CN1218155A - 液压偶合式传动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传动领域内一种通用的可无级变速的液压传动方法。本发明的技术方案是:利用液压泵的结构和工作原理以液压泵的“转子”和“定子”做为传动机构的主、从动转子或相反,通过控制循环流动的工作液流量或液压泵的工作容量来实现主、从动转子间无级变速,变速范围接近0－100%,效率高,用途广,易实现标准化、系列化。

Description

液压偶合式传动方法

本发明涉及动力机械液体传动领域内一种通用的可无级变速的液压传动方法。

目前液体传动可无级变速的方法有液力传动和液压传动两种，液力传动如液力偶合器是以液体为介质，把液体的动能转化为机械能，液压传动是用密封在系统中的液体作为介质，依靠液压传递机械能，一般是通过液压泵和液压马达共同实现的(根据李贤主编，重庆大学出版社出版的《液压传动与控制》)这些传动设备的主要缺点是构造复杂，体积大，造价高，效率低，因此这些传动设备在许多领域并不能广泛使用。

液控行星转式无级变速方法(根据中国专利《液控行星轮式无级变速方法》申请号96122554.8申请时间96.10.12)是利用齿轮泵结构，以齿轮泵的一个齿轮为主动转子，其它齿轮以行星轮的形式与外壳一起构成从动转子通过阀门控制齿轮泵的工作液循环流量来实现主从动转子间的无级变速，其实质上是一种齿轮泵式液压偶合器，其结构虽然简单、体积小、造价低，但漏流损失大，效率很难提高，实用性不强。

本发明的目的是将齿轮泵偶合式传动原理扩展到所有液压泵，形成一种系列性的液压偶合式传动方法。本发明的技术方案是：一种液压偶合式可无级变速的传动方法，利用液压泵的结构和工作原理，以液压泵的“转子”和“定子”做为传动机构的主、从动转子或相反，即“定子”不固定，“转子”和“定子”通过转差使工作液产生压力和流量。液压泵的出口通过流量调节件，管道和其他工作液体通道与“液压泵”的入口相连形成循环通道，从而形成液压偶合机构。

根据液压泵的工作原理，理论上液压泵的流量与液压泵主、从动转子之间的相对转速和工作容量成正比，反之，对于液压泵式偶合器，当改变其工作液循环流量或改变泵的工作容量时就可以控制主、从动转子之间的相对转速，从而实现主、从动转子之间的无级变速。无级变速的控制装置基本上可分为两种，一种就是直接用节流阀作为流量调节件来控制工作液循环流量，行星轮式无级变速方法的专利说明书对这一方法作了详细介绍，其他液压泵式偶合器采用这种方法时原理基本一样；另一种方法就是使用液压马达作为流量调节件来控制工作液体循环流量，液压马达的转子与从动转子同轴固定。液压泵出口管与液压马达入口相连，液压马达的出口通过其它工作液通到与液压泵入口相连即液压泵和液压马达工作液流量相同，设主从动转子的转速为n1、n2，液压泵，液压马达的工作容量(这里工作容量是指液压泵或液压马达工作时每转一周所通过的工作液体的有效容积)为v1和v2，则有：

v1(n1-n2)=v2n2

即：   n2/n1=v1/(v1+v2)

因此只要采用变量泵和变量马达就可实现主、从动转子间0-100％范围的无级变速，而且液压偶合器增设液压马达代替节流阀虽然设备复杂了，但是避免了节流损失，把主从动转子在传递轴功时产生的液压能通过液压马达传递给从动转子，使液压偶合器在不计轴承、密封等机械损失，传动效率理论值可达到100％，这是液力偶合器所无法实现的。另外，为实现最大转速比，液压马达工作容量变为最小时，为使其容积损失也变为0，可在“液压泵”出口增设阀门完全切断工作液流体进入液压马达的通路(附图中没给出)，提高最大转速比传动时的传动效率。

