摆动油缸和液压系统的制作方法

1.本公开涉及液压机械技术领域，特别涉及一种摆动油缸和液压系统。


背景技术：

2.摆动油缸是一种可直接将作用在叶片上的液压力转换成转矩输出的液压设备。摆动油缸在液压系统中的作用是将液压能转变为转矩，使机械实现摆动运动。
3.相关技术中，摆动油缸通常包括定子、转子、定子叶片支撑和转子叶片支撑。定子呈圆筒状，转子同轴插设于定子内，定子叶片支撑位于定子的内壁面，转子叶片支撑位于转子的外壁面，且定子叶片支撑与转子的外壁面密封配合，转子叶片支撑与定子的内壁面密封配合。定子叶片支撑和定子叶片支撑将定子的内腔划分为两个腔体。使用时，转子与摆动机械连接，通过定子上的油孔向两个腔体中的一个注入液压油，通过液压油推动转子叶片支撑旋转，直至转子叶片支撑与定子叶片支撑相抵，从而实现摆动机械的摆动运动。
4.然而，转子叶片支撑转动一周就会与定子叶片支撑相抵，因此使摆动油缸的转子只能作小于360
°
的摆动运动，难以适应大摆动角度的工况。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种摆动油缸和液压系统，能提升摆动油缸的转子的摆动角度，提改善摆动油缸的适用性。所述技术方案如下：
6.本公开实施例提供了一种摆动油缸，所述摆动油缸包括：定子、第一转子和第二转子；所述定子和所述第一转子均具有圆筒状的内腔，所述第一转子同轴插装在所述定子的内腔中，所述第二转子同轴插装在所述第一转子的内腔中；所述定子的内壁面具有定子叶片支撑，所述定子叶片支撑远离所述定子的表面与所述第一转子的外壁面滑动密封；所述第一转子具有叶片外支撑和叶片内支撑，所述叶片外支撑位于所述第一转子的外壁面，所述叶片外支撑远离所述第一转子的表面与所述定子的内壁面滑动密封，所述叶片内支撑位于所述第一转子的内壁面，所述叶片内支撑远离所述第一转子的表面与所述第二转子的外壁面滑动密封；所述第二转子的外壁面表面具有转子叶片支撑，所述转子叶片支撑远离所述第二转子的表面与所述第一转子的内壁面滑动密封；所述定子叶片支撑和所述叶片外支撑将所述定子的内腔划分为第一腔体和第二腔体，所述叶片内支撑和所述转子叶片支撑将所述第一转子的内腔划分为第三腔体和第四腔体；所述定子叶片支撑具有第一油道和第二油道，所述第一油道的一端与所述第二油道的一端均位于所述定子的外壁面，所述第一油道的另一端与所述第一腔体连通，所述第二油道的另一端与所述第二腔体连通；所述叶片外支撑具有第三油道和第四油道，所述第三油道连通所述第一腔体和所述第三腔体，所述第四油道连通所述第四腔体和所述第二腔体。
7.在本公开实施例的一种实现方式中，所述定子叶片支撑与所述第一转子的外壁面之间的摩擦力等于所述叶片外支撑与所述定子的内壁面之间的摩擦力；所述叶片内支撑与所述第二转子的外壁面之间的摩擦力等于所述转子叶片支撑与所述第一转子的内壁面之
间的摩擦力；所述定子叶片支撑与所述第一转子的外壁面之间的摩擦力不小于所述叶片内支撑与所述第二转子的外壁面之间的摩擦力。
8.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述摆动油缸还包括第一密封环和第二密封环；所述定子叶片支撑与所述第一转子的外壁面之间，以及所述叶片外支撑与所述定子的内壁面之间均具有所述第一密封环；所述叶片内支撑与所述第二转子的外壁面之间，以及所述转子叶片支撑与所述第一转子的内壁面之间均具有所述第二密封环；所述定子、所述第一转子和所述第二转子的制作材料均相同，所述第一密封环与所述第一转子的外壁面之间的动摩擦因数不小于所述第二密封环与所述第二转子的外壁面之间的动摩擦因数。
9.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述第一密封环为橡胶环，所述第二密封环为树脂环。
10.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述定子叶片支撑、所述叶片外支撑、所述叶片内支撑和所述转子叶片支撑的表面均设有安装槽；所述定子叶片支撑的安装槽和所述叶片外支撑的安装槽内具有所述第一密封环，所述叶片内支撑的安装槽和所述转子叶片支撑的安装槽内具有所述第二密封环。
