一種配流腰型孔可變進出油等流量四通液壓變壓器的製作方法

2023-08-02 10:30:56 2

本發明涉及一種配流腰型孔可變進出油等流量四通液壓變壓器，屬於液壓傳動與控制技術。

背景技術：

現在液壓設備一般一臺液壓泵同時給多個負載供油，液壓泵輸出壓力必須高於最大負載壓力才能讓最大負載動作。如果負載壓力差別很大，系統供給低壓負載迴路的油液經速度控制閥節流掉很大的壓力，產生很大的功率損失，系統的效率很低，而且引起油溫的升高，必須配備較大功率的散熱設備把油液溫度降到系統要求的範圍，這樣又增加功率的消耗。對於有勢能減小和慣性動能制動的工況，也通過節流把勢能和動能轉化為了熱能。

現在的泵和馬達對拖液壓回收裝置結構複雜、體積和重量大、回收效率低、成本高；而新型液壓變壓器兩個壓力油口的流量比是變壓比的倒數，很難控制進入負載的流量，主要用於恆壓網絡的二次壓力調節。現在的液壓設備特別是工程機械大部分是閥控負載液壓系統，這種系統已經很成熟，很多都做成了與特定負載相匹配的集成閥組和工業液壓泵，很難改變現有液壓系統結構和工藝，但存在節流發熱和效率低下的問題。所以需要發明適合現有液壓系統的節能裝置。

技術實現要素：

發明目的：現在的閥控液壓系統，通過節流調節負載速度，把液壓能轉化為熱能浪費掉了，使得液壓油溫度升高，為了防止油液因過熱而老化，還需要增設降溫設備，降溫設備也會浪費能源。為此，本發明為現有閥控液壓系統設計一種配流腰型孔可變進出油等流量四通液壓變壓器，在不改變現有閥控負載調速方式的前提下，能夠回收原系統中各處節流浪費的液壓能，可以直接利用回收的液壓能，也可以存儲起來，在系統需要高壓油液時，此液壓變壓器再把存儲的液壓能釋放出來再利用。

技術方案：為實現上述目的，本發明採用的技術方案為：

一種配流腰型孔可變進出油等流量四通液壓變壓器，包括端蓋、配流盤轉軸、平衡配流組件、主配流組件、缸體組件、斜盤和殼體；

所述平衡配流組件包括平衡蓋、平衡配流盤和兩個平衡隔離塊，平衡配流盤上對稱設置有兩個腰型孔，平衡蓋左端面設置有與平衡配流盤相適配的凹槽，凹槽的深度與平衡配流盤的厚度相同，兩個平衡隔離塊對稱固定在平衡蓋的凹槽內，平衡配流盤設置在凹槽內，兩個平衡隔離塊分別插入到兩個腰型孔內，將兩個腰型孔隔離成四個互不連通的平衡腰型孔，在平衡蓋側面設置有四個平衡油口，在每個平衡隔離塊的圓周向兩側各設置有一個平衡油口，平衡蓋上的四個平衡油口和兩個平衡隔離塊的四個平衡油口一一對應連通後，再分別連通至四個平衡腰型孔，形成四條互不連通的平衡通路，分別記為通路、通路、通路和通路；

所述主配流組件包括配流蓋、主配流盤和兩個配流隔離塊，主配流盤上對稱設置有兩個腰型孔，配流蓋右端面設置有與主配流盤相適配的凹槽，凹槽的深度與主配流盤的深度相同，兩個配流隔離塊對稱固定在配流蓋的凹槽內，主配流盤設置在凹槽內，兩個配流隔離塊分別插入到兩個腰型孔內，將兩個腰型孔隔離成四個互不連通的配流腰型孔，在配流蓋側面設置有四個配流油口，在每個配流隔離塊的圓周向兩側各設置有一個配流油口，配流蓋上的四個配流油口和兩個配流隔離塊的四個配流油口一一對應連通後，再分別連通至四個配流腰型孔，形成四條互不連通的配流通路，分別記為通路、通路、通路和通路；

