專利名稱：液壓缸控斜盤式柱塞液壓變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種斜盤式柱塞液壓變壓器，屬于液壓元件技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景近年來發(fā)展起來的液壓恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)技術(shù)提高了液壓系統(tǒng)的柔性和 效率，二次調(diào)節(jié)原理上有許多優(yōu)點(diǎn)，但是在驅(qū)動(dòng)直線負(fù)載時(shí)，傳統(tǒng)做法是通過 節(jié)流控制實(shí)現(xiàn)的。由于節(jié)流控制存在較大的壓力差，所以這種控制方式帶來了 較大的能量損失。如何將恒壓網(wǎng)絡(luò)的能量像電力變壓器、機(jī)械的齒輪變速器那 樣，以可變的壓力無能量損失的傳送出去，這就是液壓變壓器產(chǎn)生的技術(shù)背景。傳統(tǒng)的液壓變壓器是將液壓馬達(dá)和液壓泵直接同軸聯(lián)接，通過調(diào)節(jié)液壓馬 達(dá)的排量，將輸入壓力變?yōu)樨?fù)載需要的壓力，實(shí)現(xiàn)壓力改變。因這種變壓器是 將液壓泵和馬達(dá)機(jī)械的聯(lián)接在一起，因而體積和重量大，需要的調(diào)節(jié)力也比較 大，成本高，效率低，影響了它的應(yīng)用。在Achten P A J.hydraulic transformer. W097/31185,1997 (Achten P A J液壓 變壓器，專利號(hào)W097/31185,1997) ; Achten P A J. Apparatus for executing activities assisted by hydromotorst and a hydraulid transformer for use in such an apparaturs WO99/40318,12August 1999 (AchtenPAJ 一種液壓馬達(dá)和液壓變 壓器應(yīng)用的設(shè)備，專利號(hào) WO99/40318 , 1999年8月 12 日)；Endsley,John,c.Hydraulic pressure transformer.WO 00/28211,18 May 2000 (Endsley,John,c、液壓壓力轉(zhuǎn)換器)專利中提出了一種新的液壓變壓器結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)。它將液壓馬達(dá)和液壓變壓器的功能集合成一體，稱其為新型液壓變壓器。 與傳統(tǒng)型液壓變壓器相比，新型液壓變壓器將液壓泵和液壓馬達(dá)的功能集為一 身，組成了一個(gè)獨(dú)立的液壓元件，簡(jiǎn)化了其結(jié)構(gòu)形式，其優(yōu)點(diǎn)如下 1、可以實(shí)現(xiàn)無節(jié)流損失的變壓；2、變壓過程是可逆的，既可以輸出能量，也 可以回收能量；3、體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可以通過改變配流盤的旋轉(zhuǎn)角度實(shí) 現(xiàn)壓力的改變。液壓變壓器盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但是要將液壓變壓器發(fā)展為一個(gè) 實(shí)用的液壓元件，還要解決許多問題。以上專利所設(shè)計(jì)的液壓變壓器存在著變 壓比范圍小，運(yùn)行時(shí)噪聲大，體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)。通過液壓變壓器可以使液壓執(zhí)行元件(定量液壓馬達(dá)、液壓缸)無節(jié)流損失地從液壓恒壓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 中獲取能量。如果能在工程機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用，將是很有前景的壓力轉(zhuǎn)換 元件。