一种低损耗叶式阶梯液压机 |
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| 申请号 | CN201710654990.4 | 申请日 | 2017-08-03 | 公开(公告)号 | CN107420300A | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | 南通大力锻压机床有限公司; | 发明人 | 张志红; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种低损耗叶式阶梯液压机，包括轴、前壳体、后壳体、设置在前壳体和后壳体内部的 定子 、 转子 、 叶片 、进油配油盘和出油配油盘，所述的转子上均布有多个转子槽，所述的叶片活动设置在转子槽内，叶片根部的厚度大于叶片顶部的厚度，叶片与转子槽的底部之间构成底部腔，叶片与转子槽的槽壁之间构成控制腔，所述的进油配油盘和出油配油盘上对应于控制腔 位置 分别设置有腰形槽。该阶梯叶片式液压机械，叶片对定子内表面的压 力 均衡，工作平稳，磨损小，而且可以实现空转，避免卸荷后的无功损耗， 能量 损失少。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种低损耗叶式阶梯液压机，包括轴、前壳体、后壳体、设置在前壳体和后壳体内部的定子、转子、叶片、进油配油盘和出油配油盘，其特征在于：所述的转子上均布有多个转子槽，所述的叶片活动设置在转子槽内，叶片与转子槽的底部之间构成底部腔，叶片与转子槽的槽壁之间构成控制腔，所述的进油配油盘和出油配油盘上对应于控制腔位置分别设置有腰形槽。 |
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| 说明书全文 | 一种低损耗叶式阶梯液压机技术领域[0001] 本发明涉及液压机械技术领域，尤其是涉及一种低损耗叶式阶梯液压机。 背景技术[0002] 叶片式液压泵或马达体积小，转动惯量小，动作灵敏，可适用于换向频率较高的场合，但泄漏量较大，低速工作时不稳定。因此叶片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。传统的液压泵或马达，为了确保叶片式液压马达在压力油通入后能正常启动，必须使叶片顶部和定子内表面紧密接触，以保证良好的密封，因此在叶片根部都设置有预紧弹簧，但是这种传统的液压马达及泵，由于叶片根部设置有预紧弹簧，叶片顶部始终都与定子的内表面紧密接触，这样使得在卸荷后的叶片顶部与定子的内表面始终接触在一起，增加了功损耗，增加了能量损失。 [0003] 中国专利文献(公开日：1992年7月8日，公开号：CN2109447A)公开了一种双作用变量叶片泵，其主要特征为定子为断开式可移动，定子置于长方形的泵壳内腔中，在泵的转子上增加若干个副叶片，起隔离和密封容积里的高低压腔的作用。定子的两个平衡装置分别置于两个定子的外侧。可作为液压泵，直接由柴油机或汽油机驱动；也可作为液压马达，并联回路组成的液压马达分别装在每只车轮内，直接起驱动和制动作用。该技术方案中定子为断开式可移动结构，而且在泵的转子上增加了若干个副叶片，虽然具有体积小、结构简单、制造容易等特点，但是该技术方案中的叶片仍然采用预紧弹簧结构，仍然存在普通双作用叶片泵所有的缺陷，流量脉动、压力脉动、振动和噪音。 [0004] 中国专利文献(公开日：2005年3月23日，公开号：CN 1598288A)公开了一种双作用叶片式二次元件，一种双作用叶片式二次元件，由转子、定子、叶片、变量油缸、壳体和配流盘等组成，其特征在于变量油缸由变量杆、变量活塞、变量壳体等构成，变量壳体通过螺栓固定在壳体上，变量杆的球形头端与变量活塞的凹槽连接，变量杆的另一端固定在定子长半径圆弧中心线处的外表面上。上述技术方案是通过对定子位置的控制，使二次元件的“液压马达”工况与“液压泵”工况相互转换，实现能量的回收和再利用。 [0005] 中国专利文献(公开日：2011年9月7日，公开号：CN102174901A)公开了一种摇臂结构的叶片式液压马达，包含有端盖、配油盘、定子、转子、转轴，转子与转轴用花键连接，转子上均布多条叶片槽，转子两端的圆凹槽内还安装有多个摇臂横梁，摇臂横梁的中心有孔，销轴穿过该孔使摇臂横梁和转子转动连接，叶片槽的两端有圆腔，圆腔下有沿径向与之相交的通孔，通孔内依次装有推杆和弹簧，推杆的底面和摇臂横梁的臂相接触，叶片槽内装有叶片，叶片的底端和弹簧接触，弹簧位于圆腔内，油路和圆腔相通，叶片顶端开有槽，叶片头插入槽内，和叶片紧配合，并且高出叶片顶端，和定子的内曲线面接触。该液压马达的叶片和定子之间的密封性好，转动时摩擦小，马达的效率更高,寿命更长。 [0006] 上述摇臂结构的叶片式液压马达，增加摇臂结构使得叶片式液压马达的体积增大，转动灵敏度会下降。 [0007] 中国专利文献(公开日：2008年6月11日，公开号：CN 201071806Y)公开了一种液压泵的转子，属于液压泵技术领域。它解决了现有的液压泵转子由于流量和压力脉动使液压泵产生噪声的问题。本液压泵的转子，包括圆柱状的转子本体和若干扁平状的叶片，这些叶片沿转子本体的径向活动插接在转子本体上，所述的叶片在转子本体上以非等分的方式分布。 [0008] 上述技术方案采用将叶片在转子本体上以非等分的方式分布，同时叶片的顶部与定子的内表面之间是通过转子转动时的惯性紧密接触在一起，该结构，只要转子转动，叶片顶部与定子内表面之间就存在接触，无法实现卸荷后的无功损耗，减少能量损失。 [0009] 中国专利文献(公告日：2001年5月9日，公告号：CN2429671Y)一种超低速连续回转液压伺服马达，是对双作用叶片式连续回转液压马达的改进。这种新型结构的液压伺服马达从原理上消除了流量脉动和驱动力矩的脉动，为超低速和高精度的驱动和控制提供了关键技术。采用电液伺服阀进行闭环伺服驱动控制时，最低角速度达到0.05°/s甚至更低，将处在工作腔的叶片根部油腔与叶片顶部油腔之间相互连通，处在密封区的叶片根部油腔单独接通压力油，叶片顶部顶压在定子内圆弧内表面上。 [0010] 上述技术方案采用电液伺服阀进行闭环伺服驱动控制，成本高，主要用于航空、航天、舰船等军品领域，在民品市场占有率不大，不适合普遍推广。 [0011] 综上所述，现有技术中的叶片式液压泵及马达的虽然采用了各种技术方案从不同角度来提高叶片式液压机械的性能，但是从目前公开的技术方案来看，都需要进行能量传递，尤其是在不需要工作时仍然需要耗能，不利于节能。 发明内容[0012] 本发明的目的是为了解决现有技术中的叶片式液压机械在不工作阶段仍需要能量传递，不能避免在卸荷后无功损耗，减少能量损失的问题而提供一种叶片对定子内表面的压力均衡，工作平稳，磨损小，而且可以实现空转，避免卸荷后的无功损耗，减少能量损失的阶梯叶片式液压机械。 [0013] 本发明实现其技术目的所采用的技术方案是：一种低损耗叶式阶梯液压机，包括轴、前壳体、后壳体、设置在前壳体和后壳体内部的定子、转子、叶片、进油配油盘和出油配油盘，所述的转子上均布有多个转子槽，所述的叶片活动设置在转子槽内，叶片与转子槽的底部之间构成底部腔，叶片与转子槽的槽壁之间构成控制腔，所述的进油配油盘和出油配油盘上对应于控制腔位置分别设置有腰形槽。