所述缸體組件包括缸體和柱塞等，缸體左端面沿中心軸線均勻設置有n個結構尺寸相同的腰型孔，缸體右部沿中心軸線均勻設置有n個結構尺寸相同的柱塞孔，缸體上的腰型孔和柱塞孔一一對應連通，且柱塞孔的中心線平行於缸體的中心軸線，每個柱塞孔內設置有一個柱塞，柱塞的右端伸出柱塞孔並通過球形端頭與斜盤鉸接；

所述端蓋右端面與平衡蓋左端面、平衡蓋右端面與配流蓋左端面、配流蓋右端面與缸體左端面通過油膜貼合，平衡配流盤的左右端面通過油膜分別與端蓋右端面和平衡蓋凹槽底面貼合，主配流盤的左右端面通過油膜分別與平衡蓋凹槽底面和缸體左端面貼合；平衡配流盤和主配流盤的結構尺寸完全相同，平衡隔離塊和配流隔離塊的結構尺寸完全相同；所述端蓋、平衡蓋、配流蓋和殼體相對固定不動，平衡配流盤和主配流盤與配流盤轉軸固定在一起，配流盤轉軸、缸體和斜盤均能夠沿各自的中心軸線轉動，且配流盤轉軸和缸體的中心軸線一致，並與斜盤的中心軸線間存在夾角；在任意時刻，四個配流腰型孔中的一個能夠同時連通一個以上柱塞孔，一個柱塞孔在同一時刻只能連通四個配流腰型孔中的一個；

通過斜盤限定柱塞的伸出最大行程和縮回最大行程：柱塞在伸出最大行程位置時，其在主配流蓋上的圓周位置定義為上死點tdc；柱塞在縮回最大行程位置時，其在主配流蓋上的圓周位置定義為下死點bdc；兩個配流隔離塊的中心均位於上死點tdc和下死點bdc連線上。

本案中，通過配流盤轉軸帶動主配流盤轉動，改變了主配流盤上四個配流腰型孔的長度，改變了對應進出油柱塞的個數和行程，改變了柱塞進出油做功的大小，就可以改變回收出油口壓力與高壓進油口和低壓出油口壓差的比，實現變壓的功能。本發明的液壓變壓器不僅可以串入液壓系統回收系統中的液壓能(且不改變油路的流量)，也可以釋放儲存的液能再利用，具有油液壓力的變換功能。

本發明的液壓變壓器，其結構與現有的定量斜軸式柱塞馬達有相似之處，不同點在於：定量斜軸式柱塞馬達的配流盤只有兩個腰型孔，且配流盤是固定不動的，端蓋上只有兩個油口，馬達是用來將液壓能轉化為機械能從馬達軸輸出的；而本發明的液壓變壓器，主配流蓋上的兩個腰型孔被配流隔離塊分隔成四個配流腰型孔，並且主配流盤是可以轉動的，配流蓋上有四個油口，液壓變壓器是用來將高壓進油口和低壓出油口的壓差液壓能轉化為另一種壓力的液壓能從回收出油口輸出，馬達軸不接機械負載，也沒有機械能輸出。由於存在該重要差別，使得本發明與定量斜軸式柱塞馬達的效用不同。

