液压伺服装置 本发明涉及把一小转矩角位移变换成一大荷载直线位移的液压伺服装置，特别涉及用来操纵一用作一变速液力联轴节的速度控制机构的斗管的的液压伺服装置。
图11示出一向一高容量锅炉供水的供水装置的致动器。如图11所示，输入轴121的转动经一大齿轮122和一小齿轮124加速和传给一主动轴123，该转动然后经一液力联轴节C传给一从动轴125。该转动然后从从动轴125经一大齿轮131和一小齿轮133加速和传给一输出轴132。液力联轴节C包括装在主动轴123上的一叶轮126和一叶轮壳体128以及装在从动轴125上的一转子。当把工作油引入叶轮壳体128上的工作室中时，叶轮126与转子127靠工作油的粘性啮合转动，从而把转动从主动轴123传给从动轴125。
该工作室中有一调节工作油流率的斗管130。该斗管130在工作室中的移进移出即可控制该液力联轴节C所传递的转矩。结构简单的该液力联轴节C可在最小与最大速度之间连续改变荷载一侧轴(输出轴)的转速。
斗管必需承受工作油油压，因此其定位必需精确。斗管的一种致动装置比方说包括一放大和传递一电致动器在一小力下所生成的位移，例如可见日本专利公告No.7-208499。该专利所公开的液压伺服装置包括一可滑动地装在一液压缸中的一导向轴上地活塞，导向轴表面上和活塞内表面上有油道。导向轴的转动变换成活塞的位移后从液压伺服装置输出。斗管的位置由一位于预定位置上的位移传感器发出的信号进行反馈控制。
为了整体平衡，上述液压伺服装置的体积必需减小，为了满足这一条件，导向轴的直径必需减小。但是，随着导向轴直径的减小，导向轴表面上用作油道的凹槽的宽度也减小。当导向轴的转速提高时，导向轴表面上的油道移出与活塞中的油道对齐的位置，导致控制失灵。因此，该液压伺服装置的控制响应受到限制。
因此本发明的一个目的是提供一种液压伺服装置，即使其导向轴的直径很小也能保持两油道互相对齐，并且即使体积较小控制响应性也足够好。
按照本发明一个方面，提供了一种液压伺服装置，包括：一液压缸；一可转动地伸展在该液压缸轴向上的导向轴，该导向轴的外圆周面上有一对连通油道；一可滑动地装在该导向轴上而在该液压缸中轴向移动的活塞，该活塞中有一对油道；以及一致动器，该致动器使该导向轴围绕其轴线转动，从而使至少一个连通油道与至少一个油道连通，从而使高压油作用于活塞上而使活塞在液压缸中轴向移动。这些连通油道和油道的直径和宽度较小，可在导向轴的较大转动角度中互相连通，从而该液压伺服装置的控制响应程度提高。
连通油道与油道的相对位置设置成：造成连通油道与油道连通的导向轴的转动角度不同。
每一连通油道呈曲线状。
油道包括一在压力下供应工作油的供油油道和一与一排油管连接的排油油道。
按照本发明的另一方面，提供了一种液压伺服装置，包括：一液压缸；一可转动地伸展在该液压缸轴向上的导向轴，该导向轴的外圆周面上有一连通油道；一可滑动地装在该导向轴上而在该液压缸中轴向移动的活塞，该活塞中有一油道；一致动器，该致动器使该导向轴围绕其轴线转动，从而使该连通油道与该油道连通，从而使高压油作用于活塞上而使活塞在液压缸中轴向移动，该液压缸的内部空间被该活塞分隔成第一空间和第二空间，第一空间与一高压油孔连通，第二空间是否与该油道连通由该连通油道选择；以及一与该液压缸的顶部连接、从而与第二空间连通的泄气管。截留在第二空间中的可压缩空气可经该泄气管排出，从而提高该液压伺服装置的响应性。
该泄气管有一出气孔供空气排出到大气中。
该泄气管有一止回阀供空气排出到大气中。
按照本发明又一个方面，提供了一种液压伺服装置，包括：一液压缸；一可转动地伸展在该液压缸轴向上的导向轴，该导向轴的外圆周面上有一连通油道；一可滑动地装在该导向轴上而在该液压缸中轴向移动的活塞，该活塞中有一油道；一致动器，该致动器使该导向轴围绕其轴线转动，从而使该连通油道与该油道连通，从而使高压油作用于活塞上而使活塞在液压缸中轴向移动，该液压缸的内部空间被该活塞分隔成第一空间和第二空间，第一空间与一高压油孔连通，第二空间是否与该油道连通由该连通油道选择，该液压缸有一收集其中的粒子的凹座，该凹座分别位于液压缸内圆周面底部的第一空间和/或第二空间中。由活塞与液压缸之间的相对运动所生成的粒子收集在该凹座中，因此它们无法夹在活塞与液压缸之间，从而使该液压伺服装置平稳工作。
