一种球面支撑斜盘倾角双可变的轴向柱塞泵、马达

1.本发明涉及液压机械领域，尤其涉及一种球面支撑斜盘倾角双可变的轴向柱塞泵、马达。


背景技术：

2.轴向柱塞泵作为液压系统的动力元件，具有变量易调节，功重比大，效率高等优点，被广泛应用于航空航天，能源工程机械，船舶工业等领域。随着液压技术的不断完善，轴向柱塞泵向着高速化，高压化，大流量化的方向发展，如何减小振动，降低气蚀和噪声，延长工作寿命成为研究的重点。
3.斜盘式轴向柱塞泵、马达中，柱塞沿轴向均布在缸体的柱塞孔内，安装在传动轴中空部分的弹簧一方面通过压盘将柱塞头部的滑靴压向与轴成一倾角的斜盘，另一方面将缸体压向配流盘，柱塞底部容积为密闭容积。当原动机通过传动轴带动缸体旋转时，因斜盘的约束反力的作用，位于上止点的柱塞在缸体柱塞孔内向里运动，柱塞底部的密闭容积减小，油液经配流盘的压油窗口排出；位于下止点的柱塞因弹簧力的作用向外伸，柱塞底部容积增大，油箱内的油液经配流盘的吸油窗口吸入。
4.为防止柱塞底部的密闭容积在吸、压油腔转换时因压力突变而引起的压力冲击、真空气蚀和噪声，一般在配流盘吸、压油窗口的前端开设减振槽(孔)，或将配流盘顺缸体旋转方向偏转一定角度放置，但它们一般都是针对泵的某一旋转方向而采取的非对称措施，泵轴旋转方向不能任意改变，且减振结构固定不可调，如要更改则需要更换配流盘。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种球面支撑斜盘倾角双可变的轴向柱塞泵、马达，通过球面支撑和新增的控制柱塞实现斜盘倾角双可变，达到斜盘在不同工况的最优倾角，适用性强。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种球面支撑斜盘倾角双可变的轴向柱塞泵、马达，包括斜盘和缸体，缸体内设有柱塞，所述斜盘的中心位置设有一用于缸体的泵轴穿过的通孔，还包括控制柱塞和变量柱塞，所述斜盘的上下两侧分别安装变量柱塞，所述斜盘的左右两侧分别安装控制柱塞；所述斜盘安装控制柱塞的表面为滑靴接触平面，与滑靴接触平面相对的底面为斜盘支撑面，所述斜盘支撑面加工为球面；其中，所述变量柱塞控制斜盘竖直方向倾角β，所述控制柱塞控制斜盘水平方向倾角γ。
8.所述安装控制柱塞的斜盘部位呈左右对称设置。
9.所述变量柱塞和控制柱塞轴向平行设置。
10.所述缸体内柱塞在y方向上的位置表示为：
11.y＝-r
·
(tanγsinθ+tanβcosθ)
12.所述泵、马达的缸体内柱塞的速度表达式为：
13.υ＝-rω
·
(tanγcosθ-tanβsinθ)
14.其中，θ为缸体内柱塞旋转角度，r为缸体内柱塞随缸体运动圆周的半径，γ为斜盘水平方向上改变的倾角，β为斜盘竖直方向上改变的倾角。
15.所述缸体内柱塞到达上死点与下死点的旋转角度为斜盘竖直方向倾角β和水平方向倾角γ的函数，其中，
16.缸体内柱塞到达上死点时的旋转角度为：
[0017][0018]
缸体内柱塞到达下死点时的旋转角度为：
[0019][0020]
其中，γ为斜盘水平方向上改变的倾角，β为斜盘竖直方向上改变的倾角。
[0021]
所述控制柱塞两侧各自运动量由外部参数决定，所述外部参数由已知工况和通过传感器测得。
[0022]
相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
[0023]
本发明公开的一种球面支撑斜盘倾角双可变的轴向柱塞泵、马达，通过将斜盘支撑面加工为球面，从而使斜盘能够在水平方向上绕回转中心旋转一定的角度，除竖直方向上控制斜盘倾角、改变排量的一对变量柱塞之外，在斜盘水平方向左右两侧对称位置增加一对控制柱塞，控制斜盘面在水平方向上实现一定的旋转角度。传统的技术一般由变量柱塞的移动改变斜盘倾角，以此来改变泵/马达的排量，而增加一对控制柱塞，可以控制实现额外的可调斜盘倾角。改变倾角后缸体内柱塞的上死点与下死点位置发生改变，由原来中间的位置发生偏移，当缸体的窗口移开吸油腔时接近上死点位置，利用这一段封闭的角度实现预压缩，当缸体内柱塞离开上死点，缸体内柱塞底部容积进行压缩，等到压力升高接近或者达到压油腔压力时再连通，就可以有效缓解压力突变，同时斜盘水平方向倾角是可调并且换方向的，且该倾角可通过控制柱塞的运动来控制。控制柱塞的运动受外部参数控制，在已知工况和通过传感器测得外部参数后，经过控制算法处理，计算出控制柱塞运动量，通过控制油路油压推动控制柱塞运动，实现斜盘面的最优倾角，在最大程度上减轻柱塞底部的密闭容积在吸、压油腔转换时因压力突变而引起的压力冲击、真空气蚀和噪声，减小流量脉动量，延长泵、马达的使用寿命。
[0024]
