的第一腰形槽(47)，在第一腰形槽(47)内还开有经第二油孔(57)与第三螺纹孔(58)相连的腰形槽(46)，第一腰形槽(47)外侧直径圆上分布不通的第二腰形槽(49)，第二腰形槽(49)内开有经第三油孔(59)与第四螺纹孔(60)相连的腰形槽(48)，后端盖(27)上的圆形通槽(33)内装有一角度传动轴(26)，在第二腰形槽(49)外侧的直径圆上有一不通的圆形槽(62)，其内部装有配流盘旋转角度限位销(34)；
5)高压油通过后端盖(27)上的第二螺纹孔(56)引入，经后端盖(27)上的第一油孔(32)由侧壁进入后端盖(27)上的圆形通槽(33)，通过配流盘(36)与后端盖(27)配合形成密封端面(W2)进入配流盘(36)上的第一腰形槽(35)，被引到配流盘(36)与缸体(38)配合形成密封端面(W1)侧，最终进入缸体(38)的柱塞腔内；负载油由缸体(38)的柱塞腔内流出，通过配流盘(36)与缸体(38)配合形成密封端面(W1)进入到配流盘(36)上的第三腰形槽(43)，被引到配流盘(36)与后端盖(27)配合形成密封端面(W2)侧，经后端盖(27)上的第二腰形槽(49)流入后端盖(27)上的第二腰形槽(49)内的腰形槽(48)内，并经后端盖(27)上的第三油孔(59)与后端盖(27)上的第四螺纹孔(60)相通，最终由此第四螺纹孔(60)引出进入负载；低压油通过后端盖(27)上的第三螺纹孔(58)经后端盖(27)上的第二油孔(57)进入后端盖(27)上第一腰形槽(47)内的腰形槽(46)被引入到后端盖(27)上的第一腰形槽(47)，通过配流盘(36)与后端盖(27)配合形成密封端面(W2)进入配流盘(36)上的第二腰形槽(42)，被引到配流盘(36)与缸体(38)配合形成密封端面(W1)侧，最后与缸体(38)的柱塞腔相通。

2.  根据权利要求1所述的一种拓宽调压范围的液压变压器，其特征在于：与后端盖(27)配合形成密封端面(W2)的配流盘(36)上的第三腰形槽(43)的外侧直径圆上的限位槽(45)内，与装在后端盖(27)上的圆形槽(62)内的配流盘旋转角度限位销(34)形成滑动配合，使配流盘(36)旋转角度小于100°。

3.  根据权利要求1所述的一种拓宽调压范围的液压变压器，其特征在于：与配流盘(36)配合形成密封端面(W2)的后端盖(27)上的不通的第二腰形槽(49)，其中心夹角小于180°。

4.  根据权利要求1所述的一种拓宽调压范围的液压变压器，其特征在于：在齿轮传动轴(9)的一端装有手动控制杆(10)。

5.  根据权利要求1所述的一种拓宽调压范围的液压变压器，其特征在于：奇数个柱塞(8)为5、7或9个。

拓宽调压范围的液压变压器
技术领域
本发明涉及液压元件，尤其是涉及一种拓宽调压范围的液压变压器。
背景技术
近年发展起来的恒压网络二次调节技术提高了液压系统的柔性和效率。不过，二次调节原理上尽管有许多优点，它在液压领域的应用却受到了一定的限制。在驱动旋转载荷方面，通过调节变量液压马达的调节机构，可以实现旋转载荷的驱动。对于驱动不同负载压力要求的直线载荷，却没有很好的解决办法。液压变压器正是在这一技术背景下发展起来的。
在专利WO 97/31185中提出了一种新型液压变压器设计概念，与传统液压变压器相比，该类型变压器将液压马达功能、泵功能集为一身，组成了一个单独的排量装置，它具有以下优点：
(1)作为压力变压器，它能将网络压力无节流损失地调整为压力变化范围内的任一值。