该液压缸的圆筒形壁中有一排出孔排出收集在该凹座中的粒子。
按照本发明又一个方面，提供了一种液压伺服装置，包括：一液压缸；一可转动地伸展在该液压缸轴向上的导向轴，该导向轴的外圆周面上有一连通油道；一可滑动地装在该导向轴上而在该液压缸中轴向移动的活塞，该活塞中有一油道；一致动器，该致动器使该导向轴围绕其轴线转动，从而使该连通油道与该油道连通，从而使高压油作用于活塞上而使活塞在液压缸中轴向移动，该液压缸的内部空间被该活塞分隔成第一空间和第二空间，第一空间与一高压油孔连通，第二空间是否与该油道连通由该连通油道选择；以及一盖住该液压缸的界定第一空间的一端壁的储油槽。
按照本发明又一个方面，提供了一种液压伺服装置，包括：一液压缸；一可转动地伸展在该液压缸轴向上的导向轴，该导向轴的外圆周面上有一连通油道；一可滑动地装在该导向轴上而在该液压缸中轴向移动的活塞，该活塞中有一油道；一致动器，该致动器使该导向轴围绕其轴线转动，从而使该连通油道与该油道连通，从而使高压油作用于活塞上而使活塞在液压缸中轴向移动；该活塞的一端面上有连接装置与一活塞拆卸器连接，以便从液压缸中拉出活塞。活塞可用与活塞上的连接装置连接的活塞拆卸器很容易地从液压缸中取出。因此，很容易检查、维修或更换活塞、液压缸和装在活塞上的斗管。
按照本发明另一个方面，提供了一种液力联轴节，包括：可装在一主动轴上的一叶轮和一叶轮壳体，该叶轮壳体中形成一工作室；一可装在一从动轴上的转子；一在工作室中移进移出、从而改变流入工作室中的工作油的流率的斗管以及控制斗管的位置的任何上述液压伺服装置。
从结合例示出本发明优选实施例的附图的下述说明中可清楚看出本发明的上述和其他目的、特征或优点。
图1为本发明第一实施例的液压伺服装置的局部剖视立体图；
图2A为一横截面图，示出导向轴处于一角位时一油道与一连通油道之间的位置关系；
图2B为一横截面图，示出导向轴处于另一角位时该油道与该连通油道之间的位置关系；
图3A为一横截面图，示出导向轴处于又一角位时该油道与该连通油道之间的位置关系；
图3B为一横截面图，示出现有液压伺服装置中一油道与一连通油道之间的位置关系；
图4示出该连通油道的两维形状；
图5为供油油道和排油油道和连通油道互相连通时的转角范围图；
图6为本发明第二实施例的液压伺服装置的纵向剖面图；
图7为本发明第三实施例的液压伺服装置的纵向剖面图；
图8为本发明第四实施例的液压伺服装置的纵向剖面图；
图9为本发明第五实施例的液压伺服装置的纵向剖面图；
图10为本发明第六实施例的液压伺服装置的纵向剖面图；
图11为使用一液压伺服装置的液力联轴节的剖面图。
如图1所示，一般用作图11所示液力联轴节的斗管的致动装置的本发明第一实施例液压伺服装置包括一作为耐高压壳体的液压缸10、一装在液压缸10的近端、与一控制器(未示出)连接的导向轴致动装置12、一从导向轴致动装置12伸入液压缸10中的导向轴14和一位于液压缸10与导向轴14之间空间中的活塞16。活塞16可沿导向轴14的轴向滑动，但无法围绕导向轴14转动。活塞16包括一靠近液压缸10的近端的大直径部18和一靠近液压缸10的远端的小直径部20。小直径部20从液压缸10远端上的一端壁22的滑动孔24沿轴向伸出液压缸10。小直径部20在其伸出端上支撑一连接部26用于支撑由该液压伺服装置致动的斗管。
活塞16把液压缸10中的空间分隔成环绕小直径部20的第一空间28和大直径部18之中和之上的第二空间30。液压缸10的远端中有一径向高压油油道32与第一空间28连通。液压缸10的内圆周壁上有一环形台阶34用作一止档，防止活塞16沿轴向向液压缸10的远端进一步移动。当液压缸10处于该止档位置时，液压缸10的远端仍存在第一空间28，同时与第一空间28保持连通。
如图2A所示，活塞16的小直径部20中有一导向轴14可在其中滑动的轴向中心孔36和一对靠近大直径部18、从第一空间28伸入该轴向中心孔36的径向供油油道38a、38b。供油油道38a、38b大致对称于小直径部20的中心轴线。小直径部20中还有一对大致对称于一通过小直径部20的中心轴线的平面、与供油油道38a、38b平行的排油油道40a、40b。排油油道40a、40b在连接部26开口。轴向中心孔36和排油油道40a、40b都与一外部排油管(未示出)连接。