该阶梯叶片式液压机械，对传统的叶片式液压机械的叶片与转子槽之间的连接关系进行改进，增设一个控制腔，叶片根部与转子槽底部之间形成一个底部腔，并且底部腔内不设预紧弹簧，该底部腔可直接引入外部压力液体，实现对叶片底部压力的控制，使叶片向外顶出与定子内表面接触。而在进油配油盘和出油配油盘上高压区和低压区对应于控制腔位置分别设置有相应腰形槽，这样的结构可以通过在控制腔内通入高压流体或低压流体，来实现对叶片所受到的底部腔压力和叶片顶部腔压力的调节和控制，具体操作是：该液压机械作马达用时，马达入口需要高压，则叶片顶部腔内是高压，而此时底部腔通入高压液体形成高压，由于叶片受到受力面积差的作用，并利用系统背压或设置启动外接压力流体，叶片能可靠贴住定子内表面，使马达顺利启动，免除了普通叶片马达的弹簧结构，同时，此时控制腔内部的压力流体使得叶片的上下压力差保持均衡，马达工作平稳。该液压机械若根据主机工作循环情况在不需要进行能量传递时，即在一定阶段不需要工作时，则使控制腔经进油配油盘和出油配油盘上各腰形槽以流道外接压力流体，因此时该液压机械卸荷，所以叶片受控制腔压力作用或者同时受叶片顶部腔压力和控制腔压力的作用回缩在转子槽内，从而实现空转，免除了卸荷后的无功损耗，减少了能量损失。该液压机械，还可以通过对进油配油盘和出油配油盘上腰形槽的位置和角度的设计，使全周范围上的叶片对定子内表面的压力均衡合理，确保工作平稳，尽量减少磨损。并且该阶梯叶片式液压机械工艺性好，成本较低。 [0014] 作为优选，所述的叶片包括根部和顶部，叶片根部的厚度大于叶片顶部的厚度，叶片的横截面呈阶梯结构或T形结构。叶片采用一端厚一端薄，叶片横截面呈阶梯结构或者T 形结构，这样的结构是为了方便控制腔的设置，从而保证实现本发明的技术方案的目的，叶片顶部的端面为弧面是为了满足叶片顶部的端面与定子内表面改善磨擦状态而设置的。 [0015] 作为优选，所述的叶片顶部的厚度等于叶片根部厚度的一半，所述的叶片为一体式结构或分体式结构。叶片薄端的厚度优选等于厚端厚度的一半，便于通过控制腔实现对叶片受力面差的控制，同时方便叶片的设置，叶片采用一体式结构，制作精度高，而采用分体式结构方便制作与安装。 [0016] 作为优选，所述的转子槽与叶片配合设置，转子槽的横截面呈阶梯结构或者T形结构，转子槽的底部为圆弧结构，所述的转子槽为一体结构或者分体结构。转子槽与叶片配合设置，转子槽的横截面也设置呈阶梯结构或者T形结构，这样转子槽和叶片之间配合便于控制腔和底部腔的形成，使得整个机械腔体内部形成叶片顶部腔、控制腔与底部腔，通过叶片顶部腔、控制腔与底部腔实现对叶片所受压力差的控制，从而实现不同的功能。 [0017] 作为优选，所述的转子槽分体设置时槽壁上设置有衬片，所述的衬片呈矩形结构，所述的衬片的厚度等于叶片顶部与转子槽壁之间的距离，叶片与衬片之间滑动密封连接，衬片与转子槽槽壁通过柱销或螺钉或焊接或档块方式连接。衬片的厚度等于叶片的较薄顶部与转子槽壁之间的距离，这样的结构是为了控制腔的形成，分体设置操作方便。 [0018] 作为优选，叶片沿转子的径向活动设置在转子槽内，叶片的顶部朝向定子的内表面，叶片的根部朝向转子槽的底部，所述的底部腔由叶片的根部端面与转子槽的底部围合构成，所述的控制腔由叶片的侧面与转子槽的槽壁构成或由叶片的侧面与转子槽槽壁以及衬片构成。上述结构使得该叶片式液压机械腔体内部的叶片受到叶片顶部腔、控制腔与底部腔不同压力的作用，使得叶片的受压情况可以根据工作状态作不同的调整，控制腔的形成改变了传统叶片式液压机械在不工作阶段仍需要能量传递，不能避免在卸荷后无功损耗，减少能量损失的问题。 [0019] 作为优选，所述的腰形槽与控制腔连通，所述的腰形槽的底部设置有与控制腔连通的控制腔流道，所述的控制腔流道上设置有控制阀或直接与流体接口连接。这样的结构方便信号油或者压力流体的通入，方便对控制腔流体的控制，从而实现对叶片的控制，必要时实现液压泵的空转。当然根据需要底部腔流道也可以直接与流体接口连接。 [0020] 作为优选，所述的出油配油盘和进油配油盘上还分别设置有进流腔、排出腔和对应于底部腔的环槽，所述的进流腔和排出腔分别与由叶片、定子的内表面、转子的外表面和进油配油盘和出油配油盘间形成的多个密封腔相通，所述的环槽底部设置有底部腔流道，所述的底部腔流道上设置有控制阀或直接与流体接口连接。这样可以实现压力流体在机械腔内的流动，从而实现本发明的目的，当进流腔通入高压时，此处形成高压口，此时高压口区域对应的控制腔经流道连通低压口流体，而低压口区域对应的控制腔经流道连通高压口，底部腔经流道连通高压口，这样的结构实现马达的功能，而当进流腔通入低压流体时，此处形成低压口，这样的结构实现泵的功能。因液压泵和液压马达的高压口和低压口互逆，液压泵的进口是低压，出口是高压，液压马达的进口是高压，出口是低压，所以在既用作液压泵又用作液压马达时，底部腔与高压口、低压口间需设置控制阀，以保证底部腔为高压流体。 [0021] 作为优选，进流腔区段对应的控制腔连通排出腔，排出腔区段对应的控制腔连通进流腔，底部腔经环槽连通压力流体接口。这样的结构是为了实现叶片顶部腔、控制腔以及底部腔各自的功能而设置的。采用上述结构可以实现：当作叶片泵使用时，当叶片处在排出区段时，叶片顶部是高压，对应区段的控制腔为低压，底部腔是高压；当叶片处在进流区段时，叶片顶部是低压，对应区段的控制腔为高压，底部腔是高压。作叶片马达使用时，当叶片处在排出区段时，叶片顶部是低压，对应区段的控制腔为高压，底部腔是高压；当叶片处在进流区段时，叶片顶部是高压，对应区段的控制腔为低压，底部腔是高压；当作叶片马达使用时，底部腔可先通启动信号油；当系统需要时，叶片可缩回转子中，实现泵的空转。 [0022] 作为优选，所述的后壳体和前壳体上分别设置有进流口、排出口、流体引入口和流体引出口。流体通过进流口与进流腔连接，排出口与排出腔连接，设置流体引入口和流体引出口并连接控制阀切换是为了使外部压力流体通过引入到底部腔和控制腔，对叶片底部腔压力和控制腔压力进行切换控制。根据需要在进流腔形成高压区或低压区，通过底部腔流体切换实现对液压泵及马达的控制；在马达启动工作时底部腔可以先通入外接信号油，将叶片向定子内表面方向推出；当系统不需要工作时，系统卸荷，控制腔外接压力流体，叶片可缩回转子槽内，实现空转，实现系统能量低消耗。 [0023] 本发明的有益效果是：1.该阶梯叶片式液压机械，通过设置一端厚一端薄的叶片，通过叶片受力面积差的作用，并利用系统背压或设置启动用外接压力流体，叶片能可靠贴住定子内表面，使马达顺利启动，而免除了普通叶片马达的弹簧结构。 [0024] 2.该阶梯叶片式液压机械，通过在进油配油盘和出油配油盘上设置与控制腔相通的腰形槽，而对腰形槽的位置和角度作适当的设计，保证了全周范围内的叶片对定子内表面的压力均衡合理，确保工作平稳，尽量减少磨损，产品工艺性好，成本较低。 [0025] 3.该阶梯叶片式液压机械，可根据主机工作循环情况，在不需进行能量传递时，即在一定阶段不需要工作时，使控制腔经进油配油盘和出油配油盘上各腰形槽以流道通过控制阀外接压力流体，因此时该液压机械卸荷，所以叶片受控制腔内的压力作用回缩在转子槽内，从而实现空转，免除了卸荷后的无功损耗，减少了能量损失。