本公开涉及一种液压单元，尤其涉及一种液压马达。
背景技术：
现有技术的液压马达通常包括具有设置在伺服缸中的可滑动的伺服活塞的伺服控制系统。伺服活塞通过活塞杆作用在调节元件上，用于调节液压马达的冲程。通过在作用于控制阀的控制单元的控制下向或从伺服活塞的端面供给或排出液压流体来控制伺服活塞的位置。例如，中国专利 CN101871477A描述了这种具有二位变量轴向柱塞液压马达的液压单元。
二位液压马达通常被设计为用于低成本和小封装尺寸。因此，通常来自高于壳体压力的系统压力的切换压力作用于至少伺服活塞的第一正面。然而，如果切换压力的水平在预定压力水平附近波动以将伺服活塞移动到两个端部位置中的任一个位置，则伺服活塞突然从伺服缸中的一个端部位置改变到另一个端部位置，即，伺服活塞改变其位置，从其初始位置突然进入操作位置而没有中间位置，反之亦然。因此会引起马达位移的突然变化，这是难以控制的。一方面需要对伺服活塞位置进行快速和受控的改变，以实现液压单元的短暂反应时间。另一方面，这些突然的变化也是由于不稳定的系统压力直接作用在伺服活塞的正面之一上造成的。在通常的设计中，高压或系统压力的变化直接影响切换压力，其中高压或系统压力的这些变化也(可以)由液压单元操作中的工作负载变化来触发。这使得对已知液压单元的切换性能和推进/断开行为的控制更加困难。
驱动单元的排量的这些突然改变导致液压单元及与其相关联的推进单元的不稳定的、非平稳的行为，特别是关于二位液压单元的断开/加速行为。在二位单元中，初始伺服活塞位置限定了液压单元的驱动单元的最大排量，并且操作的伺服活塞位置限定了最小排量，反之亦然。这进一步意味着伺服活塞位置的变化导致液压单元从最大性能变化到最小性能，反之亦然。这样一来，液压单元的操作者就会收到性能的突然变化，类似“数字式”的停止和走动行为，这使得他难以控制液压应用。
此外，液压单元的性能的突然变化要求液压单元内的支撑/安装元件的坚稳设计，其必须承受高且快速变化的交替的力。这又导致相应的大的部件和封装尺寸，因为外壳、轴承、轴承区域等必须相应地被设计成坚固和 /或大块的。这通常进一步导致相应的大重量的液压单元，特别是当使用低成本材料时。
技术实现要素：
本公开的目的是提供一种液压单元，其弥补了现有技术的问题，并且在伺服单元的操作状态之间提供了更平滑、更受控和可预测的切换，并且由此提供了相关联的二位液压单元。因此，本公开的目的也在于为液压单元提供简单的设计，该液压单元可以低成本地制造并且结构坚固同时重量相对轻。
本发明的要解决的问题通过权利要求1所述的液压单元而解决，该液压单元包括驱动机构，通过可定位的调节元件，该驱动机构的排量可调节到两个操作状态。通过伺服单元的伺服活塞，调节元件自身可以被定位到第一初始位置和第二操作位置。伺服活塞的彼此相对的第一正面和第二正面可以用加压液压流体单独地加压，以将伺服活塞定位在伺服单元的伺服缸的两个端部位置的一个端部位置处。根据本发明，伺服活塞具有阶梯状设计，从而形成与第一正面相对的环形阻尼表面。在伺服缸中，环形肩部表面被形成为与阻尼表面相对，从而通过阻尼表面、肩部表面和伺服缸在伺服缸中形成阻尼容积。
在本发明的一个示例性实施例中，当所述伺服活塞处于其初始位置时，所述液压单元处于最大位移。这提供了在液压单元的最大扭矩下的瞬时启动。与现有技术中已知的二位液压单元相反，调节元件以阻尼方式运动到其操作位置，其中液压单元显示其最小排量和最小扭矩。当高于用于切换伺服活塞的阈值压力的压力(以下称为切换压力)作用于伺服活塞的第一正面时会发生这种情况。由于伺服单元中的阻尼容积的阻尼作用，伺服活塞和调节元件分别都几乎不会撞击伺服缸或壳体中的止动件。必须通过伺服活塞移动到具有较低压力的区域的阻尼容积提供了伺服活塞和调节元件朝向它们各自的第二操作位置的平滑且均匀的切换速度。由于这种较低的切换速率，潜在的不安全的机器操作状态可以被避免，因为较低的切换速度提供了更多的时间来控制实际的调节元件位置及其切换速度。