(2)变压器变压过程可逆，可以向负载输出能量，也可以从负载向蓄能器回收能量。
(3)液压变压器体积小、重量轻，动态响应快，通过改变配流盘的旋转角度，可以控制油源和负载间的流量比、压力比。
液压变压器尽管原理上具有很多优点，但是要将液压变压器发展为一个实用的液压元件，还要解决许多问题。在该专利中只考虑了配流盘与缸体这对配流副之间的关系，而没有考虑配流盘与后端盖这对配流副对液压变压器性能的影响。
在该专利中，在液压变压器的，配流盘腰形槽与后端盖接口形状一致，当旋转配流盘时，随着旋转角度的增大，配流盘、T槽与后端盖的A、B、T接口间的油液通流面积逐渐减小，配流盘与后端盖之间的油液节流损失增加，变压器的节能效果降低；当配流盘旋转角度增大到一定值时，还会使配流盘的A槽与后端盖的T口、B槽与A口、T槽与B口槽相通，造成变压器功能的丧失。因而按照这个专利设计的液压变压器，变压器调压比范围小，运行时噪声较大的问题。
在专利WO 99/40318和WO 00/28211中，对液压变压器的结构进行了改进，将配流盘前端面的高压口引到配流盘后端面的中心位置，其它两个槽口的位置不变，同时后端盖的槽口也做了相应的调整，液压变压器的调压比范围得到了提高，但是还是很有限，而且在后端盖与配流盘之间存在油液的能量损失。在该专利中，后端盖的4个槽口通过换向阀分别与两个负载油路和低压油路相连，增加了液压变压器结构的复杂性。同时，为了防止配流盘的倾斜，使用了一个径向尺寸较大的滚动轴承，这增加了液压变压器的体积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拓宽调压范围的液压变压器，改进配流盘和后端盖的结构，合理地分配了配流盘与后端盖各油路槽口的位置和形状，可以高效大范围地调节油源压力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括：
1)壳体的一端与后端盖联接，壳体的另一端通过孔用挡圈与前端盖联接，从而构成斜轴式的液压变压器封闭容腔；主轴的一端安装在前端盖孔及壳体内的轴承上，缸体内装有中心轴，中心轴的轴线与主轴的轴线相交，形成斜轴式结构，中心轴的一端铰接在主轴上，另一端安装在缸体的中心孔内，奇数个柱塞分别与连杆通过球铰联接在一起，连杆的另一端与主轴通过球铰相联接，柱塞的另一端放在缸体的柱塞腔内，配流盘装在缸体和后端盖之间，与缸体配合形成密封端面W1，与后端盖配合形成密封端面W2，配流盘通过端面的轮齿与小齿轮相啮合，小齿轮通过小齿轮联接键与一端穿过壳体、另一端穿过后端盖孔的齿轮传动轴联接；
2)与缸体配合形成密封端面W1的配流盘上开有三个均匀布置的腰形槽，第一腰形槽通高压油源pA，第二腰形槽通低压油pT，第三槽腰形通负载pB；
3)与后端盖配合形成密封端面的配流盘上有三个腰形槽即上述2)中的三个腰形槽，三个腰形槽分别分布在不同的直径圆上，第一腰形槽处于中心位置处，为中心圆；第三腰形槽分布在最大的直径圆位置上，其两端通过一个环形槽360°连通，第二腰形槽处于上述的第一腰形槽和第三腰形槽之间的直径圆位置上，在第三腰形槽的外侧直径圆上还有一限位槽，配流盘在第一腰形槽的与后端盖配合形成密封端面侧开有两个键槽，和角度传动轴上的第一平键形成配合；