附图说明 [0026] 图1是本发明的一种结构示意图。 [0027] 图2是图1的H-H剖视图。 [0028] 图3是本发明转子的一种结构示意图。 [0029] 图4是本发明叶片的一种结构示意图。 [0030] 图中：1、轴，2、前壳体，3、后壳体，4、定子，5、转子，6、叶片，7、进油配油盘，8、出油配油盘，9、转子槽，10、衬片，11、底部腔，12、控制腔，13、腰形槽，14、进流口，15、流体引入口，16、排出口，18、进流腔，19、排出腔，20、环槽，21、控制腔流道，22、底部腔流道。 具体实施方式[0031] 下面通过具体实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。 [0032] 实施例1：在图1、图2所示的实施例中，一种低损耗叶式阶梯液压机，包括轴1、前壳体2、后壳体3、设置在前壳体2和后壳体3内部的定子4、转子5、叶片6、进油配油盘7和出油配油盘8，前壳体 2与出油配油盘8的配合处，后壳体3与进油配油盘8的配合处，以及前壳体2与后壳体3的配合处均设置有密封装置，轴1与前壳体2之间设置有轴承及轴密封装置，轴1与转子5通过键连接。本实施例中，转子5上均匀设置有十个转子槽9(见图3)，转子槽9的个数根据需要也可以设置为十二个或其他个数，转子槽9内部设置有叶片6，转子槽9的槽底呈圆弧结构，转子槽9的横截面呈阶梯结构，当然也可以设置为T形结构，该实施例中，转子槽9的横截面呈阶梯结构，与叶片6配合设置，转子槽9的槽壁上通过柱销设置有矩形衬片10，衬片10也可以与转子一体设置，叶片6包括根部和顶部，叶片6的横截面呈阶梯结构分体设置(见图4)，当然该叶片也可以制成一体式的，叶片6顶部的端面为弧面，叶片 6根部的厚度大于叶片顶部的厚度，本实施例中叶片6顶部的厚度等于根部厚度的一半。配合叶片6顶部的厚度，衬片10的厚度等于叶片6的侧面到转子槽9槽壁的距离，叶片6沿径向活动设置在转子槽9内，叶片6的顶端朝向定子4的内表面，叶片6根部的底面朝向转子槽9的底部且与转子槽9的底部形成底部腔11，叶片6的侧面与转子槽9的侧面以及衬片10 三者共同构成控制腔12，该控制控12内部可以选择通入高压流体或低压流体。进油配油盘7 和出油配油盘8上分别设置有对应于高压区或低压区控制腔12的相应腰形槽13。相应腰形槽13与对应的控制腔12连通，与控制腔12连通的腰形槽13的底部设置有对应的控制腔流道21，腰形槽13经控制腔流道21连通进流腔或排出腔，或设置相应流道通过控制阀外接压力流体切换控制。 [0033] 后壳体3和前壳体2上分别设置有进流口14、排出口16、流体引入15口和流体引出口。进油配油盘7上设置有进流腔18和排出腔19及对应于底部腔11的环槽20，当然该环槽20也可以设置为半环形或者腰形结构，环槽20底部设置有底部腔流道22，环槽20连通高压流体或经底部腔流道22通过控制阀连通高压流体或外接压力流体。出油配油盘8上也设置有进流腔18和排出腔19及对应于底部腔的环槽20，当然该环槽20也可以设置为半环形或者腰形结构。进流腔18和排出腔19分别与由叶片6、定子4的内表面、转子5的外表面和进油配油盘7和出油配油盘8间形成的多个密封腔相通。 [0034] 该阶梯叶片式液压机械，进流腔18区段对应的控制腔12连通排出腔19，排出腔19 区段对应的控制腔12连通进流腔18，底部腔11连通环槽20。为了实现控制腔12或底部腔 11均可有选择地接通或断开外接压力流体，与控制腔12或底部腔11连通的进油配油盘7和出油配油盘8上的腰形槽13或环槽20或通道经流道通过控制阀外接压力流体。