导向轴14的外圆周面上有一对连通油道42a、42b按照导向轴14的角位使供油油道38a、38b与第二空间30连通。连通油道42a、42b大致对称于导向轴14的中心轴线。每一连通油道42a、42b沿轴向伸展的长度与活塞16的冲程相同，并呈螺线伸展大半圈导向轴14的圆周。在该实施例中，供油油道38a、38b和排油油道40a、40b的直径等于连通油道42a、42b的宽度。在图1中，以供油油道38表示供油油道38a、38b之一，以排油油道40表示排油油道40a、40b之一，以连通油道42表示连通油道42a、42b之一。
活塞16在第一空间28中的受压面积为大直径部18的横截面面积与小直径部20的横截面面积之差。活塞16在第二空间30中的受压面积为大直径部18的横截面面积与导向轴14的横截面面积之差。因此，活塞16在第二空间30中的受压面积大于活塞16在第一空间28中的受压面积。当连通油道42与供油油道38和第二空间30连通时，高压油道32中的工作油作用在第一空间28和第二空间30中的油压相同，活塞16沿轴向向液压缸10的远端、即向端壁22移动。当连通油道42与排油油道40和第二空间30连通、从而高压油道32中的工作油油压只作用在第一空间28中时，活塞16沿轴向向液压缸10的近端、即向导向轴致动装置12移动。
如图4所示，每一连通油道42呈螺线形，因此活塞16随着导向轴14的一角位移而沿轴向移动一直线冲程。活塞16的大直径部18是空心的，因此，即使活塞16沿轴向完全移动到液压缸10的近端，连通油道42也不被活塞16盖住。
如图2A、2B和3A所示，供油油道38a与其旁的排油油道40a比供油油道38b与其旁的排油油道40b靠得更近。这些油道38a、40a和38b、40b之间的这一角位关系确保：当导向轴14围绕其轴向转动时，连通油道42a开始与供油油道38a或排油油道40a重叠或连通的时间比连通油道42b开始与供油油道38b或排油油道40b重叠或连通的时间早。确切说，如图5所示，当导向轴14围绕其轴线在2θ转角范围内转动时，连通油道42a与供油油道38a或排油油道40a重叠或连通，其中，θ与油道38a、38b、40a、40b的直径、从而油道42a、42b的宽度对应。导向轴14围绕其轴线转动而使连通油道42b与供油油道32b或排油油道40b重叠或连通的2θ转角范围滞后一不大于θ的角α。因此，导向轴14围绕其轴线转动而使连通油道42a、42b与供油油道38a、38b或排油油道40a、40b重叠或连通的整个角度范围为(2θ+α)。这一转角范围(2θ+α)大于图3B所示现有液压伺服装置中导向轴14在一连通油道42与一供油油道38或一排油油道40重叠或连通时的转角范围。因此，连通油道42a、42b与供油油道38a、38b或排油油道40a、40b不连通的可能性减小，从而该液压伺服装置不易控制失灵。
下面说明第一实施例的液压伺服装置的工作情况。当控制器向导向轴致动装置12发出一信号时，导向轴致动装置12使导向轴14从图2A所示连通油道42a、42b不与供油油道38a、38b或排油油道40a、40b连通的位置以图2B所示箭头方向顺时针转动。如图2B所示，连通油道42a开始与供油油道38a连通。高压工作油开始从第一空间28经供油油道38a和连通油道42a流入第二空间30中，活塞16由于活塞16正反两方向上的受压面积差而沿轴向向液压缸10的远端移动。由于连通油道42a相对导向轴14的脊线倾斜，连通油道42a如图2A所示再次与供油油道38a不连通，从而活塞16的轴向位移停止。
当导向轴14进一步转动到图2B所示位置时活塞16再次向液压缸10的远端移动。这样，导向轴14在检测到活塞16的轴向位置时的反馈控制下连续转动，直到活塞16位于所需轴向位置上。
如活塞16上的荷载大到活塞16无法轴向移动或活塞16即使在图2B所示位置上其轴向位移也太小，则控制器向导向轴14发出一控制信号使导向轴14进一步顺时针转动到图3A所示位置。在该位置上，连通油道42a、42b分别与供油油道38a、38b连通，使高压工作油从第一空间28经供油油道38a、38b和连通油道42a、42b流入第二空间30。从而使活塞16轴向移动的工作油的流率提高、从而驱动力提高、响应性提高。即使在控制器进一步向导向轴致动装置12发出一信号时，连通油道42a、42b也不易与供油油道38a、38b不连通，因为导向轴14在连通油道42a、42b与供油油道38a、38b连通时的转角范围大于只使用一个连通油道42和一个供油油道38时的转角范围。