通过在伺服单元中设置抑制伺服活塞朝向第二操作伺服活塞位置的运动的阻尼容积，作用在伺服活塞的第一正面上的高压水平的变化被抑制，从而使得伺服活塞的突然运动被减慢，但是这种运动仍然足够快以实现用于液压单元的驱动机构的排量的预定调节的较短反应时间。当然，阻尼水平可以由具有本领域相关技术的人员在设计面中设置为任何合适的水平，包括分别借助于阻尼排出管线或阻尼流动通道中的可调节孔口对于可调节阻尼水平的可能性。因此，人们可以考虑手动调节的阻尼水平孔口，例如，对于其中使用液压单元的特定推进应用仅可适应一次，或者可以动态方式适应，例如，根据液压单元的性能水平自适应或以自调节的方式。关于这一点，提及或不提及，本领域中具有相关技术的人员可以想到的用于调整阻尼水平的提到的或者未提到的所有可能性都被本公开的构思(在伺服单元内，特别是在伺服缸内提供阻尼容积)所覆盖。
通过在伺服单元内设置阻尼容积，用于向伺服单元供应切换压力的液压管线的直径可以选择得比如同从现有技术中已知的没有阻尼容积的伺服单元的情况那样的更大。在现有技术的液压单元中，这些液压管线的直径被选择为最小直径，以实现较低并且因此较好的可控制的切换速度。但是，由于污染的原因，最小直径不能被减小，以避免颗粒卡在该液压管线中。现有技术中进一步减小液压管线的直径的另一种可能性是提供这种管线的过滤器，但是这增加了液压单元的成本。本发明的伺服单元中的阻尼容积允许降低切换速度，在切换压力下向伺服单元供应液压流体的液压管线的直径可以被选择为更大，由此降低液压管线堵塞的风险。颗粒可以穿过液压管线和伺服单元而不会造成任何损坏。
在本发明的一个优选实施例中，所述阻尼容积经由一个或多个阻尼流动通道与伺服活塞的所述第一正面和/或所述第二正面流体地连接。可替代地，阻尼容积可以通过单独的(例如，连接到高压或低压导引管线或液压单元的其他系统压力管线的)阻尼管线被供给或排出液压流体。此外，阻尼管线优选配备有如上所述的减压孔口，其分别调节来自阻尼容积的液压流体的供应/排出。
在另一个优选实施例中，在高于存在于液压单元的壳体中的压力水平的压力下向阻尼容积供应液压流体，其中当伺服活塞在第一正面上被加压时，液压流体经由设置在伺服活塞的圆周表面和/或伺服缸的圆周表面中的阻尼流动通道从阻尼容积排出。因此，阻尼流动通道将阻尼容积与伺服活塞的第二正面流体地连接，其本身流体连接至收集液压流体的液压流体储存器，该液压流体储存器优选在壳体内或者正常大气压力占主导的罐内的壳体压力下收集液压流体。
在本发明的另一实施例中，所述阻尼容积能够经由第一阻尼管线流体地连接至导引切换压力的液压流体的液压管线和/或能够经由第二阻尼管线流体地连接到设置在液压单元的壳体的内部或外部的液压储存器。为此目的，也可以在第一阻尼管线或第二阻尼管线中的一个中设置可调节阻尼孔口。
进一步优选地，第二正面流体地连接到设置在液压单元的壳体内部或外部的液压储存器或罐。这允许液压流体从阻尼容积通过设置在伺服缸或伺服活塞中的排泄或排出通路排出。
在操作中，伺服活塞的第一正面可以在切换压力下由液压流体加压。在切换压力下，这种液压流体可以被分支于，例如，液压单元的高压侧，例如通过借助于控制单元命令螺线管将阀从打开位置切换到关闭位置或反之亦然。然而，在足够高的切换压力下向伺服活塞的第一正面上供应液压流体以使伺服活塞从第一初始位置移动到第二操作位置-或者相反方向- 的可能性是为具有本领域相关技术的人所熟知的。因此，这里可以省略这方面的更多细节。然而，在切换压力下由液压流体在第一正面上产生的力必须高于作用在伺服活塞的第二正面上的力，这也是由加压液压流体，例如壳体压力或低压下的液压流体，导致的。