而控制阀为单向阀或者止通阀或者换向阀。 [0035] 实施例2：一种低损耗叶式阶梯液压机，其结构与实施例1基本相同，不同之处在于：该实施例中叶片及转子槽的横截面设置为T形结构，转子槽是一体式结构，叶片也是一体结构，前壳体 2、后壳体3上还分别设置有外部引入口，使外部的液体直接从外部引入口引到控制腔内部，实现对叶片顶部腔和底部腔体内压力的平衡，当然此时控制腔与叶片顶部进流口或排出口腔体是不相通的，与底部腔也是不相通的，设置外部引入口的目的是为了使控制腔内部的腔室油可以从外部直接引入，接到工作主机上，而当不需要泵或马达工作时，系统卸荷，控制腔内部通信号油，或者同时向控制腔和进流腔通压力流体，使叶片缩回转子槽中，实现该液压机械的空转。 [0036] 实施例1和实施例2所示的阶梯叶片式液压机械，既可以作为液压泵使用也可以作为液压马达使用，无论作为泵还是马达使用，该阶梯叶片式液压机械的进油配油盘和出油配油盘上均设置有进流腔和排出腔，进流腔可以是高压也可以是低压，因为泵进口是低压，出口是高压，马达进口是高压，出口是低压，所以可以根据主机具体工作状况设计，高压口区域对应的控制腔经流道连通低压口流体，低压口区域对应的控制腔经流道连通高压口，底部腔经流道连通高压口。进油配油盘和出油配油盘上高压口区域和低压口区域有相应的腰形槽，控制腔可与相应的腰形槽相通，高压口区域对应的腰形槽与低压口相通，低压口区域对应的腰形槽与高压口相通，底部腔对应的进油配油盘和出油配油盘上有可与之相通的环槽，该环槽与高压口相通。 [0037] 当该阶梯叶片式液压机械作叶片泵使用时，当叶片6处在进流区段时，叶片6顶部是低压，对应区段的控制腔12为高压，底部腔11是高压；当叶片6处在排出区段时，叶片6 顶部是高压，对应区段的控制腔12为低压，底部腔11是高压。叶片6受压力流体压力的作用顶部圆弧与定子4内表面顶紧，全周范围的叶片6对定子4内表面的压力均衡合理，叶片泵工作平稳，磨损少。 [0038] 当该阶梯叶片式液压机械作叶片马达使用时，当叶片6处在进流区段时，叶片6的顶部是高压，对应区段的控制腔12内部为低压，底部腔11内部是高压；当叶片6处在排出区段时，叶片6顶部是低压，对应区段的控制腔12内部为高压，底部腔11内部是高压；当作叶片马达使用时，底部腔11可先通启动信号油。该阶梯叶片式液压机械作马达用时，由于叶片6受力面积差作用，并利用系统背压或设置启动用外接压力流体，叶片6能够可靠贴住定子4内表面，使马达顺利启动，代替了普通叶片马达的弹簧结构。 [0039] 因泵和马达的高压口与低压口互逆，泵进口是低压，出口是高压，马达进口是高压，出口是低压，故在既作泵又作马达时，控制腔12、底部腔11与高压口、低压口间需设置控制阀切换，以保证合理的叶片上下压力差。 [0040] 该阶梯叶片式液压机械，系统卸荷，泵腔内通信号油，叶片6压缩回转子槽9内，泵或马达不工作，系统能量消耗低。或者控制腔12内部的腔室油可以从外部引入，当不需要该液压机械工作时，系统卸荷，控制腔12内部通信号油，叶片缩回转子中。 [0041] 该阶梯叶片式液压机械若根据主机工作循环情况不需进行能量传递，即在一定阶段不需工作时，则使控制腔12经进油配油盘和出油配油盘上各腰形槽以流道通过控制阀外接压力流体，因此时该液压机械卸荷，所以叶片6受控制腔12压力作用回缩在转子槽9内，从而实现空转，免除了卸荷后的无功损耗，减少了能量损失。 |
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