一种结构对称的多级变量叶片式液压变压器

1.本发明涉及一种液压变压器，具体地说是一种结构对称的多级变量叶片式液压变压器。


背景技术：

2.液压变压器并不是一个新概念，早在1965年，就有美国专利对其进行了论述，这种类型的液压变压器实际上是作为液压放大器来使用的。液压变压器为一个泵通过管路与液压马达简单相连，通过改变液压泵的供给流量来改变压力比。该类型液压变压器为单向变压，而且泄漏和能量损失都很大。
3.目前液压变压器根据原理可分为两种：直线型和旋转型。直线型液压变压器又叫做液压增压缸，适合用于对压力变化范围要求较高的工况，但是流量输出较小且连续输出特性差。旋转型液压变压器易于实现连续输出，其基本结构为两个液压泵/马达刚性连接，通过调节泵/马达的排量实现变压比的改变。然而，由于其包含两个功能独立的可变排量的泵/马达，需要专门的动力驱动装置来控制变量的实现，存在着体积与重量大、效率低、变压比调节范围小以及压力波动剧烈等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是提供一种结构对称的多级变量叶片式液压变压器，以解决现有的液压变压器流量输出较小且连续输出特定差，以及需要专门的驱动装置来控制变量的实现且存在体积与重量大、变压性能差等问题。
5.本发明是这样实现的：一种结构对称的多级变量叶片式液压变压器，包括：壳体，包括筒状外壳以及封堵在所述外壳两端的左端盖和右端盖；芯体，设置在所述壳体内，其包括短轴以及对称设置在短轴左、右端面上筒状的左内定子腔、右内定子腔，在所述左内定子腔和所述右内定子腔的腔内面和腔外面均设置有叶片组，两内定子腔的中心轴线与所述短轴的中心轴线以及所述壳体的中心轴线重合；左外定子，为环状结构，其环套在所述芯体的左定子腔外并固定在所述壳体的内部，所述左外定子的内表面的周向上开有若干第一凹槽，在所述左外定子的每个第一凹槽的位置开有第一油孔，与第一油孔相对的所述壳体上开有配油孔；未开设凹槽的所述左外定子的内表面与所述左内定子腔的外面上的叶片组的边缘贴合；右外定子，与所述左外定子的结构相同，并与所述左外定子对称设置；左内定子，为轴状结构，其一端穿出并固定在所述壳体的左端盖上，且穿出端的端面上开有第二油孔，所述左内定子的另一端伸在所述芯体的左内定子腔内，位于左内定子腔内的所述左内定子的轴面上开有若干第二凹槽，所述第二凹槽与所述左外定子的第一凹槽对应设置，在所述左内定子的每个第二凹槽的位置开有第三油孔；所述第二油孔与所述第三油孔通过所述左内定子的内管路连通；未开设第二凹槽的所述左内定子的外表面与所述左内定子腔的内面上的叶片组的边缘贴合；以及
右内定子，与所述左内定子的结构相同，并与所述左内定子对称设置。
6.所述短轴的轴面高于左内定子腔和右内定子腔外的叶片组，所述芯体的左内定子腔由若干个端部固定在短轴的左端面上的插杆间隔围合而成；同样的，所述右内定子腔由若干个端部固定在短轴的右端面上的插杆围合而成；所述左内定子的右端抵靠在所述芯体的短轴的左端面上，所述左内定子为阶梯轴，位于其最右端轴径大于其余段的轴径，且最右端轴的宽度与所述左外定子的宽度相等；同样的，右内定子与所述左内定子的结构相同，并与所述左内定子对称设置。