目前的新型液壓變壓器主要為手動(dòng)控制液壓變壓器，此液壓變壓器通過手 控桿將扭矩傳遞給主動(dòng)齒輪，使主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，并通過與配流盤上大齒輪的嚙 合來控制液壓變壓器配流盤的旋轉(zhuǎn)角度，從而實(shí)現(xiàn)變壓的。由于手動(dòng)控制不利 于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及對(duì)流量和壓力精確控制，因此又出現(xiàn)了電控定量式液壓變 壓器，而采用此種液壓變壓器，無法實(shí)現(xiàn)排量的調(diào)節(jié)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種液壓缸控斜盤式柱塞液壓變壓器，以解決手動(dòng)控 制液壓變壓器存在不利于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及對(duì)流量和壓力精確控制，以及電控 定量式液壓變壓器無法實(shí)現(xiàn)排量調(diào)節(jié)的問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的液壓變壓器包括 前配流盤、液壓變壓器外殼、油路過渡塊、軸承、軸承座、端蓋和主軸；所述 液壓變壓器還包括后配流盤、液壓油缸和齒條，所述后配流盤裝在液壓變壓器 外殼內(nèi)，所述后配流盤的小直徑端面與設(shè)置在液壓變壓器外殼外側(cè)的前配流盤 固接，后配流盤的大直徑端面一側(cè)的外壁上沿圓周方向加工有齒，所述液壓油 缸由液壓缸體和兩個(gè)活塞組成，所述齒條裝在液壓缸體內(nèi)，齒條的兩端與裝在 液壓缸體內(nèi)的兩個(gè)活塞固接，齒條與后配流盤上的齒嚙合，所述液壓缸體固裝 在液壓變壓器外殼內(nèi)，所述主軸的一端穿過油路過渡塊裝在后配流盤的中心臺(tái) 肩螺孔內(nèi)并與后配流盤螺紋連接，主軸的另一端裝在端蓋上，裝在軸承座內(nèi)的 主軸上裝有軸承，軸承座的一端與油路過渡塊插接，軸承座的另一端與端蓋固 接，所述油路過渡塊上分別設(shè)置有高壓油孔、負(fù)載油孔和回油箱油孔，所述主 軸上設(shè)有高壓油道，所述高壓油道的入口設(shè)置在主軸的側(cè)壁上，所述高壓油孔 的出口的中心線設(shè)置在高壓油道的入口的中心截面上，后配流盤上分別設(shè)有高 壓通道、負(fù)載通道和回油箱通道，前配流盤上分別設(shè)有高壓油路、負(fù)載油路和 回油箱油路，高壓油孔通過高壓油道和高壓通道與高壓油路相通，負(fù)載油孔通 過負(fù)載通道與負(fù)載油路相通，回油箱油孔通過回油箱通道與回油箱油路相通。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明以斜盤式變量柱塞泵A4V (現(xiàn)有技術(shù)) 為本體結(jié)構(gòu)，為對(duì)液壓變壓器實(shí)現(xiàn)壓力的控制，在其本體結(jié)構(gòu)上對(duì)其配流機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了后配流盤和液壓缸控制配流盤轉(zhuǎn)角的控制機(jī)構(gòu)(即液壓缸、 齒條和在后配流盤上加工有齒)，使液壓變壓器的變壓范圍更寬。此液壓變壓器可以對(duì)其流量和壓力兩個(gè)變量進(jìn)行控制，這是本發(fā)明的液壓變壓器的顯著優(yōu)點(diǎn)，使其應(yīng)用性能得到顯著提高。2、本發(fā)明通過齒條和后配流盤上齒的嚙合 來控制前、后配流盤轉(zhuǎn)角。液壓變壓比就是負(fù)載通道壓力和高壓通道(即液壓 恒壓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng))之間的壓力比，由于液壓變壓器的變壓比是液壓變壓器控制角 的唯一函數(shù)，因此液壓變壓器的控制角也就決定了液壓變壓比。3、本發(fā)明采 用液壓缸控制。為控制前、后配流盤的轉(zhuǎn)角，在后配流盤的外側(cè)壁上加工有齒， 后配流盤上的齒與裝在液壓缸體內(nèi)的齒條嚙合，通過計(jì)算后配流盤上的齒數(shù)和 齒條的齒數(shù)來確定液壓缸的位移，控制后配流盤的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，從而控制變壓 器的變壓比和系統(tǒng)的響應(yīng)速度。