4)与配流盘配合形成密封端面地后端盖中心处开有圆形通槽，圆形通槽末段经孔与第一螺纹孔相连，圆形通槽经侧壁第一油孔与第二螺纹孔相连，圆形通槽外侧直径圆上分布不通的第一腰形槽，在第一腰形槽内还开有经第二油孔与第三螺纹孔相连的腰形槽，第一腰形槽外侧直径圆上分布不通的第二腰形槽，第二腰形槽内开有经第三油孔与第四螺纹孔相连的腰形槽，后端盖上的圆形通槽内装有一角度传动轴，在第二腰形槽外侧的直径圆上有一不通的圆形槽，其内部可装有配流盘旋转角度限位销；
5)高压油通过后端盖上的第二螺纹孔引入，经后端盖上的第一油孔由侧壁进入后端盖上的圆形通槽，通过配流盘与后端盖配合形成密封端面W2进入配流盘上的第一腰形槽，被引到配流盘与缸体配合形成密封端面W1侧，最终进入缸体的柱塞腔内；负载油由缸体的柱塞腔内流出，通过配流盘与缸体配合形成密封端面W1进入到配流盘上的第三腰形槽，被引到配流盘与后端盖配合形成密封端面W2侧，经后端盖上的第二腰形槽流入后端盖上的第二腰形槽内的腰形槽内，并经后端盖上的第三油孔与后端盖上的第四螺纹孔相通，最终由此第四螺纹孔引出进入负载；低压油通过后端盖上的第三螺纹孔经后端盖上的第二油孔进入后端盖上第一腰形槽内的腰形槽被引入到后端盖上的第一腰形槽，通过配流盘与后端盖配合形成密封端面W2进入配流盘上的第二腰形槽，被引到配流盘与缸体配合形成密封端面W1侧，最后与缸体的柱塞腔相通。
本发明具有的有益的效果是：通过控制配流盘的旋转角度，配流盘三个油口的流量，进而控制的输入输出压力比。采用特殊的配流盘和后端盖结构，解决了配流盘与后端盖之间的油液节流损失，扩大调压比范围，使本发明的调压功能、回收负载功能、节能功能得到最大的体现。为了测量配流盘的旋转角度，配流盘和后端盖有配套的角度传动轴。通过齿轮配合来驱动配流盘的旋转，同时又采用了一个齿轮传动轴，实现手动和电动来控制配流盘。
附图说明
图1是液压变压器的结构原理示意图；
图2是与缸体配合形成密封端面的配流盘视面图；
图3是与后端盖配合形成密封端面的配流盘面视图；
图4是图2配流盘的A-A剖面图；
图5是图2配流盘的B-B剖面图；
图6是与配流盘面配合形成密封端面的后端盖面视图；
图7是图6后端盖的A-A剖面图；
图8是图6后端盖B-B剖面图；
图9是图8后端盖X侧向视图；
图10是壳体剖视图；
图11是图10壳体V向方向视图；
图12是齿轮传动轴图；
图13是角度传动轴图。
图1中：1为主轴，2为前端盖，3为孔用挡圈，4为O形密封圈，5为滚动轴承，6为壳体，7为角接触球轴承，8为柱塞，9为齿轮传动轴，10为手动控制杆，11为轴用油封堵，12为油封，13为O形密封圈挡圈，14为O形密封圈，15为铜套，16为轴用挡圈，17为小齿轮，18为O形密封圈，19为小齿轮联接键，20为深沟球轴承，21为O形密封圈，22为O形密封圈挡圈，23为油封，24为轴用油封堵，25为油封，26为角度传动轴，27为后端盖，28为轴用油封堵，29为O形密封挡圈，30为O形密封圈，31为铜套，32为油孔，33为圆形通槽，34为配流盘旋转角度限位销，35为腰形槽，36为配流盘，37为预紧弹簧，38为缸体，39为中心轴，40为连杆，W1为密封端面，W2为密封端面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，壳体6的一端与后端盖27联接，由O形密封圈18形成密封，壳体6的另一端通过孔用挡圈3与前端盖2联接，由O形密封圈4形成密封，从而构成斜轴式的液压变压器封闭容腔；主轴1的一端安装在前端盖2孔及壳体6内的滚动轴承5和角接触球轴承7上，缸体38内装有中心轴39，中