可反转的容积式机械

申请号 CN03136299.0 申请日 2003-05-21 公开(公告)号 CN1460607A 公开(公告)日 2003-12-10
申请人 巴特勒工程及营销有限责任公司; 发明人 图里奥·贡扎加;
摘要 本 发明 涉及一种 流体 驱动的可反转容积式机械,包括有一个安装壳体(C),至少两对 齿轮 元件(I),这些齿轮元件(I)被安装成用于在安装壳体(C)中进行旋转,从而每个齿轮元件(I)与两个相邻的相同齿轮元件(I)发生 啮合 ,一个相对于所述齿轮元件的外周序列,该外周序列由与成形于安装壳体(C)上的相同数量的多个交替布置的吸入开口或进口(E)与输送开口或出口(U)组成;一个相对于所述齿轮元件的内周序列,该内周序列由成形于安装壳体(C)上的相同多个交替布置的输送开口或出口(U)与吸入开口或进口(E)组成,所述外周序列和内周序列均包括有若干与齿轮元件(I)数目相同的进口(E)或出口(U)。
权利要求

1.一种流体驱动的可反转容积式机械,包括:一个安装壳体(C); 至少两对齿轮元件(I),这些齿轮元件(I)被安装成用于在安装壳体 (C)中进行旋转,由此,每个齿轮元件(I)与两个相邻的相同齿轮 元件(I)啮合;一个相对于所述齿轮元件的外周序列,该外周序列由 形成于安装壳体(C)上相同数量的交替布置的吸入开口或进口(E) 与输送开口或出口(U)组成;以及一个相对于所述齿轮元件的内周 序列,该内周序列由分别与形成于安装壳体(C)上的相同数量的交 替布置的输送开口或出口(U)与吸入开口或进口(E)组成,所述外 周序列和内周序列均包括有与齿轮元件(I)数目相同的若干进口(E) 和出口(U)。
2.如权利要求1中所述的容积式机械,其特征在于:所述齿轮元 件(I)的旋转轴沿着一个圆周相互以角度间隔布量。
3.如权利要求1或2中所述的容积式机械,其特征在于:所述安 装壳体(C)呈圆环状。
4.如前述权利要求1至3中任一所述的容积式机械,其特征在于: 所述进口(E)通过一个总管(TE)相互连通,所述总管(TE)由一 个工作流体源向其输入工作流体,而所述出口(U)与一个汇集管道 (TU)相连通,该汇集管道被连接在一个排放贮存器(Se)上。
5.如权利要求4中所述的容积式机械,其特征在于:所述工作流 体源包括一个液压装置(CI),该液压装置由一个电动马达(ME)提 供动力,且经一条管路连接到所述排放贮存器(Se),并包括有一个泵 (PA),该泵(PA)被设计成由所述电动马达(ME)控制。
6.如权利要求5中所述的容积式机械,其特征在于:所述液压装 置(CI)设置有气动控制。
7.如权利要求5或6中所述的容积式机械,其特征在于:所述电 动马达(ME)是一个变速马达。
8.如权利要求5或6中所述的容积式机械,其特征在于:其包括 有一个输送阀(US),该输送阀(US)被设计成依次向所述成对的齿 轮元件(I)输送,并且根据施加到所述电动马达(ME)的输出轴(DS) 上的应力和载荷而受到控制。
9.如前述任一权利要求中所述的容积式机械,其特征在于:包括 有用于每个齿轮元件(I)的旋转轴(RS),这些旋转轴(RS)被安装 成用于在所述安装壳体(C)中进行旋转,用键固定于每对齿轮元件 (I)中相应旋转轴(RS)上的小齿轮(P),一个被动或输出轴(DS), 该被动或输出轴(DS)被安装成用于在所述壳体(C)中进行旋转, 以及一个齿轮元件(G),该齿轮元件(G)与所述输出轴(DS)一同 旋转,并且与每个小齿轮(P)相啮合。
10.如前述权利要求5至9中任一所述的容积式机械,其特征在 于:所述液压装置(CI)包括有一个传感装置,用于测量施加到所述 马达(M)上的应力,一个程序控制装置(CU),该程序控制装置(CU) 由所述传感装置进行控制,以及一个加压工作流体输送阀,该输出阀 被设计成由所述控制装置(CU)控制。
11.如权利要求10中所述的容积式机械,其特征在于:用于测量 施加到马达(M)上的应力的所述传感装置,包括有一个应用于马达 (M)的所述输出轴(DS)上的扭矩测量装置(SC)。
12.如权利要求10中所述的容积式机械,其特征在于:用于测量 施加到马达(M)上的应力的所述传感装置,包括有一个压力计(Sp), 该压力计(Sp)被设置在所述泵(PA)的出口(Us)处。
13.一种轮胎组装/拆卸设备,带有一个根据前述任一权利要求所 述的容积式机械。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种流体驱动的可反转容积式机械(reversible volumetric machine),尤其是用于在轮胎组装/拆卸机械中驱动自定中 心组件的可反转容积式机械,但并非局限于此。