为了使活塞16沿轴向向液压缸10的近端移动，导向轴14从图2A所示位置以与图2B箭头相反的逆时针方向转动。连通油道42a开始与排油油道40a连通，从而使第二空间30与排油管连通。由于第二空间30中的油压下降，因此活塞16在第一空间28中的油压的作用下沿轴向向液压缸10的近端移动，直到连通油道42a如图2A所示不与排油油道40a连通。导向轴14在检测到活塞16的轴向位置时的反馈控制下连续转动，从而控制活塞16的轴向位置。由于排油油道40a、40b的相对位置与供油油道38a、38b相同，因此活塞16向液压缸10的近端轴向移动时响应性提高，连通油道42a、42b不会与排油油道40a、40b不连通。
图6示出本发明第二实施例的液压伺服装置。在图6中，一泄气管44与液压缸10的近端的顶部连接，从而与第二空间30连通。泄气管44经一孔46与大气连通。高压油道的工作油中被截留在第二空间30中的空气可经泄气管44排出。因此，该液压伺服装置的响应性不受这种被截留空气的不良影响。由于孔46有一很小的空气孔，因此它可排出空气而仍保持第二空间30中的油压。
图7示出本发明第三实施例的液压伺服装置。图7所示液压伺服装置为对图6所示液压伺服装置的改进。通过孔46与大气连通的泄气管44与液压缸10的近端的顶部连接，而端壁22中的滑动孔24用一储油槽48盖住。该储油槽48由装在端壁22上的一底板50和一壁52界定。壁52中有一孔(未示出)供由该液压伺服装置致动的斗管穿过。储油槽48的高度最好等于或大于与液压缸10连接的泄气管44的底端的高度。
在图6所示实施例中，由于泄气管44经孔46与大气连通，因此在该液压伺服装置不工作、从而第二空间30中没有油压作用时工作油会由于第二室30中的工作油的压头从活塞16的小直径部20与端壁22之间的间隙漏出。因此，空气会从泄气管44流入第二空间30中。这一空气在下次开始工作时会造成液压伺服装置的工作不稳定或响应性降低。在图7所示实施例中，盖住滑动孔24的储油槽48可有效地防止工作油从小直径部20与端壁22之间的间隙漏出，从而该液压伺服装置可稳定地或以所需响应性开始工作。
图8示出本发明第四实施例的液压伺服装置。图8所示液压伺服装置也是对图6所示液压伺服装置的改进。在图8中，泄气管44在与液压缸10的连接端与孔46之间有一止回阀50。止回阀50在该液压伺服装置不工作时防止空气经泄气管44流入第二空间30中。止回阀50可用遥控或自动操纵的开关阀取代，该阀只在需要时打开。
图9示出本发明第五实施例的液压伺服装置。在图9中，液压缸10内圆周面的底部有两个凹座56分别位于第一和第二空间28、30中液压缸10的远端和近端旁。这两个凹座56用来收集活塞16相对液压缸10的内圆周面滑动时所生成的粒子。液压缸10的圆筒形壁中还有两排出孔58分别与两凹座56底部连通，从而排出收集在两凹座56底部上的粒子。两排出孔58通常用两不漏油的塞头60塞住。由于由活塞16相对液压缸10的内圆周面滑动所生成的粒子收集在凹座56中，因此它们不易停留在液压缸10的内圆周面上、从而不易夹在活塞16与液压缸10之间。拔去塞头60就可排出粒子，从而在液压伺服装置不使用时用工作油等等清洗液压缸10内部。
图10示出本发明第六实施例的液压伺服装置。图10所示液压伺服装置设计成便于维修。在图10中，活塞16的大直径部18的端面上有螺纹孔64，用作活塞拆卸器的细长形螺杆62旋入这些螺纹孔64中而从液压缸10中拔出活塞16。在工作油抽出液压缸10后，从液压缸10的近端卸下端壁，然后取出导向轴14。然后把细长形螺杆62旋入螺纹孔64中，从液压缸10中沿轴向拔出活塞16。使用细长形螺杆62无需拆开液压缸10就可从液压缸10中取出活塞16，因此便于工人检查、维修或更换活塞16、液压缸10、装在活塞16上的斗管。
尽管以上详细示出和说明了本发明的一些优选实施例，但应该看到，可在权利要求的范围内作出种种改动和修正。