心轴39的轴线与主轴1的轴线相交，形成斜轴式结构，中心轴39的一端铰接在主轴1上，另一端安装在缸体38的中心孔内，并通过预紧弹簧37调定其初始位置，奇数个柱塞8，一般为5、7、9个柱塞，分别与连杆40通过球铰联接在一起，连杆40的另一端与主轴1通过球铰相联接，柱塞8的另一端放在缸体38的柱塞腔内，配流盘36装在缸体38和后端盖27之间，与缸体38配合形成密封端面W1，与后端盖27配合形成密封端面W2，配流盘36通过端面的轮齿41与小齿轮17相啮合，小齿轮17通过小齿轮联接键19与一端穿过壳体6、另一端穿过后端盖孔52的齿轮传动轴9联接，齿轮传动轴9一端与壳体6通过轴用油封堵11、油封12、O形密封圈挡圈13、O形密封圈14等附件形成密封，防止漏油，并由铜套15形成支撑，通过轴用挡圈16控制齿轮传动轴9的轴向位置，齿轮传动轴9另一端与后端盖27通过O形密封圈21、O形密封圈挡圈22、油封23、轴用油封堵24等附件形成密封，防止漏油，并由深沟球轴承20形成支撑；
如图2所示，与缸体38配合形成密封端面W1的配流盘36上开有三个均匀布置的腰形槽35、42、43，第一腰形槽35通高压油源pA，第二腰形槽42通低压油pT，第三槽腰形43通负载pB；
如图3、图4、图5所示，与后端盖27配合形成密封端面W2的配流盘36上有三个腰形槽35、42、43即上述图2中的三个腰形槽，三个腰形槽分别分布在不同的圆心半径上，第一腰形槽35在中心位置为中心圆，第一腰形槽35边缘处开有两个键槽44，和角度传动轴26上的第一平键26-1形成配合，在配流盘36转动角度的同时带动角度传动轴26转动，并可通过角度传感器对这一角度进行测量；第三腰形槽43分布在最大的直径圆位置上，其两端通过一个环形槽360°连通；第二腰形槽42处于上述的第一腰形槽35和第三腰形槽43之间的直径圆位置上，在第三腰形槽43的外侧直径圆上还有一限位槽45，限位槽45与装在后端盖27上的圆形槽62内的配流盘旋转角度限位销34形成滑动配合，使配流盘36旋转角度小于100°。
如图4、5所示，分别是图2配流盘的A-A剖面图和图2配流盘的B-B剖面图，可以看出第一腰形槽35、第二腰形槽42、第三腰形槽43均为斜槽，在配流盘36与缸体38配合形成密封端面W1的一侧，三个槽口处于同一直径圆位置上，在配流盘36与后端盖27配合形成密封端面W2的一侧三个槽口分别处于不同的直径圆位置上；
如图6、图7、图8、图9所示，与配流盘36配合形成密封端面W2的后端盖27中心处开有圆形通槽33，圆形通槽33末段经孔50与第一螺纹孔51相连，在孔50内放置用来支撑角度传动轴26的铜套31，在第一螺纹孔51内放置用来密封的油封25、轴用油封堵28、O形密封挡圈29、O形密封圈30、铜套31等附件实现角度传动轴26的密封，圆形通槽33经侧壁第一油孔32与第二螺纹孔56相连，圆形通槽33外侧直径圆上分布不通的第一腰形槽47，在第一腰形槽47内还开有经第二油孔57与第三螺纹孔58相连的腰形槽46，第一腰形槽47外侧直径圆上分布不通的第二腰形槽49，第二腰形槽49内开有经第三油孔59与第四螺纹孔60相连的腰形槽48，后端盖27上的圆形通槽33内装有一角度传动轴26，角度传动轴26一端平键26-1与第一腰形槽35内的键槽44相配合，在第二腰形槽49外侧的直径圆上有一不通的圆形槽62，其内部可装有配流盘旋转角度限位销34。后端盖27在与配流盘36配合形成密封端面W2侧还有一环周的小槽61用来放置O形密封圈18。为了将油液引入或引出螺纹孔56、58、60，并密封这些油孔，必须实现端面密封，因此，需要保证后端盖的面Y1与油孔56，面Y2与油孔58，面Y3与油孔60相垂直。