背景技术

众所周知,根据与特定用途相关的需求,流体驱动的容积式机械 通常被分成三类,每一类均具有独特的结构和工作特征,即:旋转叶 片式机械,(轴向和径向)活塞式机械,以及齿轮式、螺旋式或特种 齿轮传动式机械。
在流体驱动的容积式机械中,毋庸置疑,外侧带齿的齿轮式机械 最便于加工并且工作时的成本效益性最好,这种齿轮式机械包括有一 对齿轮元件I1和I2,参见附图中的图1,这对齿轮元件I1和I2相互啮合并 且被安装成用于在一个安装壳体(receiving housing)C中进行旋转,在 该壳体中的一个侧面上设置有一个吸入开口或进口E,而在另外一个侧 面上设置有一个输送开口或出口U,相对于齿轮元件I1和I2的旋转平行 轴,出口U与抽吸嘴E对置。通过使得齿轮元件I1和I2进行旋转,会在 吸进口E处产生一个抽吸压。如果吸进口E被设置成与一个未在图1 中示出的工作流体(、油、空气等等)供应源相连通,那么工作流 体将被吸入壳体C内,并且在压力作用下通过输送出口U而输送。在另 一方面,如果一种加压工作流体注入进口E,所述容积式机械就变成了 一个带有输出轴达,输出轴由所述那对齿轮元件I的旋转轴之一形 成。
位于齿D之间的空间V的容积乘以齿的数目,是所述可以被用作 或者马达的容积式机械的排量(displacement)。
但是,这种齿轮式机械具有某些缺点,比如容积得率(volumetric yield)相对较低、工作流体流速的波动过大、噪音较大以及在非常狭 窄范围内具有很高的工作速度。一般而言,工作流体的波动或者容积 变化以及噪音是由于齿轮上齿的数目非常少造成的。另外,在使用过 程中,由于工作流体在吸入进口(流体进口)和输送出口(流体出口) 处经受不同的压力,所以所述那对齿轮元件会一贯地受到一个径向推 力。这个径向推力会导致齿轮发生严重磨损和较低的容积得率。
此外,在一个齿轮元件再次与另外一个齿轮元件上的齿D发生啮 合之前,这个齿轮元件上的各个流体输送空间V必须旋转过360度。这 就意味着贯穿其圆形路径的大部分,齿轮元件是不起作用的,即不会 对工作流体的排量作出贡献,如同在图1中紧邻各个齿轮元件I1和I2的 推力或者动力简图所示出的那样。

发明内容

本发明的主要目的是,通过提供一种可反转的容积式齿轮机械, 来消除与现有技术相关联的前述缺点,这种可反转的容积式齿轮机械 在具有此类机械典型的简单结构的同时,能够作为负载扭矩的函数来 改变其速度。
本发明的另一个目的是,提供一种可反转的容积式齿轮机械,其 具有较高的容积得率并且在齿轮元件上的磨损非常小。
本发明的再一个目的是,提供一种轮胎拆卸设备,其具有一个根 据本发明被设计成用作马达的容积式机械。
在下面将更为明白的这些以及其他目的由一种根据本发明的可反 转流体驱动机械来实现,其包括有一个安装壳体,至少两对齿轮元件, 这些齿轮元件被安装成用于在安装壳体中进行旋转,从而每个齿轮元 件与两个相邻的相同齿轮元件发生啮合,一个相对于所述齿轮元件的 外周序列(an outer sequence),该外周序列由成形于安装壳体上的 相同数量的多个交替布置的吸入进口和输送出口组成,以及一个相对 于所述齿轮元件的内周序列,该内周序列由成形于安装壳体上的相同 数量的多个交替布置的输送出口吸入进口组成,所述每个内周序列和 外周序列均包括有与齿轮元件数目相等的若干进口和出口。