在本发明的优选且简单的实施例中，第一正面是全面的圆形表面，其中第二正面为环形表面，像通常一样，活塞杆或类似的东西被附接到将伺服活塞与液压单元的驱动机构的调节元件连接起来的第二正面。在这种情况下，同时作用在两个正面或第一正面和第二正面上的压力可以具有相同的高度，以迫使伺服活塞进入其第二操作位置，其中伺服活塞的阻尼表面抵靠伺服缸的肩部表面。
在另一优选实施例中，伺服弹簧位于第二正面处，用于将伺服活塞推回到伺服单元内的位置，其中如果作用在第一正面上的压力下降到阈值切换压力以下，则调节元件处于其第一初始位置。
附图说明
图1示出了根据本公开的液压单元的示意图；
图2示出了根据本公开的伺服活塞和伺服缸的局部纵向截面；
图3示出了根据一个实施例的图2的伺服活塞和伺服缸的沿着剖面线 A-A的放大横截面视图；
图4示出了根据一个实施例的图2的伺服活塞和伺服缸的沿着剖面线 B-B的放大横截面视图；
图5示出了根据一个实施例的图2的伺服活塞和伺服缸的沿着剖面线 A-A的放大横截面视图；
图6示出了根据一个实施例的图2的伺服活塞和伺服缸的沿着剖面线 B-B的放大横截面视图；以及
图7示出了根据本公开的液压单元的示意图。
具体实施方式
参考图1，液压单元1被封闭在壳体50中并且包括驱动机构2，例如可变驱动机构，其排量由调节元件3的位置确定。该调节元件3可以例如通过控制杆(lever)或活塞杆40来定位，该控制杆或活塞杆40连接到旋转斜盘或用于设定马达的操作参数的任何其他合适的机构。调节元件3的位置由伺服单元4控制，伺服单元4包括伺服缸5和可滑动地安装在其中的伺服活塞6。伺服活塞6和伺服缸5都具有两个直径不同的部分，如图 2中详细示出。
驱动机构2流体地连接到两个压力管线，例如，在高压下供应液压流体的高压管线21和从驱动机构2排出流体的低压管线22。显然，在图1 中以示例性方式示出的这种构造可以反转，使得压力管线的作用被改变，使低压管线22用作高压管线，反之亦然。两个压力管线可以被连接到泵 (图1中未示出)与驱动机构2之间的闭合的液压流体回路。
如图1所示，被连接到双向止回阀23的液压管线14分支于高压管线 21并通向控制阀24。控制阀24具有出口管线28，该出口管线28具有通向伺服缸5的减压孔口29。流体流过控制阀24，并借助于作用在控制活塞26的一侧上的致动器25来调节伺服缸5的前部腔室中的压力水平。致动器25由控制单元(图1中未示出)激励。提供作用与致动器25的作用相反的可调弹簧27，以当致动器25被断电时使控制阀24中的控制活塞 26移动回初始位置。控制阀24的出口管线28在切换压力下将液压流体经由孔口29供应到伺服缸5。该压力因此作用在伺服活塞6的第一正面7 上，并且能够将伺服活塞6移动到其在伺服缸中的第二操作位置。
伺服活塞6具有阶梯状构造，并且具有两个直径不同的部分，如图2 中更详细地示出。具有第一正面7的直径较大的前部30在伺服缸5的前部31中可滑动。伺服活塞6的后部32具有比前部30小的直径，并且在伺服缸5的相应的较小的后部33中滑动。伺服活塞6的第二正面8连接到活塞杆40，活塞杆40又连接到驱动机构2(图2中未示出)的调节元件3。