優選的，所述平衡蓋和兩個平衡隔離塊為一體結構，所述配流蓋和兩個配流隔離塊為一體結構。

優選的，所述平衡蓋和兩個平衡隔離塊形成的結構，與配流蓋和兩個配流隔離塊形成的結構，除了油口以及連通油口的通道存在截面尺寸差別外，其他的結構尺寸完全相同。

優選的，所述平衡蓋和兩個平衡隔離塊形成的結構，其油口以及連通油口的通道在截面尺寸上小於配流蓋和兩個配流隔離塊形成的結構的對應尺寸。

優選的，所述配流隔離塊的周向長度與主配流盤上兩個腰型孔間過渡區間的周向長度相等。

優選的，油液對平衡配流盤產生的扭矩與油液對主配流盤產生的扭矩大小相等、方向相反，即油液不對配流盤轉軸產生扭矩。

有益效果：現在的泵和馬達對拖液壓回收裝置結構複雜、體積和重量大、回收效率低、成本高；而新型液壓變壓器兩個壓力油口的流量比是變壓比的倒數，很難控制進入負載的流量，主要用於恆壓網絡的二次壓力調節。本發明的四通液壓變壓器，主配流盤上的兩個腰型孔被配流蓋上的兩個配流隔離塊隔成四個配流腰型孔，在主配流盤轉動時，四個配流腰型孔的長度是變化的，配流腰型孔不會跨過死點，柱塞通過一個配流腰型孔時只能吸油或排油，主配流盤的轉動範圍理論上能夠達到180°，變壓比的解析度大，可以提高控制精度。本發明的液壓變壓器不僅可以回收系統中的液壓能，也可以釋放儲存的液能再利用，既具有液能的轉換功能。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為主配流盤和配流蓋前後重疊結構示意圖；

圖中包括：1配流盤轉軸；2端蓋；3平衡配流盤；4平衡蓋；5配流蓋；6主配流盤；7缸體；8柱塞；9斜盤，10殼體。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

本發明的液壓變壓器，主配流盤6上的兩上腰型孔被配流蓋5上的兩個固定的配流隔離塊隔出四個配流腰型孔，在主配流盤6轉動時，四個配流腰型孔的長度是變化的，配流腰型孔不會跨過死點，柱塞8通過一個配流腰型孔時只能吸油或排油，這種結構使得主配流盤6的轉動範圍理論上能達到180度，變壓比的解析度大、控制精度高；使用這種液壓變壓器能夠大大減小液能損失，提高系統效率，減小系統發熱和油液溫升，降低系統配備的散熱設備規格，達到節能減排的目的。

如圖1所示為本發明的一種具體實施結構，包括端蓋2、配流盤轉軸1、平衡配流組件、主配流組件、缸體組件、斜盤9和殼體10。油液對平衡配流盤3產生的扭矩與油液對主配流盤6產生的扭矩大小相等、方向相反，即油液不對配流盤轉軸1產生扭矩。

所述平衡配流組件包括平衡蓋4、平衡配流盤3和兩個平衡隔離塊，平衡配流盤3上對稱設置有兩個腰型孔，平衡蓋4左端面設置有與平衡配流盤3相適配的凹槽，凹槽的深度與平衡配流盤3的厚度相同，兩個平衡隔離塊對稱固定在平衡蓋4的凹槽內，平衡配流盤3設置在凹槽內，兩個平衡隔離塊分別插入到兩個腰型孔內，將兩個腰型孔隔離成四個互不連通的平衡腰型孔，在平衡蓋4側面設置有四個平衡油口，在每個平衡隔離塊的圓周向兩側各設置有一個平衡油口，平衡蓋4上的四個平衡油口和兩個平衡隔離塊的四個平衡油口一一對應連通後，再分別連通至四個平衡腰型孔，形成四條互不連通的平衡通路，分別記為通路、通路、通路和通路。

所述主配流組件包括配流蓋5、主配流盤6和兩個配流隔離塊，主配流盤6上對稱設置有兩個腰型孔，配流蓋5右端面設置有與主配流盤6相適配的凹槽，凹槽的深度與主配流盤6的深度相同，兩個配流隔離塊對稱固定在配流蓋5的凹槽內，主配流盤6設置在凹槽內，兩個配流隔離塊分別插入到兩個腰型孔內，將兩個腰型孔隔離成四個互不連通的配流腰型孔，在配流蓋5側面設置有四個配流油口，在每個配流隔離塊的圓周向兩側各設置有一個配流油口，配流蓋5上的四個配流油口和兩個配流隔離塊的四個配流油口一一對應連通後，再分別連通至四個配流腰型孔，形成四條互不連通的配流通路，分別記為通路、通路、通路和通路。