附图说明

通过下面对某些现有的优选但非限制性实施例的详细描述,本发 明的其他方面和优点将更为明白,在附图中的图2至图11中,借助于非 限制性示例示出了一种流体驱动的可反转容积式机械,其中:
图1是一个示意性平面俯视图,示出了一种根据现有技术具有一对 齿轮元件的流体驱动容积式机械;
图2是一个根据本发明具有两对齿轮元件的流体驱动容积式机械 的示意性平面俯视图;
图3示出了一个根据本发明具有三对齿轮元件的流体驱动容积式 机械的示意性平面俯视图;
图4是一个根据本发明具有六对齿轮元件的流体驱动容积式机械 的示意性平面俯视图;
图5以较大的比例示出了一个根据本发明被设置成用作马达的流 体驱动容积式机械的部分纵向剖视图;
图6是附图5中所示马达的平面俯视图,示出了被装配在一个圆环 状壳体中的六对齿轮元件;
图7示出了附图6中所示马达壳体的示意图,在进口和出口之间具 有用于工作流体的连接通路;
图8示出了附图5中所示马达的液压简图,带有一个被设置在工作 流体供应源与马达之间的输送
图9是一个轮胎组装/拆卸设备的示意性侧面视图,该轮胎组装/拆 卸设备内部安装有一个根据本发明用作马达的容积式机械;
图10是根据本发明的容积式机械的另一实施例的示意图;而
图11是一个示意图,示出了附图10中所示容积式机械的进口之间 的连接。