在伺服活塞6的两个部分31和32之间的过渡处，提供一形成阻尼表面10的圆形区域。类似地，肩部表面12存在于伺服缸5的过渡区域处。阻尼表面10和肩部表面12面对面。在图2所示的构造中，这些表面限定一阻尼容积15，该阻尼容积15与伺服缸5的前部腔室34或后部腔室35 流体连通或与两者都流体连通。还参考图3和图4，这种流体连接例如可以通过形成在伺服活塞6的前部30和/或后部32的圆周表面上和/或伺服缸5的前部和/或后部的圆周表面上的阻尼流动通道19和/或20而被提供。虽然出于说明的目的将阻尼流动通道19和20示出为具有特定形状，但是阻尼流动通道可以形成为各种其他形状，例如半圆柱形通道等。或者，参考图5和图6，其中相同的附图标记表示相同的元件，伺服缸5’和伺服活塞6’的不同部分的直径之间的小的失配可能足以形成阻尼流动通道19’和/ 或20’，该阻尼流动通道19和/或20’提供排放/排出或填充如图2所示的阻尼容积15的所需流体流量。这里，阻尼流动通道19’和/或20’由伺服缸5’和伺服活塞6’的相对圆周表面之间的间隔形成。
再次参照图1，阻尼容积15可以经由第一阻尼管线17和阻尼孔口18 被连接到低压管线22。这允许在降低的压力下用加压流体填充阻尼容积 15。阻尼容积15还可以经由第二阻尼管线16被流体地连接到在切换压力下传导液压流体的液压管线14，由此允许在切换压力下用加压流体填充阻尼容积15。例如通过泄漏到伺服缸5的后部腔室35并且在液压储存器100 或储罐或贮槽之后排出阻尼容积15。
为了描述液压单元1的操作，仅为了说明的目的而假设伺服活塞6在图1所示的实施例中处于伺服缸5右侧的初始位置处。在在这种构造中，阻尼容积15处于其最小程度并且伺服活塞6的阻尼表面10抵靠伺服缸5 的肩部表面12。根据来自液压单元1的控制单元的命令，控制阀24能够使从前部腔室34到达低压的储存器的排出，储存器例如被结合在壳体中，或结合到罐100。同时，出口管线28由控制阀芯26关闭。
由于伺服单元4的前部腔室34中的压力降低，阻尼容积15可以被液压流体填充，该液压流体通过阻尼流动通道19，20或连接到低压管线22 的第一阻尼管线17被提供。由于缓冲容积15中的压力现在高于前部腔室 34中的压力，伺服活塞6与活塞杆40一起，根据图1所示的实施例，朝向左侧移动，以使前部腔室34最小化。在该位置，驱动机构2被调节元件3设定到其最小排量。
当控制阀再次断电，即致动器25被断电时，控制阀弹簧27将控制阀芯26推回到其初始位置，其中出口管线28打开并且前部腔室34经由出口管线28被处于切换压力下的液压流体加压，在此处高压来自高压工作管线21的并且通过孔口29减小。这导致向右侧施加到伺服活塞6的第一正面7上的力使伺服活塞6进入其初始位置。然而，根据本公开的该运动通过阻尼容积15的位移而被抑制，从而避免了向右的类似冲程的运动。相反，伺服活塞6在伺服缸5中的运动减慢。在伺服缸5中的最右侧，伺服活塞6靠近(再次)其初始位置，其阻尼表面10进入伺服缸5的肩部表面12附近。在该位置，伺服活塞6将驱动机构2的排量设置到最大。
参照图7，在实施例中，伺服弹簧41可位于图2所示的第二正面8 处，用于将伺服活塞6推回到伺服单元4内的位置，其中如果作用在图2 所示的第一正面7上的压力下降到阈值切换压力水平以下，则调节元件3 处于其第一初始位置。
根据本公开内容，伺服活塞6的运动通过阻尼容积15中的流体的存在而被抑制。该流体抵抗伺服活塞6的突然运动并且允许相对慢的运动，该运动由来自阻尼容积15的流体的排出速率确定。阻尼率取决于阻尼容积15中的压力以及通过例如通过通向液压储存器100的阻尼流动通道19 提供的不同的排出通路的排出速率。本领域技术人员可以根据应该实施液压单元的应用来选择这些参数。
因此，根据本发明的伺服单元4的构造导致伺服活塞6在高切换压力条件下的受控的阻尼运动，并且由此导致调节元件3的受控的定位并且因此导致驱动机构2的受控的相应的响应。以这种方式纠正了与常规设计的伺服单元有关的这方面的问题。