7.还包括左挡圈和右挡圈；所述左挡圈上开有与所述左内定子腔的插杆对应的插杆孔，所述右挡圈上开有与所述右内定子腔的插杆对应的插杆孔；所述左挡圈套在所述左内定子上并通过插杆孔插设在所述芯体的左内定子腔上，同样的，所述右挡圈套在所述右内定子上并通过插杆孔插设在所述芯体的右内定子腔上；穿设在芯体的左内定子腔上的所述左挡圈的右面抵靠在所述左外定子的左端面以及所述左外定子的最右端的轴肩上，所述右挡圈与所述左挡圈对称设置；所述壳体的左端盖上设有伸向所述壳体内的凸棱，用以压靠所述左挡圈；同样的，所述壳体的右端盖上设有伸向所述壳体内的凸棱，用以压靠所述右挡圈；所述壳体的左端盖上凸棱从所述芯体的左内定子腔内伸入，抵压在所述左挡圈上；同样的，所述壳体的右端盖上的凸棱从所述芯体的右内定子腔内伸入，抵压在所述右挡圈上；左内定子腔上的叶片组位于所述左挡圈与所述短轴之间，右内定子腔上的叶片组位于所述右挡圈与所述短轴之间。
8.还包括左轴承和右轴承；所述左轴承安装在所述左端盖与所述左挡圈之间，并过盈套装在位于二者之间的所述芯体的所述左内定子腔上，所述左轴承的外圈与所述壳体的内腔过盈配合；所述左轴承的内圈抵靠在所述左挡圈的左面上，外圈压靠在左端盖上；所述右轴承与所述左轴承对称设置。
9.所述壳体的左端盖上的凸棱与所述左挡圈以及所述右端盖上的凸棱与所述右挡圈之间均设有调整垫。
10.所述左内定子伸在所述芯体的左内定子腔内的一端的端面抵靠在位于左内定子腔内的短轴的左端面上；所述右内定子伸在所述芯体的右内定子腔内的一端的端面抵靠在位于右内定子腔内的短轴的右端面上。
11.若干所述第一凹槽在所述左外定子的内表面沿周向均匀排布。
12.所述左内定子与所述左端盖之间设置有防止二者相对转动的定位键；同样的，所述右内定子与所述右端盖之间设置有防止二者相对转动的定位键。
13.所述左端盖与所述左内定子以及右端盖与所述右内定子通过旋拧在端盖外的定子上的螺母固连，所述螺母与端盖之间设有调整套。
14.本发明通过定子、芯体之间的凹槽形成配有液压油腔，通过将与液压油腔相通的油孔进行组不同数量的组合，一起作为输入端和排油端，即可实现液压油的多级变压比。该结构紧凑，具有体积小、重量轻、效率高的特点。通过改变通油口的组合，能够对液压变压器的变压比进行大范围的多级式变量调节，可用于二次调节液压系统中，能够增强液压系统
的柔性和效率。
附图说明
15.图1是本发明的结构示意图。
16.图2是图1的a
‑
a向视图。
17.图3是芯体、左挡圈和右挡圈的爆炸结构示意图。
18.图4是左内定子的结构示意图。
19.图5是外定子的结构示意图。
20.图中：1、左螺母；2、左调整套；3、左键；4、左内定子；5、左端盖；6、左圆锥滚子轴承；7、左调整垫；8、左挡圈；9、左外定子；10、左侧叶片组；11、外壳；12、芯体；13、右侧叶片组；14、右外定子；15、右挡圈；16、右调整垫；17、右圆锥滚子轴承；18、右端盖；19、右内定子；20、右键；21、右调整套；22、右螺母；23、螺栓；24、圆柱销；25、短轴；26、第二油孔；27、第二凹槽；28、第一油孔；29、第一凹槽。
具体实施方式
21.如图1、图2所示，本发明包括壳体、芯体12、左外定子9、右外定子14以及右内定子19。壳体包括筒状外壳11以及封堵在外壳11两端的左端盖5和右端盖18，其中筒状外壳11的内部为圆面，左端盖5以及右端盖18通过螺栓23固定在壳体的外壳11的两端的端部。