本发明的优点是：

(1)巧妙地利用了液压泵结构和工作原理，构成液压偶合式传动机构，因液压元件已实现标准化、系列化，因此液压偶合器易实现标准化、系列化。

(2)和液力偶合器相比传动效率理论值可达100％，属于高效率传动，不需增设复杂的冷却和润滑设备及管路系统，使设备成本大幅度降低，实用性显著增强。

(3)因工作液流量随转速比增大而减小，流动损失随之减小，与液压泵和液压马达组成的传动装置相比不仅结构简单，更适合高转速比或主要工作范围为高转速比的传动。

(4)变速范围可实现0-98％。

(5)因液压泵和液压马达形式多样，可适应多种工作条件，因此液压偶合式传动方法在此基础上必将有更广泛的用途，除叶片式、轴向柱塞式以外，还有径向柱塞式等液压泵和液压马达都可以互相构成不同用途的液压偶合机构。

(6)液压偶合式的结构特点可实现液压泵和液压马达同时向从动轴传递扭矩，即二者同时承担轴动，因此同等条件下与液压泵和液压马达直接组合的传动方法相比，设备承受的压力小，改善了工作条件，延长了使用寿命。

(7)液压偶合式传动方法效率高，结构简单，可设计定转速比的液压偶合器，可代替齿轮式或其它减速机工作，既节省钢材、空间，又可减小噪音。

本发明的附图说明：

图1、图2和图3共同组成由定量叶片泵与变量叶片马达构成的叶片式液压偶合器的原理图。图1为总结构简图；图2、图3分别为图1的A向、B向视图，主要表示配流面结构原理。

图4为动量叶片泵和动量叶片马达构成的叶片式液压偶合器的结构简图。

图5和图6共同组成由定量轴向柱塞泵与变量轴向柱塞马达构成的轴向柱基式液压偶合器的原理图。图5为总结构简图，图6为配流原理图。

图7为轴向柱塞式液压偶合器的主动转子倾角一种连杆式控制机构简图。

图8为轴向柱塞式液压偶合器的主动转子倾角由离心飞锤自动控制机构简图。

图9为轴向柱塞式液压偶合器的主动转子倾角由伺服变量机构自动控制机构简图。

结合附图及实施例进一步说明本发明：

实施例1：包括附图1、附图2、附图3和附图4，其工作原理是主动轴7带动主动转子6使液压泵产生的压力油通过压油月牙槽12、压油窗口13和15以及压油槽14与液压马达进油窗口11导通进入液压马达进油月牙槽10，使液压马达转子4拖动从动轴2转动，液压马达的回油通过其回油月牙槽9经过回油窗口8与液压泵吸油槽16导通，经回油窗口17与叶片泵吸油月牙槽18导通，完成叶片式液压偶合器的工作油路循环。主动转子6在转动时通过液压作用由液压泵外壳5和液压马达转子4同时对从动轴产生转矩，共同完成传动任务。传动机构的无级变速是由手柄1和液压马达定子3偏心度的改变来完成的，无级变速的范围由叶片泵工作容量v1和叶片马达工作容量v2变化范围决定，但实际使用时调速范围有限，为使无级变速的范围扩大到0-100％，可采用变量叶片泵(如附图4)，其外壳的偏心度由自身产生的离心力和弹簧20控制，为使泵和马达良好配油，增设配油环19，其配油原理与上述相似。工作中当v2增大时，v1自动减小，v2减小时，v1自动增大，这样调速范围扩大到接近0-100％。