4、由于A4V斜盤式柱塞泵是變量泵，通過控 制液壓缸的位移來控制斜盤的傾角，從而控制了泵的排量。本發(fā)明中對(duì)排量和 變壓比的相關(guān)性進(jìn)行了研究，在該變壓器中實(shí)現(xiàn)了壓力和排量兩個(gè)變量的關(guān)聯(lián) 控制。5、本發(fā)明采用液壓缸作為液壓變壓器后配流盤的驅(qū)動(dòng)源，操作方便， 實(shí)現(xiàn)壓力和流量的同時(shí)精確控制，且節(jié)能和能量可回收利用，提高了液壓變壓 器的應(yīng)用性能，為拓寬液壓變壓器的應(yīng)用領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。因此，本發(fā)明的液 壓變壓器特別適于作為液壓恒壓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)直線負(fù)載的壓力轉(zhuǎn)換元件。


圖1是本發(fā)明的液壓缸控斜盤式柱塞液壓變壓器的整體結(jié)構(gòu)主剖視圖，圖 2是前配流盤1的左視圖，圖3是后配流盤8的左視圖，圖4是后配流盤8的 右視圖，圖5是圖3的E-E剖視圖，圖6是圖4的D-D剖視圖，圖7是油路 過渡塊3的左視圖，圖8是油路過渡塊3的高壓油孔Al所在縱截面的剖視圖， 圖9是油路過渡塊3的負(fù)載油孔Bl和回油箱油孔Cl所在縱截面的剖視圖， 圖10是液壓油缸9與齒條10裝配在一起的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1 圖IO說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的液壓變 壓器包括前配流盤l、液壓變壓器外殼2、油路過渡塊3、軸承4、軸承座5、 端蓋6和主軸7;所述液壓變壓器還包括后配流盤8、液壓油缸9和齒條10， 所述后配流盤8裝在液壓變壓器外殼2內(nèi)，所述后配流盤8的小直徑端面8-1 與設(shè)置在液壓變壓器外殼2外側(cè)的前配流盤1通過銷固接，后配流盤8的大直徑端面8-5 —側(cè)的外壁上沿圓周方向加工有齒，所述液壓油缸9由液壓缸體9-l 和兩個(gè)活塞9-2組成，所述齒條10裝在液壓缸體9-1內(nèi)，齒條10的兩端與裝 在液壓缸體9-1內(nèi)的兩個(gè)活塞9-2固接，齒條10與后配流盤8上的齒嚙合， 所述液壓缸體9-l固裝在液壓變壓器外殼2內(nèi)，所述主軸7的一端穿過油路過 渡塊3裝在后配流盤8的中心臺(tái)肩螺孔8-2內(nèi)并與后配流盤8螺紋連接，主軸 7的另一端裝在端蓋6上，裝在軸承座5內(nèi)的主軸7上裝有軸承4，軸承座5 的一端與油路過渡塊3插接，軸承座5的另一端與端蓋6固接，所述油路過渡 塊3上分別設(shè)置有高壓油孔Al、負(fù)載油孔Bl和回油箱油孔Cl，所述主軸7 上設(shè)有高壓油道A2，所述高壓油道A2的入口 7-1設(shè)置在主軸7的側(cè)壁上，所 述高壓油孔Al的出口 3-2的中心線設(shè)置在高壓油道A2的入口 7-1的中心截面 上，后配流盤8上分別設(shè)有高壓通道A3、負(fù)載通道B3和回油箱通道C3，前 配流盤1上分別設(shè)有高壓油路A4、負(fù)載油路B4和回油箱油路C4，高壓油孔 Al通過高壓油道A2和高壓通道A3與高壓油路A4相通，負(fù)載油孔Bl通過 負(fù)載通道B3與負(fù)載油路B4相通，回油箱油孔Cl通過回油箱通道C3與回油 箱油路C4相通。通過裝在液壓油缸6內(nèi)的齒條10和后配流盤8外周的齒嚙 合來調(diào)整后配流盤的轉(zhuǎn)角，從而共同組成了后配流盤8的控制機(jī)構(gòu)。為便于與 恒壓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管路連接，設(shè)計(jì)了油路過渡塊5。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖l、圖8和圖9說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的 油路過渡塊3的高壓油孔A1為向后配流盤8方向傾斜的高壓油孔，所述油路 過渡塊3的負(fù)載油孔Bl和回油箱油孔Cl均為L形狀。