11.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述摆动油缸还包括两个缓冲垫，所述两个缓冲垫分别位于所述叶片内支撑的两侧，一个所述缓冲垫位于所述第三腔体，另一个所述缓冲垫位于所述第四腔体。
12.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述叶片外支撑与所述叶片内支撑沿所述第一转子的同一直径分布。
13.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述第一油道和所述第二油道位于所述定子的同一径向截面上。
14.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述第三油道和所述第四油道沿所述第一转子的轴向间隔分布。
15.本公开实施例提供了一种液压系统，所述液压系统包括液压泵组和如前文所述的摆动油缸，所述液压泵组具有两个输油管道，一个所述输油管道与所述第一油道连通，另一个所述输油管道与所述第二油道连通。
16.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
17.本公开实施例提供摆动油缸包括定子、第一转子和第二转子，定子的内壁面具有定子叶片支撑，第一转子的外壁面具有叶片外支撑，第一转子的内壁面具有叶片内支撑，第二转子的外壁面具有转子叶片支撑，定子叶片支撑和叶片外支撑能将定子的内腔划分为第一腔体和第二腔体，叶片内支撑和转子叶片支撑能将第一转子的内腔划分为第三腔体和第四腔体。其中，定子叶片支撑的第一油道与第一腔体连通，定子叶片支撑的第二油道与第二腔体连通，叶片外支撑的第三油道连通第一腔体和第三腔体，叶片外支撑的第四油道连通第四腔体和第二腔体，这样通过第一油道就能向第一腔体和第三腔体注入液压油，通过第二油道能向第二腔体和第四腔体注入液压油。
18.在通过液压泵组向第一油道注入液压油，让液压油进入第一腔体后并通过第三油道进入第三腔体，以使液压油作用在转子叶片支撑上，并推动转子叶片支撑逆时针转动，此时，第四腔体中的液压油通过叶片外支撑上的第四油道进入第二腔体，最后通过定子叶片支撑上的第二油道回到液压泵组，完成第二转子的第一级转动，该过程第二转子至多转动
一周。
19.当转子叶片支撑逆时针摆动至极限位置时，转子叶片支撑与叶片内支撑相抵，此时转子叶片支撑无法继续逆时针转动，第一转子和第二转子成为一个整体。与此同时，继续向第一油道通入液压油，第一油腔中的液压油作用在第一转子的叶片外支撑上，并推动第一转子和第二转子整体作逆时针摆动，液压油通过第二腔体、定子叶片支撑上的第二油道回到液压泵组，当叶片外支撑运动至极限位置时，叶片外支撑与定子叶片支撑相抵，完成第二转子的第二级转动，该过程第二转子至多转动一周。
20.这样第二转子在工作过程中可以至多转动两周，从而让第二转子的摆动角度远超360
°
，让摆动油缸能适应大摆动角度的工况。
附图说明
21.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本公开实施例提供的一种摆动油缸的结构示意图；
23.图2是本公开实施例通过的一种摆动油缸的动作状态图；
24.图3是本公开实施例通过的一种摆动油缸的动作状态图；
25.图4是本公开实施例通过的一种摆动油缸的动作状态图。
26.图中各标记说明如下：
27.10、定子；11、定子叶片支撑；
28.20、第一转子；21、叶片外支撑；22、叶片内支撑；
29.30、第二转子；31、转子叶片支撑；
30.41、第一腔体；42、第二腔体；43、第三腔体；44、第四腔体；
31.51、第一油道；52、第二油道；53、第三油道；54、第四油道；
32.61、第一密封环；62、第二密封环；
33.71、安装槽；72、缓冲垫。
具体实施方式
34.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
35.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相