所述缸體組件包括缸體7和柱塞8等，缸體7左端面沿中心軸線均勻設置有n個結構尺寸相同的腰型孔，缸體7右部沿中心軸線均勻設置有n個結構尺寸相同的柱塞孔，缸體7上的腰型孔和柱塞孔一一對應連通，且柱塞孔的中心線平行於缸體7的中心軸線，每個柱塞孔內設置有一個柱塞8，柱塞8的右端伸出柱塞孔並通過球形端頭與斜盤9鉸接。

所述端蓋2右端面與平衡蓋4左端面、平衡蓋4右端面與配流蓋5左端面、配流蓋5右端面與缸體7左端面通過油膜貼合，平衡配流盤3的左右端面通過油膜分別與端蓋2右端面和平衡蓋4凹槽底面貼合，主配流盤6的左右端面通過油膜分別與平衡蓋4凹槽底面和缸體7左端面貼合；平衡配流盤3和主配流盤6的結構尺寸完全相同，平衡隔離塊和配流隔離塊的結構尺寸完全相同；所述端蓋2、平衡蓋4、配流蓋5和殼體10相對固定不動，平衡配流盤3和主配流盤6與配流盤轉軸1固定在一起，配流盤轉軸1、缸體7和斜盤9均能夠沿各自的中心軸線轉動，且配流盤轉軸1和缸體7的中心軸線一致，並與斜盤9的中心軸線間存在夾角；在任意時刻，四個配流腰型孔中的一個能夠同時連通一個以上柱塞孔，一個柱塞孔在同一時刻只能連通四個配流腰型孔中的一個。

通過斜盤9限定柱塞8的伸出最大行程和縮回最大行程：柱塞在伸出最大行程位置時，其在主配流蓋6上的圓周位置定義為上死點tdc；柱塞在縮回最大行程位置時，其在主配流蓋6上的圓周位置定義為下死點bdc；兩個配流隔離塊的中心均位於上死點tdc和下死點bdc連線上。

如圖2所示為主配流盤6與缸體7配合的面，主配流盤6的配流腰型孔給缸體7中的柱塞8配油，主配流盤6的另一側與配流蓋5配合。

如圖1所示，將主配流盤6上的四個配流腰型孔按順時針方向分別記為a」腰型孔(位於通路上，該通路上的配流油口為a」口)、t」腰型孔(位於通路上，該通路上的配流油口為t」口)、b」腰型孔(位於通路上，該通路上的配流油口為b」口)和o」腰型孔(位於通路上，該通路上的配流油口為o」口)，且a」腰型孔和o」腰型孔為一個配流隔離塊隔離出來的兩個配流腰型孔，b」腰型孔和t」腰型孔為一個配流隔離塊隔離出來的兩個配流腰型孔。

如圖1所示，將平衡配流盤上的四個腰型孔按順時針方向分別記為a'腰型孔(位於通路上，該通路上的平衡油口為a'口)、o'腰型孔(位於通路上，該通路上的平衡油口為o'口)，b'腰型孔(位於通路上，該通路上的平衡油口為b'口)和t'腰型孔(位於通路上，該通路上的平衡油口為t'口)，且a'腰型孔和o'腰型孔為一個平衡隔離塊隔離出來的兩個平衡腰型孔，b'腰型孔和t'腰型孔為一個平衡隔離塊隔離出來的兩個平衡腰型孔。

通路與通路連通，通路與通路連通，通路與通路，通路與通路連通；a'口與a」口通過外部管路接通，b'口與b」口通過外部管路接通，o'口與o」口通過外部管路接通，t'口與t」口通過外部管路接通。