其它組成及連接關(guān)系 與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖5和圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的后配流 盤8上的高壓通道A3、負(fù)載通道B3和回油箱通道C3均由軸向直通道8-3和 斜通道8-4組成，所述軸向直通道8-3位于后配流盤8的小直徑端面8-1上， 便于輸出油。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖2和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的后配流 盤8上的高壓通道A3、負(fù)載通道B3和回油箱通道C3的橫截面形狀均為腰形， 所述前配流盤1上的高壓油路A4、負(fù)載油路B4和回油箱油路C4的橫截面形 狀均為腰形。便于輸出油，提高排油效率。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方 式一相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖5和圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的后配流 盤8上的高壓通道A3的入口設(shè)置在后配流盤8的大直徑端面8-5的中心軸線 上，后配流盤8上的負(fù)載通道B3的入口和回油箱通道C3的入口由中心向外 交錯(cuò)設(shè)置在后配流盤8的大直徑端面8-5上，后配流盤8上的高壓通道A3的 出口、負(fù)載通道B3的出口和回油箱通道C3的出口設(shè)置在后配流盤8的小直 徑端面8-l上的同一中心圓上。在保證后配流盤8上的高壓通道A3、負(fù)載通 道B3和回油箱通道C3流量的情況下，為減小后配流盤8的徑向尺寸，后配. 流盤8的負(fù)載通道B3的入口 ，回油箱通道C3的入口分布在其端面不同的圓 周上。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一或三相同。
工作原理液壓變壓器接入恒壓網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將油路過渡塊3上的高壓油孔 Al、負(fù)載油孔B1和回油箱油孔C1分別接入恒壓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的高壓油路、負(fù) 載和油箱。在系統(tǒng)壓力的作用下，使缸體ll產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩而旋轉(zhuǎn)起來，同時(shí)， 由于后配流盤8上有三個(gè)通道，前配流盤1上有三個(gè)油路，通過后配流盤8 和前配流盤l的配油， 一部分液壓油向負(fù)載供油，驅(qū)動(dòng)負(fù)載。由流體的連續(xù)性 方程，三個(gè)通道和三個(gè)油路的流量代數(shù)和為零，來決定回油箱油孔Cl、回油 箱通道C3與回油箱油路C4的液壓油流動(dòng)方向。根據(jù)能量守恒定律，高壓油 孔A1、高壓油道A2、高壓通道A3、高壓油路A4和負(fù)載油孔B1、負(fù)載通道 B3、負(fù)載油路B4以及回油箱油孔C1、回油箱通道C3、回油箱油路C4的壓 力分別與各自流量的乘積代數(shù)和為零。通過控制液壓變壓器的后配流盤的轉(zhuǎn) 角，即可控制后配流盤8的三個(gè)通道的流量，通常回油箱通道C3的壓力與其 余兩個(gè)通道相比很低，因此將回油箱通道C3的壓力和流量的乘積忽略不計(jì)， 則有高壓通道A3的壓力和流量的乘積加上負(fù)載通道B3的壓力和流量的乘積 為零，由此可知，負(fù)載通道B3的壓力與高壓通道A3的壓力比值等于高壓通 道A3的流量與負(fù)載通道B3的流量比值。液壓變壓器變壓比是根據(jù)負(fù)載的大 小通過控制液壓變壓器的控制角即改變后配流盤的三個(gè)通道流量的改變來實(shí) 現(xiàn)的。
權(quán)利要求