具体实施方式

在附图中,相同或相似的部件或组件由相同的附图标记加以标识。
首先参照图2至8,将会注意到示意性地图示了三个根据本发明的 流体驱动可反转容积式机械的实施例。这些容积式机械分别包括有一 个安装壳体C和两对、三对、六对齿轮元件I,所述齿轮元件I被安装成 用于在安装壳体C中进行旋转。各个齿轮元件l均与两个相邻的相同齿 轮元件发生啮合。在两个齿轮元件之间,为从一流体源P(图8)输送 来的工作流体设置了一个进口开口E和一个出口开口U。但是,参照每 对齿轮元件的轴线,开口U均被设置在相对于进口开口E的相对面上。 进口开口E和出口开口U依照齿轮元件外侧的一个圆周序列和齿轮元 件内侧的一个圆周序列是交错的,正如在图中示出的那样。所述外侧 序列和内侧序列均由与齿轮元件I数目相等的进口和出口开口构成。
从结构上来看,比如借助于一个用于由电动马达驱动的液压装置 的标准管路,各个进口开口E相互连通,因为它们均通过一根总管 (manifold duct)TE(图7)相互连接起来,所述总管TE通过一个进口 通道BE与流体源P相连通,而各个出口开口U通过一个汇集管道TU相 互连通,所述汇集管道TU经由一个出口开口BU通往一个工作流体回 收贮存器Se(图8)。
图5和6示出了根据本发明被设计成用作马达M的容积式机械的某 些结构细节。将会注意到的是,每个齿轮元件I均用键固定到相应的旋 转轴RS上,从而被安装成在一个圆环状壳体C中进行旋转。各个齿轮 元件I的轴RS沿着一个圆周相互以均匀的度间隔布置,并且平行于一 根传动轴DS进行延伸,所述传动轴DS被安装成在一对轴承K上与壳体 C同轴旋转。
每对齿轮元件中一个齿轮元件I的旋转轴RS还支撑有一个用键固 定于其上相应的小齿轮P,优选的是位于壳体C的外侧,并且与一个用 键固定于传动轴DS上齿轮元件G发生啮合,由此,各个小齿轮P的旋转 会导致驱动轴DS(也被称作马达输出轴)受到驱动。
正如在附图4中清楚示出的那样,利用根据本发明的容积式机械, 对于每对齿轮元件I来说,均会在由进口开口E和出口开口U形成的内 周序列的侧面上获得分别如简图A1和B1所示出的额外功率(power),正 如在简图A和B中所示出的那样,这种功率会在由进口/出口开口形成的 外周序列处被添加到根据现有技术具有一对齿轮元件的机械的输出功 率上。
诸如前面所述的马达M尤其适合于驱动轮胎组装/拆卸机械MG (图9)上的液压自定中心组件GA。
所述轮胎组装/拆卸机械MG上的自定中心组件GA的缺点在于,缓 慢并且以预定和固定速度其至多仅能够以两个转动速度进行工作,这 两个缺点对于本技术领域中技术人员来说是公知的。此外,在某些国 家,对安装在轮胎组装/拆卸机械配电盘(board)上的功率存在有法定限 制,因此不允许使用单式马达,从而有必要采用高成本的其它解决方 案。
根据本发明的另外一个方面,提供了一种诸如前面所描述的液压 马达M,其利用了一个液压装置CI,该液压装置CI包括有一个电动马 达ME和一个用于从一个工作流体贮存器Se(图8)中抽出工作流体的 泵PA,并且被设计成对轮胎组装/拆卸机械MG中的自定中心组件GA 进行驱动。
最好,所述电动马达驱动式液压装置带有气动控制,用于启动电 动马达ME和驱动通常设置于轮胎组装/拆卸机械MG中的阀装置。
在根据本发明的液压马达M的一个实施例中,使用了六对相互啮 合的齿轮元件I,并且这些齿轮的旋转轴被排布成沿着一个直径为121.7 毫米的圆周以均匀的角度相互间隔布置,如图5和6中所示,所述圆周 代表了圆环状或者环状壳体C的中线。各个齿轮元件I的齿数Z=11, 压力角α=28°30′,节圆直径为31.5毫米,并且齿轮宽度B=25毫米。因 此,对于各个齿轮来说,使得发生一个8.3c.c.的活塞排量,所获得的 总的活塞排量为8.3×24=199.2c.c.。
六个小齿轮P和大齿轮G以及95.7毫米的校正后的节圆直径传递运 动,由此,中心之间的距离为121.7毫米,等于所述圆周的直径;沿所 述圆周布置有所述成对齿轮元件I的旋转轴;所述小齿轮P具有Z=13, m=2,α=20°,B=20毫米,而所述大齿轮G具有齿Z=48,m=2,α =20°,B=20毫米。
因此,所述液压齿轮I与驱动轴DS的传动比为1/3.69。
假设所获得的最大马达扭矩为1400Nm,那么齿轮I将必须提供一 个1400/3.69=379Nm的扭矩,该扭矩除以24(齿轮元件I的数目),将 得到15.8Nm。此外,已知齿轮元件I的节圆直径为31.35毫米并且推进 表面为1.54平方厘米,所以工作流体的压力必须为65巴。
因此,当借助于一个在65巴压力下流体流速大约为3.7升/分的泵, 通过进口开口BE注入马达时,假设容积得率等于100,那么在最大扭 矩条件下,所获得的驱动轴DS的转速大约为5rpm。
利用具有六对在两侧注入的齿轮元件I的容积式马达,将获得下述 的活塞排量和转速:
6对    199cc      第一速度    5    rpm
5对    166cc      第二速度    6    rpm
4对    132.8cc    第三速度    7.5  rpm
3对    99.6cc     第四速度    10   rpm
2对    66.4cc     第五速度    15   rpm
1对    33.2cc     第六速度    30   rpm
如果容积得率为约80%,为了达到相同的速度,输入泵的马达的 功率必须相应提高。利用一个4升的泵,电动马达将必须具有大约为0.5 千瓦的功率。
六对独立的齿轮元件I将依次由一个输送阀US输送,该输送阀US 利用马达M下游的压力(即与施加到马达M上的应力相关联的压力) 来加以控制,所述压力由一个合适的压力传感器SP加以检测,压力传 感器SP会向一个比如由一电子插件(a electronic card)构成的程序控 制装置CU产生出输入信号。因此,阀US将随着控制压力的增大向更 多对齿轮元件I供输送。从而,当空转时,马达将以最大的速度进行旋 转,并且其每单位时间的转数将作为所施加作用力或者应力的函数而 减小(图10和11)。
为此,正如在图11中示出的那样,一方面,六个外侧进口开口E1、 E3、E5、E7、E9、E11中的每一个均分别仅被连接到内侧进口开口E2、 E4、E6、E8、E10、E12中之一上,另一方面,从一个输送阀US通过各 自的输送管道输送工作流体,而所有的出口开口均被连接到一根共用 管道TU上,该共用管道TU与一个汇聚贮存器TU相连通。
这种依次输送仅在产生一个方向的旋转时需要,比如顺时针方向, 而为了沿着相反方向进行旋转,只需要使得所述马达以最小的速度进 行旋转,同时向所有成对的齿轮元件I输送工作流体。
在附图8中示出了另外一种用于获得相同结果的方法,并且使用了 一个可变速的电动马达ME,并且总是向所有成对的齿轮元件I输送工 作流体。泵PA将由此而变成一个流体流速可变化的泵,比如在从最小 4升至最大16升之间进行变化。在这种情况下,工作压力将在从最大65 巴至最小16.5巴之间进行变化,同时保持位于轮胎组装/拆卸机械MG 机载的动力不变。
在所述的后一种解决方案中,优选的是驱动泵PA的电动马达ME 的速度被施加到马达M的轴DS上的应力或者作用力不断地控制,由此 提供一种智能系统。
根据本发明的液压马达M的特征尤其有利于轮胎组装/拆卸机械 MG,因为如果马达的速度没有在应力作用下下降,那么在轮胎组装/ 拆卸机械MG的机载最高的转速(rpm)下必须由最大的扭矩来提供非 常大的功率,如果仅因为在轮胎装配操作中没有足够的时间来将胎边 插入并且装配到轮缘中,那么在轮胎组装/拆卸机械中的所述情况是不 希望出现的。
在由权利要求所限定的本发明的保护范围之内,可以很容易地对 前述的本发明进行多种改进和变型。
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