对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
36.图1是本公开实施例提供的一种摆动油缸的结构示意图。如图1所示，该摆动油缸包括：定子10、第一转子20和第二转子30；定子10和第一转子20均具有圆筒状的内腔，第一转子20同轴插装在定子10的内腔中，第二转子30同轴插装在第一转子20的内腔中。
37.如图1所示，定子10的内壁面具有定子叶片支撑11，定子叶片支撑11远离定子10的表面与第一转子20的外壁面滑动密封。
38.如图1所示，第一转子20具有叶片外支撑21和叶片内支撑22，叶片外支撑21位于第一转子20的外壁面，叶片外支撑21远离第一转子20的表面与定子10的内壁面滑动密封，叶片内支撑22位于第一转子20的内壁面，叶片内支撑22远离第一转子20的表面与第二转子30的外壁面滑动密封。
39.如图1所示，第二转子30的外壁面具有转子叶片支撑31，转子叶片支撑31远离第二转子30的表面与第一转子20的内壁面滑动密封。
40.如图1所示，定子叶片支撑11和叶片外支撑21将定子10的内腔划分为第一腔体41和第二腔体42，叶片内支撑22和转子叶片支撑31将第一转子20的内腔划分为第三腔体43和第四腔体44，第一腔体41和第四腔体44位于定子叶片支撑11的一侧，第二腔体42和第三腔体43位于定子叶片支撑11的另一侧。
41.如图1所示，定子叶片支撑11具有第一油道51和第二油道52，第一油道51的一端与第二油道52的一端均位于定子10的外壁面，第一油道51的另一端与第一腔体41连通，第二油道52的另一端与第二腔体42连通；叶片外支撑具有第三油道53和第四油道54，第三油道53连通第一腔体41和第三腔体43，第四油道54连通第四腔体44和第二腔体42。
42.其中，第一油道51和第二油道52均可以通过输油管道与液压泵组连通，从而通过液压泵组向第一腔体41和第二腔体42中注入液压油。
43.当通过液压泵组向第一油道51注入液压油时，液压油依次进入第一腔体41和第三腔体43，从而推动第二转子30逆时针摆动；当通过液压泵组向第二油道52注入液压油时，液压油依次进入第二腔体42和第四腔体44，从而推动第二转子30顺指针摆动。
44.本公开实施例提供摆动油缸包括定子10、第一转子20和第二转子30，定子10的内壁面具有定子叶片支撑11，第一转子20的外壁面具有叶片外支撑21，第一转子20的内壁面具有叶片内支撑22，第二转子30的外壁面具有转子叶片支撑31，定子叶片支撑11和叶片外支撑21能将定子10的内腔划分为第一腔体41和第二腔体42，叶片内支撑22和转子叶片支撑31能将第一转子20的内腔划分为第三腔体43和第四腔体44。其中，定子叶片支撑11的第一油道51与第一腔体41连通，定子叶片支撑11的第二油道52与第二腔体42连通，叶片外支撑21的第三油道53连通第一腔体41和第三腔体43，叶片外支撑21的第四油道54连通第四腔体44和第二腔体42，这样通过第一油道51就能向第一腔体41和第三腔体43注入液压油，通过第二油道52能向第二腔体42和第四腔体44注入液压油。
45.图2是本公开实施例通过的一种摆动油缸的动作状态图。如图2所示，当控制摆动油缸逆时针摆动时，通过液压泵组向第一油道51注入液压油，让液压油进入第一腔体41后并通过第三油道53进入第三腔体43，以使液压油作用在转子叶片支撑31上，并推动转子叶片支撑31逆时针转动，此时，第四腔体44中的液压油通过叶片外支撑21上的第四油道54进入第二腔体42，最后通过定子叶片支撑11上的第二油道52回到液压泵组，完成第二转子30
的第一级转动，该过程第二转子30至多转动一周。
46.图3是本公开实施例通过的一种摆动油缸的动作状态图。如图3所示，当转子叶片支撑31逆时针摆动至极限位置时，转子叶片支撑31与叶片内支撑22相抵，此时转子叶片支撑31无法继续逆时针转动，第一转子20和第二转子30成为一个整体。图4是本公开实施例通过的一种摆动油缸的动作状态图。如图4所示，继续向第一油道51通入液压油，第一油腔中的液压油作用在第一转子20的叶片外支撑21上，并推动第一转子20和第二转子30整体作逆时针摆动，液压油通过第二腔体42、定子叶片支撑11上的第二油道52回到液压泵组，当叶片外支撑21运动至极限位置时，叶片外支撑21与定子叶片支撑11相抵，完成第二转子30的第二级转动，该过程第二转子30至多转动一周。