实施例2：包括附图5、附图6、附图7、附图8和附图9，液压偶合式传动机构是由轴向柱塞泵和柱塞马达组成，二者的柱塞处同一缸体26上，开口反向，主动转子25转动时，液压泵由斜盘25与弹簧29带动柱塞27工作，通过单向阀28导向，将配油套筒23表面上吸油环形槽31内的工作油压向配油套筒表面上的压油环形槽30内，为液压马达提供压力油。配油套筒23利用内部通道将压油环形槽30与压油月牙槽33导通，将吸油环形槽31与吸油月牙槽32导通，柱基马达的每个油缸由对应的配油管配油，一端在泵侧与液压马达油缸导通，另一端开口，在液压马达侧沿径向布置，开口沿着配油套筒23的月牙槽表面随缸体一起旋转，当开口转到压油月牙槽33时，导油管将压力油导入液压马达油缸，使液压马达通过柱塞24与斜盘21相互作用对从动转子26产生转矩，当开口转到吸油月牙槽32时，导油管将液压马达油缸退出的工作油导入吸油月牙槽。主动转子25转动产生压力油的同时，也向从动转子26产生转矩，完成传动任务。传动机构的无级变速是通过控制机构(附图中未给出)控制斜盘21沿从动轴22的倾角大小实现的，无级变速的范围由液压泵工作容量v1和液压马达工作容量v2的变化范围决定，但同样调速范围有限，为使无级变速的范围扩大到0-100％，应采用变量轴向柱塞泵，通过泵和马达的变量的共同作用实现变速调节，其具体方案有：

1、主动转子斜盘相对转轴倾角的变化，由布置于主动轴上的滑块的轴向位移通过连杆机构控制(如附图7)。

2、主动转子斜盘对转轴倾角的变化，由布置于从动转子缸体上的离心飞锤35和弹簧34，随着从动转子转速变化通过连杆机构共同自动控制(如附图8)。

3、主动转子斜盘与转轴的倾斜度的变化，由布置于从动转子缸体上的液压伺服变量机构通过连杆机构自动控制(如附图9)，伺服变量机构的伺服滑阀机构36沿缸体径向布置，变量活塞37沿轴向布置；工作液取自配油套桶23，经伺服滑阀机构控制导入变量活塞缸内，伺服滑阀机构通过感应从动转子转速变化产生的离心力变量决定其对油路控制，进而控制变量活塞37的轴向位移，通过连杆机构自动控制液压泵的斜盘对转轴的倾角，实现对液压泵工作容量的控制(这里变量活塞对伺服滑阀机构的反作用机构附图中略)。

综上所述，工作中当v2增大时，V1相应自动减小；V2减小时，v1相应自动增大，这样调速范围扩大到接近0-100％。

Claims (9)

1、一种液压偶合式传动方法，使用液压泵结构形成液压偶合式传动机构，其特征是：以液压泵的“转子”和“定子”作为偶合式传动机构的主、从动转子或相反，液压泵的出口通道装有流量调节件，通过控制工作液流量或液压泵的工作容量来实现主、从动转子间转速比。

2、如权力要求1所述方法，其特征是：液压偶合式传动机构的流量调节件为阀门。

3、如权力要求1所述方法，其特征是液压偶合式传动机构的流量调节件为液压马达，液压马达的转子与从动转子同轴固定。

4、如权力要求3所述方法，其特征是：液压偶合式传动机构由“叶片泵”和变量叶片马达组成，以叶片泵的“转子”为主动转子，其“定子”即外壳为从动转子；叶片马达的转子固定在从动轴上，通过调节液压马达的偏心度来实现对工作液流量的控制。

5、如权力要求4所述方法，其特征是：叶片泵为变量液压泵，其变量由泵外壳受离心力作用自动产生径向位移改变偏心度来实现。

6、如权力要求3所述方法，其特征是：液压偶合式传动装置由轴向柱塞泵和变量轴向柱塞马达组成，以柱塞泵的斜盘为主动转子，缸体为从动转子；柱塞马达的缸体与柱塞泵的缸体为一体，柱塞装配方向相反。

7、如权力要求6所述方法，其特征是：主动转子斜盘相对转轴的倾角可变化，其变量由可产生轴向位移的滑块通过连杆机构控制。

8、如权力要求6所述方法，其特征是：主动转子斜盘相对转轴的倾角可变化，其变量由布置于从动转子缸体上的离心飞锤随着从动转子转速变化通过连杆机构自动控制。

9、如权力要求6所述方法，其特征是：主动转子斜盘与转轴的倾斜度可变化，其变量由布置于液压偶合式传动装置上的液压伺服变量机构通过连杆机构自动控制，伺服变量机构的伺服滑阀布置于从动转子缸体上通过感应转速变化使其引起的离心力变量，控制液压伺服变量机构自动工作。

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