22.如图3所示，芯体12设置在壳体内，其包括圆柱状的短轴25以及对称设置在短轴25两端面上的左内定子腔和右内定子腔，左内定子腔与右内定子腔对称设置。其中左内定子腔为由若干个端部固定在短轴25的左端面上的插杆间隔围合而成圆柱腔，每个插杆的截面为扇形截面，其实就是通过圆形环套加工制成。在两个插杆之间设置有左侧叶片组10，左侧叶片组10均超出左内定子腔的内、外腔面，右内定子腔的结构与左内定子腔的结构对称，相同的方式设置有右侧叶片组13。本发明的左右两定子腔的中心线和短轴25的中心线以及壳体外壳11的中心线重合。
23.如图5所述，左外定子9为圆环状结构，其环套在芯体12的左定子腔外，并通过圆柱销24固定在壳体外壳11的内壳面上。在左外定子9的内表面的沿周向上均匀开有若干第一凹槽29，在左外定子9的每各第一凹槽29的位置开有第一油孔28，与第一油孔28相对位置的壳体的外壳上开有配油孔。安装在芯体12上的左外定子9要与左内定子腔外表面上的叶片组10的边缘贴合，这样第一凹槽29与叶片组就会形成液压油腔，如图2所示。右外定子14与左外定子9的结构相同，在此不做过多的描述。右外定子14与左外定子9对称设置。
24.如图1、图2、图4所示，左内定子19为轴状结构，其左端从壳体的左端盖5穿出，并通过旋拧在穿出端上的左螺母1将左内定子4固定在左端盖5上，左螺母1与左端盖5之间设有左调整套2。左内定子4穿出端的端面上开有第二油孔26。左内定子4的右端延伸在芯体12的左内定子腔内，并且右端的端面抵靠在位于左定子腔内的短轴25的左端面上。左定子10位于左内定子腔内的轴面上开有若干第二凹槽27，第二凹槽27与左外定子9上的第一凹槽29对应设置。在每个左内定子4的每个第二凹槽27的位置开有第三油孔。第二油孔26与第三油孔通过左内定子4内部的管路相连通。而未设置第二凹槽27的左内定子4的外面与左内定子腔内表面上的叶片组的边缘相贴合，使得第二凹槽27与叶片组形成容纳液压油的油腔，如
图2所示。右内定子19与左内定子4的结构相同，二者对称设置，固定右内定子19的为右螺母22，设置在右螺母22与右内定子19之间的右调整套21。
25.本发明中的短轴25的轴面要高于左内定子腔和右内定子腔外的叶片组边缘的高度，使左内定子4的右端面抵靠在芯体12的短轴25的左端面上。左内定子4为阶梯轴，且位于最右端轴径大于其余段的轴径，最右端轴的宽度与左外定子9的宽度相等，同样的右内定子19与左内定子4的结构相同，并与左内定子4对称设置。
26.如图1、图3所示，本发明还包括左挡圈8和右挡圈15，其中左挡圈8上开有与左内定子腔的插杆对应的插杆孔，左挡圈8套设在左内定子上并通过插杆孔插设在芯体12的左内定子腔上，在左内定子腔上设有挡圈阶，左挡圈8抵靠在挡圈阶上。右挡圈15为同样的结构，其与左挡圈8以同样的方式安装在右内定子腔上。安装好后，穿设在芯体12的左内定子腔上的左挡圈8的右面恰好抵靠在左外定子9的左端面上以及左外定子9的最右端的轴肩上。右挡圈15对称设置。本发明在壳体的左端盖5上设有伸向壳体内的凸棱，用以压紧左挡圈8，该凸棱为设置在左端盖5上的一圈环形凸棱，其从芯体12的左内定子腔的内部深入，抵压在左挡圈8上。同样的右端盖上设有一圈环形凸棱，以相同的方式抵压在右挡圈15上。左内定子腔上的叶片组位于左挡圈8与短轴25之间，右内定子腔上的叶片组位于右挡圈15与短轴25之间。