將a」口作為高壓進油口，b」口作為低壓出油口(接負載)，o」口作為回收出油口，t」口作為低壓吸油口，則該種情況下，該液壓變壓器的工作過程為：

(1)當a」口接高壓油時，從a」口流入的高壓油通過通路流入與a」腰型孔相連通的柱塞孔(為了便於說明下文以柱塞孔x0表示，柱塞孔x0內的柱塞以柱塞x表示)內，高壓油對柱塞x的作用力使得柱塞x開始向柱塞孔x0外伸出，柱塞x的球形端頭緊緊壓在斜盤上，由於斜盤對柱塞x有反作用力，該反作用力垂直於缸體中心軸線方向的分力使得柱塞x側面對缸體產生扭矩，迫使缸體按逆時針旋轉，液壓能轉換為機械能，a」腰型孔完成液壓馬達進油的作用。

在該步驟中，a」腰型孔中有高壓油，作用在a」腰型孔和t」腰型孔之間的過渡區側面上，假設這產生了使主配流盤順時針旋轉的扭矩；同時a'口也接高壓油，從a'口流入的高壓油通過通路流入a'腰型孔，此時流入到a'腰型孔內的油液對平衡配流盤產生逆時針的扭矩，油液對主配流盤產生的扭矩與油液對平衡配流盤產生的扭矩大小相等、方向相反，因此配流盤轉軸沒有旋轉的扭矩。在後面的分析中，油液進入b」腰型孔、o」腰型孔和t」腰型孔內會產生使主配流盤旋轉的扭矩，同時油液也進入b'腰型孔、o'腰型孔和t'腰型孔內會產生使平衡配流盤反向旋轉的扭矩，也會使得配流盤轉軸沒有旋轉的扭矩。

(2)當柱塞孔x0轉過上死點與o」腰型孔相連通時，斜盤對柱塞x的作用力使柱塞x縮回柱塞孔x0，液壓油從通路排出，o」腰型孔完成液壓泵的排油作用。

(3)隨著缸體的旋轉，當柱塞孔x0與b」腰型孔相連通時，通過通路排油，b」腰型孔完成液壓馬達排油作用。

(4)當柱塞孔x0轉過下死點與t」腰型孔相連通時，柱塞x在斜盤的作用下開始向柱塞孔x0外伸出，柱塞孔x0就通過通路吸油，t」腰型孔完成液壓泵的吸油作用。

(5)隨著缸體的旋轉，柱塞孔x0又與a」腰型孔相連通，缸體完成一周的轉動。

缸體轉動一周，所有柱塞都從主配流盤上的四個配流腰型孔中吸油或排油一次，如果忽略洩漏，從通路流入的高壓油和從通路流出的低壓油流量相同，從通路吸入的低壓油和從通路流出的高壓油流量相同。該液壓變壓器相當於一臺液壓馬達和一臺液壓泵的結合，這種工況可以回收a」口和b」口之間的壓差液能，回收的高壓油從o」口排出並可再利用。

依然採用圖2的位置設置：如果b」口作為高壓進油口，a」口作為低壓出油口(接負載)，t」口作為回收出油口，o」口作為低壓吸油口，則缸體會按照順時針旋轉，我們依然可以回收b」口和a」口之間的壓差液能；如果o」口作為進油口，a」口作為出油口(接負載)，t」口和b」口接油箱，則缸體反轉釋放回收的液壓能；如果a」口作為進油口，o」口作為出油口(接負載)，t」口和b」口接油箱，則缸體正轉釋放回收的液壓能。所以本案的液壓變壓器可以四象限運行。

如圖2所示，定義主配流盤控制角δ為a」腰型孔和t」腰型孔過渡區間的對稱中心線與上死點tdc和下死點bdc所在直徑的夾角。主配流盤轉動時，調節主配流盤控制角δ的大小，就改變了柱塞對應主配流盤上的四個腰型孔的行程，也就調節了a」口和o」口的流量比，從而調節了a」口和b」口的壓差，由能量守恆定律推導得到變壓比為λ＝po/(pa-pb)＝po/pl＝(tanδ/2)2，其中pa為a」口壓力，pb為b」口壓力，po為o」口壓力(即回收的油液壓力)，pl為a」口和b」口的壓差，且0<δ<π，0<λ<∞。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。