47.当控制摆动油缸顺时针摆动时，通过液压泵组向第二油道52注入液压油，让液压油进入第二腔体42后并通过第四油道54进入第四腔体44，以使液压油作用在转子叶片支撑31上，并推动转子叶片支撑31顺时针转动，此时，第三腔体43中的液压油通过叶片外支撑21上的第三油道53进入第一腔体41，最后通过定子叶片支撑11上的第一油道51回到液压泵组，完成第二转子30的第一级转动，该过程第二转子30至多转动一周。
48.当转子叶片支撑31顺时针摆动至极限位置时，转子叶片支撑31与叶片内支撑22相抵，此时转子叶片支撑31无法继续逆时针转动，第一转子20和第二转子30成为一个整体。与此同时，继续向第二油道52通入液压油，第二油腔中的液压油作用在第一转子20的叶片外支撑21上，并推动第一转子20和第二转子30整体作顺时针摆动，液压油通过第一腔体41、定子叶片支撑11上的第一油道51回到液压泵组，当叶片外支撑21运动至极限位置时，叶片外支撑21与定子叶片支撑11相抵，完成第二转子30的第二级转动，该过程第二转子30至多转动一周。
49.这样第二转子30在工作过程中可以至多转动两周，从而让第二转子30的摆动角度远超360
°
，让摆动油缸能适应大摆动角度的工况。
50.可选地，定子叶片支撑11与第一转子20的外壁面之间的摩擦力等于叶片外支撑21与定子10的内壁面之间的摩擦力。叶片内支撑22与第二转子30的外壁面之间的摩擦力等于转子叶片支撑31与第一转子20的内壁面之间的摩擦力。
51.其中，定子叶片支撑11与第一转子20的外壁面之间的摩擦力不小于叶片内支撑22与第二转子30的外壁面之间的摩擦力。
52.通过将叶片内支撑22与第二转子30的外壁面之间的摩擦力设置更小，以使得液压油会先推动转子叶片支撑31；待转子叶片支撑31转动至叶片内支撑22相抵后，液压油才会推动叶片外支撑21转动，从而有序实现第二转子30的二级转动。
53.本公开实施例中，如图1所示，摆动油缸还包括第一密封环61和第二密封环62；定子叶片支撑11与第一转子20的外壁面之间，以及叶片外支撑21与定子10的内壁面之间均具有第一密封环61；叶片内支撑22与第二转子30的外壁面之间，以及转子叶片支撑31与第一转子20的内壁面之间均具有第二密封环62。
54.其中，定子10、第一转子20和第二转子30的制作材料均相同，第一密封环61与第一转子20的外壁面之间的动摩擦因数不小于第二密封环62与第二转子30的外壁面之间的动摩擦因数。
55.本公开实施例中，第一密封环61与第一转子20的外壁面之间的动摩擦因数更大，
因此第一密封环61与第一转子20的外壁面之间的摩擦力也越大；第二密封环62与第二转子30的外壁面之间的动摩擦因数更小，因此第二密封环62与第二转子30的外壁面之间的摩擦力也越小。
56.这样叶片内支撑22与第二转子30的外壁面之间的摩擦力更小，以使得液压油会先推动转子叶片支撑31；待转子叶片支撑31转动至叶片内支撑22相抵后，液压油才会推动叶片外支撑21转动，从而有序实现第二转子30的二级转动。
57.示例性地，定子10、第一转子20和第二转子30均为钢结构件。示例性地，第一密封环61为橡胶环，第二密封环62为树脂环。
58.其中，橡胶环与钢之间的动摩擦因数为0.65至0.80，树脂与钢之间的动摩擦因数为0.2至0.3。
59.由于橡胶环与第一转子20的外壁面之间的动摩擦因数更大，因此橡胶环与第一转子20的外壁面之间的摩擦力也越大；树脂环与第二转子30的外壁面之间的动摩擦因数更小，因此树脂环与第二转子30的外壁面之间的摩擦力也越小。
60.这样叶片内支撑22与第二转子30的外壁面之间的摩擦力更小，以使得液压油会先推动转子叶片支撑31；待转子叶片支撑31转动至叶片内支撑22相抵后，液压油才会推动叶片外支撑21转动，从而有序实现第二转子30的二级转动。