如图10、图11所示，壳体6的主要结构形式为：壳体6的孔6-1用来安装O形密封圈挡圈13，螺纹孔6-2用来安装轴用油封堵11，孔6-3用来安装铜套15。腔6-4用来容纳配流盘36和小齿轮17。环槽6-5与配流盘36的轴肩H形成配合面，用来定位配流盘36。
如图12所示，齿轮传动轴9上的孔9-1用来安装手动控制杆10，实现手动控制；环槽9-2用来安装轴用挡圈16，防止小齿轮17在齿轮传动轴9上的窜动；键槽9-3用来安装小齿轮联接键19，通过小齿轮联接键19，齿轮传动轴9带动小齿轮17转动，从而使配流盘36的旋转；平键9-4用于与步进电机的联接(通过联轴器与步进电机相联接，图中联轴器、步进电机未画出)，实现配流盘36的电控。
如图13所示，角度传动轴26上的第一平键26-1用于与配流盘36的键槽44的联接，保证角度传动轴26随配流盘36同步旋转；第二平键26-2用于角度传感器的联接(通过联轴器与角度传感器相联接，图中联轴器、角度传感器未画出)。
本液压变压器的油路连通形式为：高压油通过后端盖27上的第二螺纹孔56引入，经后端盖27上的第一油孔32由侧壁进入后端盖27上的圆形通槽33，通过配流盘36与后端盖27配合形成密封端面W2进入配流盘36上的第一腰形槽35，被引到配流盘36与缸体38配合形成密封端面W1侧，最终进入缸体38的柱塞腔内；负载油由缸体38的柱塞腔内流出，通过配流盘36与缸体38配合形成密封端面W1进入到配流盘36上的第三腰形槽43，被引到配流盘36与后端盖27配合形成密封端面W2侧，经后端盖27上的第二腰形槽49流入后端盖27上的第二腰形槽49内的腰形槽48内，并经后端盖27上的第三油孔59与后端盖27上的第四螺纹孔60相通，最终由此第四螺纹孔60引出进入负载；低压油通过后端盖27上的第三螺纹孔58经后端盖27上的第二油孔57进入后端盖27上第一腰形槽47内的腰形槽46被引入到后端盖27上的第一腰形槽47，通过配流盘36与后端盖27配合形成密封端面W2进入配流盘36上的第二腰形槽42，被引到配流盘36与缸体38配合形成密封端面W1侧，最后与缸体38的柱塞腔相通。
液压变压器在工作过程中，高压油最终被引入到缸体38的柱塞腔内，从而在缸体38的柱塞腔内向外运动，进而带动连杆40运动，连杆40通过球铰联接推动主轴1，并产生一切向的分力，使得主轴1产生转动，主轴1在转动过程中通过一端铰接的中心轴39固定缸体38的轴向位置，并通过与主轴1球铰联接相应的连杆40反向推动相应的柱塞8产生切向分力，从而带动缸体38也产生相应的转动，使得缸体38与配流盘36配合形成密封端面W1的一侧奇数个柱塞腔口能够与配流盘36的此密封端面W1的一侧三个腰形槽口交替配合接触，从而使压力已降到设定值的进入缸体38的柱塞腔内的高压油转化为负载油，负载油通过上述的油路连同形式被引入到第四螺纹孔60，最终引出变压器，并通过油管引入到特定的负载。在油液转化过程中，进入液压变压器的高压油同引出液压变压器的负载油在流量上可能会存在差异，因此，有相应的低压油通过上述的油路连同形式在缸体38的柱塞腔与低压油源之间连通，通过抵压油源对缸体38的柱塞腔进行油液的外泄或补偿，最终实现液压变压器高压油和负载油压力变压调定的平衡。