27.如图1所示，本发明还包括左轴承和右轴承，左轴承为左圆锥滚子轴承6，安装在左端盖5与左挡圈8之间，通过过盈的方式套装在位于二者之间的芯体12的左内定子腔上，左轴承的外圈与壳体的内腔过盈配合安装在一起。左轴承的内圈抵靠在左挡圈8的左面上，外圈压靠在左端盖5上。右轴承为右圆锥滚子轴承17，与左轴承对称设置。
28.本发明在左内定子和右端盖之间还设置有左键3，来防止二者发生相对转动。同样的，右内定子19和端盖之间还设置有右键20来防止二者发生相对转动。
29.为了提高装配的精度，本发明在壳体的左端盖5的凸棱与右挡圈15以及右端盖上的凸棱与右挡圈15之间设置了调整垫，左部的为左调整垫7，右部的为右调整垫16。
30.如图4、图5所示，本实施例中左内定子上分别开有四个第二油孔26，分别为a1、a2、a3、a4，相对的有四个第三油孔，其中一个第三油孔为a0。左外定子14周面上对应的上开有4第一油孔，分别为b1、b2、b3、b4。
31.本发明可以由左内定子4、芯体12、左挡圈8以及左侧叶片组10在局部形成2个小排量的叶片泵/马达结构。左内定子4内部的4个通油口分别为上述局部形成的两个叶片泵/马达的进、出油口，可独立与外部管路连接，其中a1与a2通油口分别作为进、排油口对应其中一个叶片泵/马达，a3与a4通油口分别作为进、排油口对应另一个叶片泵/马达。
32.也可以由左外定子9、芯体12、左挡圈8以及左侧叶片组10在局部形成2个大排量的叶片泵/马达结构外壳体11表面的4个通油分别为上述局部形成的两个大排量的叶片泵/马达的进、出油口，可独立与外部管路连接。其中b1与b2通油口分别作为进、排油口对应其中一个叶片泵/马达，b3与b4通油口分别作为进、排油口对应另一个叶片泵/马达。
33.该液压变压器具有左右对称的结构，在右侧同样有2个小排量的叶片泵/马达结构与2个大排量的叶片泵/马达结构。从而，在该液压变压器内部共形成4个小排量叶片泵/马达与4个大排量叶片泵/马达。这些泵/马达的排量取决于各自所对应的定子曲线的形状，每个叶片泵/马达结构所对应的通油口均可独立与外部管路连接。
34.本发明在使用时，通过相应的控制系统，可以将不同数量的泵/马达的进油口连通，使压力油液进入，这部分泵/马达起液压马达的功能；同时将一定数量的泵/马达的排油口连通，对外负载输出油液，这部分泵/马达起液压泵的功能；其余通油口与油箱连接。从而，在外部输入压力油液的驱动下，液压变压器内部作为液压马达的部分将驱动液压泵的部分旋转，同时对外输出不同压力流量的液压油：当作为马达工作的只有a1与a2油口所对应的叶片泵/马达结构，而其余叶片泵/马达结构均作为泵工作对外输出油液时，液压变压器的变压比最小；当作为泵工作对外输出油液的只有a1与a2所对应的叶片泵/马达结构，其余泵/马达结构均作为马达工作时，液压变压器的变压比最大；通过控制不同数量的上述通油口连接在一起形成马达输入油液，控制不同数量的通油口连接在一起形成泵输出油液，其余通油口接油箱，可实现多级变压比，变压比介于前两种情况之间。
35.在本液压变压器中，存在着4个小排量的泵/马达，4个大排量的泵/马达结构，组合形式如表1所示。需要说明的是该结构的液压变压器中，能够形成的泵/马达数量由内定子与外定子表面轮廓的凸起数量决定，当凸起数量增多时，所能形成的大、小泵/马达数量将增加。
36.表1