61.可选地，如图1所示，定子叶片支撑11、叶片外支撑21、叶片内支撑22和转子叶片支撑31的表面均设有安装槽71；定子叶片支撑11的安装槽71和叶片外支撑21的安装槽71内具有第一密封环61，叶片内支撑22的安装槽71和转子叶片支撑31的安装槽71内具有第二密封环62。
62.示例性地，安装槽71的槽深可以不大于第一密封环61的厚度，这样使得第一密封环61和第一转子20的外壁面之间处于过盈配合，从而增大第一密封环61和第一转子20的外壁面之间的密封性；第一密封环61和定子10的内壁面之间处于过盈配合，从而增大第一密封环61和定子10的内壁面之间的密封性。
63.示例性地，安装槽71的槽深可以不大于第二密封环62的厚度，这样使得第二密封环62和第一转子20的内壁面之间处于过盈配合，从而增大第二密封环62和第一转子20的内壁面之间的密封性；第二密封环62和第二转子30的外壁面之间处于过盈配合，从而增大第二密封环62和第二转子30的外壁面之间的密封性。
64.可选地，如图1所示，摆动油缸还包括两个缓冲垫72，两个缓冲垫72分别位于叶片内支撑22的两侧，一个缓冲垫72位于第三腔体43，另一个缓冲垫72位于第四腔体44。
65.在转子叶片支撑31转动至与叶片内支撑22相抵时，通过缓冲垫72可以有效减少转子叶片支撑31和叶片内支撑22之间的冲击力，以防止转子叶片支撑31和叶片内支撑22轻易损坏。
66.示例性地，缓冲垫72可以是橡胶垫。本公开实施例中，缓冲垫72可以沿第一转轴的轴向贴附在叶片内支撑22的表面。
67.可选地，如图1所示，叶片外支撑21与叶片内支撑22沿第一转子20的同一直径分布。
68.本公开实施例中，叶片外支撑21在第一转子20上的位置和叶片内支撑22在第一转子20上的位置至少部分重合，且第三油道53和第四油道54分别位于叶片内支撑22的两侧，
这样就确保转子叶片支撑31能在第一转子20的内腔中转动360
°
，以提升第二转子30的摆动角度。
69.可选地，如图1所示，第一油道51和第二油道52位于定子10的同一径向截面上。
70.其中，第一油道51和第二油道52是用于与输油管道连通的，通过将第一油道51和第二油道52设置在定子10的同一径向截面上，以使得两个输油管道也分布在同一区域，避免输油管道分布较为分散而不利于管理。
71.可选地，如图1所示，第三油道53和第四油道54沿第一转子20的轴向间隔分布。
72.其中，第三管道在叶片外支撑21中需要横向跨越叶片内支撑22后，分别与第一腔体41和第二腔体42连通，第四油道54在叶片外支撑21中需要横向跨越叶片内支撑22后，分别与第二腔体42和第四腔体44连通。因此，将第三油道53和第四油道54设置在第一转子20的不同径向横截面上，以避免第三油道53和第四油道54相互干扰。
73.本公开实施例提供的摆动油缸能实现大于360
°
的往复摆动。并且，用于安装第一密封环61和第二密封环62的安装槽71的槽形简单，便于定子10、第一转子20和第二转子30之间密封环的安装。在叶片内支撑22的表面安装有缓冲垫72，可以削弱转子叶片支撑31对叶片内支撑22造成的碰撞冲击，进而提高摆动油缸的使用寿命。
74.同时，该摆动油缸可根据使用工况的需要，对于同一结构尺寸的摆动油缸，通过设置安装槽71的大小、数量，或安装槽71的槽深和密封环的厚度，以实现调整摆动油缸不同大小的极限压力或额定压力。摆动油缸在工作时，能够在启动压力较小的情况下达到较大的额定压力。且摆动油缸可应用于额定压力范围较广的工况，在较小负载情况下，较低的油压推动第二转子30往复摆动，在较大负载情况下，先由较低的油压推动第二转子30往复摆动，当液压油充满第一转子20的内腔时，较高的第一转子20和第二转子30往复运动。
75.本公开实施例提供了一种液压系统，该液压系统包括液压泵组和如前文所述的摆动油缸，液压泵组具有两个输油管道，一个输油管道与第一油道连通，另一个输油管道与第二油道连通。
76.示例性地，该液压系统可以是控制液压重载机械臂或是挖掘机等机械设备的液压系统。
77.以上，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。