本发明通过结构设计改善压力冲击、真空气蚀和噪声，具有结构简单、经济性好的优点。此外，该结构还具有适用性广的特点，可以针对不同的工况，选用不同尺寸和形状的控制柱塞，从而保证泵、马达具有优异的工作性能。
附图说明
[0025]
图1为本发明的立体结构示意图；
[0026]
图2为本发明的正面结构示意图；
[0027]
图3为本发明的侧面结构示意图；
[0028]
图4为斜盘的正视示意图及bb剖面示意图；
[0029]
图5为控制柱塞组件的正视示意图及aa剖面示意图；
[0030]
图6为本发明的倾角示意图。
[0031]
附图标记：斜盘1，斜盘支撑面2，滑靴接触平面3，通孔4，泵轴5，控制柱塞6，变量柱塞7。
具体实施方式
[0032]
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
[0033]
如图1～6所示，本实施例一种球面支撑斜盘倾角双可变的轴向柱塞泵、马达，包括斜盘1、缸体、控制柱塞6和变量柱塞7；
[0034]
所述缸体内设有柱塞，所述斜盘1的中心位置设有一用于缸体的泵轴5穿过的通孔4；
[0035]
所述斜盘1的上下两侧分别安装变量柱塞7，所述斜盘1的左右两侧分别安装控制柱塞6；
[0036]
所述斜盘1安装控制柱塞6的表面为滑靴接触平面3，与滑靴接触平面3相对的底面为斜盘支撑面2，所述斜盘支撑面2加工为球面；
[0037]
其中，所述变量柱塞7控制斜盘1竖直方向倾角β，所述控制柱塞6控制斜盘1水平方向倾角γ。
[0038]
本实施例中，所述安装控制柱塞6的斜盘部位呈左右对称设置；所述变量柱塞7和控制柱塞6轴向平行设置。
[0039]
为比较清楚表达斜盘1的倾角控制原理，图6为隐去部分缸体内柱塞和缸体的结构图，本发明斜盘1的倾角由变量柱塞7与所述控制柱塞6共同控制，原理如下：
[0040]
所述斜盘支撑面2加工为球面，从而使所述斜盘1能够在水平方向上绕回转中心旋转一定的角度，除竖直方向上控制斜盘倾角、改变排量的一对变量柱塞7之外，在斜盘1水平方向左右两侧对称位置增加一对控制柱塞6，控制斜盘在水平方向上实现一定的旋转角度。所述泵、马达增加控制柱塞6，可以控制实现额外的可调斜盘倾角。
[0041]
在定义的直角坐标系oxyz中，缸体内柱塞在y方向上的位置表示为：
[0042]
y＝-r
·
(tanγsinθ+tanβcosθ)
[0043]
缸体内柱塞的速度表达式为：
[0044]
υ＝-rω
·
(tanγcosθ-tanβsinθ)
[0045]
其中，θ为缸体内柱塞旋转角度，r为缸体内柱塞随缸体运动圆周的半径，γ为斜盘水平方向上改变的倾角，β为斜盘竖直方向上改变的倾角。
[0046]
缸体内柱塞y值最大和最小的位置分别描述为上死点和下死点，通过使柱塞的速度为零来确定相应的旋转角度。缸体内柱塞到达上死点与下死点的旋转角度是斜盘竖直方向倾角β和水平方向倾角γ的函数，表达式为：
[0047]
缸体内柱塞到达上死点时的旋转角度为：
[0048][0049]
缸体内柱塞到达下死点时的旋转角度为：
[0050][0051]
其中，γ为斜盘水平方向上改变的倾角，β为斜盘竖直方向上改变的倾角；
[0052]
当γ＝0时，柱塞到达上死点处的旋转角度为0，到达下死点的旋转角度为180
°
。因此，无论斜盘竖直方向倾角β多大，上、下死点位置保持不变。当γ≠0时，柱塞到达上死点和下死点处的旋转角度是斜盘竖直方向倾角β的函数，这些旋转角度随着β的减小而增大。当β＝0时，柱塞达到上死点和下死点处的旋转角度分别为90
°
和270
°
。当γ＜0时，上下死点的位置沿缸体的旋转方向逆时针偏移数度，使得预压缩和解压缩的角度更小。当γ＞0时，上下死点的位置顺时针方向偏移数度，与缸体旋转方向相反，使得预压缩和解压缩的角度变大。
[0053]
改变倾角后缸体内柱塞的上死点与下死点位置发生改变，由原来中间的位置发生偏移，当缸体的窗口移开吸油腔时接近上死点位置，利用这一段封闭的角度实现预压缩，当柱塞离开上死点，柱塞底部容积进行压缩，等到压力升高接近或者达到压油腔压力时再连通，就可以有效缓解压力突变，同时斜盘水平方向倾角是可调并且换方向的，且该倾角可通过控制柱塞的运动来控制。控制柱塞的运动由外部参数控制，在已知工况和通过传感器测得外部参数后，经控制算法处理，计算出控制柱塞的运动量，通过控制油路油压推动控制柱塞运动，实现斜盘的最优倾角。
[0054]
本发明通过改变斜盘支撑面和控制柱塞，实现额外的可调斜盘倾角，在最大程度上减轻柱塞底部的密闭容积在吸、压油腔转换时因压力突变而引起的压力冲击、真空气蚀和噪声，减小流量脉动量，延长泵、马达的使用寿命。