1、一種液壓缸控斜盤式柱塞液壓變壓器，所述液壓變壓器包括前配流盤(1)、液壓變壓器外殼(2)、油路過渡塊(3)、軸承(4)、軸承座(5)、端蓋(6)和主軸(7)；其特征在于所述液壓變壓器還包括后配流盤(8)、液壓油缸(9)和齒條(10)，所述后配流盤(8)裝在液壓變壓器外殼(2)內(nèi)，所述后配流盤(8)的小直徑端面(8-1)與設(shè)置在液壓變壓器外殼(2)外側(cè)的前配流盤(1)固接，后配流盤(8)的大直徑端面(8-5)一側(cè)的外壁上沿圓周方向加工有齒，所述液壓油缸(9)由液壓缸體(9-1)和兩個(gè)活塞(9-2)組成，所述齒條(10)裝在液壓缸體(9-1)內(nèi)，齒條(10)的兩端與裝在液壓缸體(9-1)內(nèi)的兩個(gè)活塞(9-2)固接，齒條(10)與后配流盤(8)上的齒嚙合，所述液壓缸體(9-1)固裝在液壓變壓器外殼(2)內(nèi)，所述主軸(7)的一端穿過油路過渡塊(3)裝在后配流盤(8)的中心臺(tái)肩螺孔(8-2)內(nèi)并與后配流盤(8)螺紋連接，主軸(7)的另一端裝在端蓋(6)上，裝在軸承座(5)內(nèi)的主軸(7)上裝有軸承(4)，軸承座(5)的一端與油路過渡塊(3)插接，軸承座(5)的另一端與端蓋(6)固接，所述油路過渡塊(3)上分別設(shè)置有高壓油孔(A1)、負(fù)載油孔(B1)和回油箱油孔(C1)，所述主軸(7)上設(shè)有高壓油道(A2)，所述高壓油道(A2)的入口(7-1)設(shè)置在主軸(7)的側(cè)壁上，所述高壓油孔(A1)的出口(3-2)的中心線設(shè)置在高壓油道(A2)的入口(7-1)的中心截面上，后配流盤(8)上分別設(shè)有高壓通道(A3)、負(fù)載通道(B3)和回油箱通道(C3)，前配流盤(1)上分別設(shè)有高壓油路(A4)、負(fù)載油路(B4)和回油箱油路(C4)，高壓油孔(A1)通過高壓油道(A2)和高壓通道(A3)與高壓油路(A4)相通，負(fù)載油孔(B1)通過負(fù)載通道(B3)與負(fù)載油路(B4)相通，回油箱油孔(C1)通過回油箱通道(C3)與回油箱油路(C4)相通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓缸控斜盤式柱塞液壓變壓器，其特征在于 所述油路過渡塊(3)的高壓油孔(Al)為向后配流盤(8)方向傾斜的高壓 油孔，所述油路過渡塊(3)的負(fù)載油孔(Bl)和回油箱油孔(Cl)均為L 形狀。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓缸控斜盤式柱塞液壓變壓器，其特征在于: 所述后配流盤(8)上的高壓通道(A3)、負(fù)載通道(B3)和回油箱通道(C3)均由軸向直通道(8-3)和斜通道(8-4)組成，所述軸向直通道(8-3)位于 后配流盤(8)的小直徑端面(8-1)上。
4、根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的液壓缸控斜盤式柱塞液壓變壓器，其特征 在于所述后配流盤(8)上的高壓通道(A3)的入口設(shè)置在后配流盤(8) 的大直徑端面(8-5)的中心軸線上，后配流盤(8)上的負(fù)載通道(B3)的 入口和回油箱通道(C3)的入口由中心向外交錯(cuò)設(shè)置在后配流盤(8)的大 直徑端面(8-5)上，后配流盤(8)上的高壓通道(A3)的出口、負(fù)載通道 (B3)的出口和回油箱通道(C3)的出口設(shè)置在后配流盤(8)的小直徑端 面(8-1)上的同一中心圓上。
全文摘要
液壓缸控斜盤式柱塞液壓變壓器，它涉及一種斜盤式柱塞液壓變壓器。針對(duì)手動(dòng)控制液壓變壓器對(duì)流量和壓力難以精確控制及電控定量式液壓變壓器無法實(shí)現(xiàn)排量調(diào)節(jié)問題。后配流盤與前配流盤固接，后配流盤上加工有齒，齒條裝在液壓缸體內(nèi)并與活塞固接，齒條與后配流盤上的齒嚙合，主軸穿過油路過渡塊固裝在后配流盤內(nèi)，油路過渡塊上的高壓油孔通過主軸上的高壓油道、后配流盤上的高壓通道與前配流盤上的高壓油路相通，油路過渡塊上的負(fù)載油孔通過后配流盤上的負(fù)載通道與前配流盤上的負(fù)載油路相通，油路過渡塊上的回油箱油孔通過后配流盤上的回油箱通道與前配流盤上的回油箱油路相通。本發(fā)明的液壓變壓器可對(duì)流量和壓力精確控制，并能實(shí)現(xiàn)排量調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)F04B1/12GK101408154SQ20081013752
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者于安才, 劉成強(qiáng), 姜繼海, 毅 孫 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)