CN1186173A - 叶片式机械 - Google Patents

Abstract

提出了一种结构简单的叶片式机械,它在高效率、低磨损和长寿命的情况下具有高的工作压力。为达到这一切采取的措施是,尤其在叶片(15)的换向阶段,至少部分降低在叶片(15)两端(16、18)引起磨损的压力差。为此,在叶片式机械中组合一个无阀门弹簧的滑阀(35)。它根据叶片式机械的系统压力,将此系统压力与在换向阶段将叶片(15)压靠在升降环(20)上的那个压力之间调整为恒定的压力比。这一压力比可以使叶片(15)在其换向阶段内即使在高的系统压力时压靠在升降环(20)上,也不会由此产生不可控制的摩擦。

Description

叶片式机械

本发明涉及一种按权利要求1所述类型的叶片式机械。

此类结构的叶片式机械并结合下列认识，即，通过系统压力作用在叶片内端可以避免叶片从造成往复直线运动的壁上刮削，这些都是众所周知的。

然而叶片用系统压力加载是有缺点的，作用在叶片上的有效液压力限制了叶片式机械的最大可能的系统压力。更高的系统压力在叶片外边缘与造成往复直线运动的壁之间产生摩擦，这种摩擦超过了这两种构件的材料的负荷能力极限。其结果是造成磨损并因而缩短叶片式机械的使用寿命。

因此在DE-OS 1728268中公开的叶片式机械中建议，一旦叶片进入其吸入阶段，借助一个调压阀将作用在叶片上的压力降低到一个与工作条件无关的恒定的中间压力。有一个与阀门弹簧配合工作并因而对于压力比的变化反应比较慢的滑阀的调压阀，组合在叶片式机械的外壳中。因此，叶片式机械的使用条件可朝提高系统压力的方向扩展。当然，确定的中间压力仅仅调谐在叶片式机械的一个工作点上。因此只允许离这一工作点不远，以免引起有关摩擦、磨损或效率方面的缺点。

相比之下，本发明以下列认识为基础：叶片外端和造成往复直线运动的壁之间的磨损现象归诸于在叶片两端之间尤其在其换向阶段出现的压力差。在这种换向阶段中，叶片外端不作用液压力。叶片里端则相反受高压作用，以保证叶片压靠在造成往复直线运动的壁上。

本发明的叶片式机械设计成，使这一压力差尽可能小，也就是说，叶片持续地处于近似于压力平衡的状态。

这主要通过一个组合在叶片式机械外壳中的滑阀来达到。此滑阀在叶片的换向阶段将作用在叶片里端上的压力暂时降低到一个取决于叶片式机械瞬时系统压力的值。

系统压力与此降低后的压力之间的比值根据滑阀的面积比而保持为常数，并通过一较长的系列试验测定。这一压力比保证在叶片式机械的一个宽大的工作范围将叶片压靠在造成往复直线运动的壁上，与此同时不会导致在叶片的外端或在造成往复直线运动的壁上产生磨损问题或密封问题。

工作状态的波动通过滑阀比较快速地得到控制。因此，叶片式机械可以在一个异常高的压力范围内工作。

在叶片的吸入或压出阶段，为了保证压力平衡，将与叶片里端连接的在转子一侧的压力腔和与叶片外端连接的在外壳一侧的压力腔通过支路互相连接起来。

因此，在叶片两端的压力平衡在已知的叶片式机械现有的构件上可采用能比较简单和廉价地实现的措施来达到。此外，这些措施的效果与压力介质的粘度无关，无需调整，也不受疲劳现象或污染的影响。

本发明其它的优点和有利的改进结构可见从属权利要求或说明书。

例如可以考虑采用这样一种叶片式机械，其中，滑阀只是在叶片的两个换向阶段才以降低了的系统压力作用在叶片的里端。此外，叶片的里端上也可以在两个换向阶段作用全部系统压力。这就进一步地简化了叶片式机械的结构。

叶片端部的压力平衡在第二个换向阶段通过在叶片外端特殊的叶片几何形状来达到。

附图表示了本发明的实施例，并在下面的说明书中详细介绍。

图1表示一种叶片式机械的传动机构前视图，用于说明工作方式；为了简化起见，图中没有表示围绕着传动机构的外壳；

图2示意表示了叶片式机械的内部液压回路；

图3表示按图2的滑阀作为单独的组件的纵剖面；此滑阀处于其中立位置。

图1表示叶片式机械的传动机构10，它以传统的方式装在图中没有表示的外壳的槽内。传动机构10有一个转子12，它传扭地装在一根传扭轴13上，并与轴13一起顺时针旋转。转子12沿其圆周有角向距离均匀排列的径向槽14，叶片15可在槽中运动和导向。叶片15位于转子12内部的第一端16与径向槽14的壁一起构成压力腔17的边界。与叶片15第一端16相对并从径向槽14伸出的叶片15的第二端18支靠在一个升降环20的内壁19上，此升降环20在圆周一侧围绕着转子12。此第二端18有一个朝转子12旋转方向下斜的端面，并因而沿一条较窄的密封接触线22压靠在升降环20上。此升降环20可相对于转子12作轴向移动，从而可以无级地调整升降环20与转子12之间的偏心距23。由于偏心距23而在转子12与升降环20之间形成的新月形间隙24被转子12的叶片15分为一个个工作腔25。在转子12旋转一圈的过程中，由于叶片15在偏心的升降环20的迫使下进行的往复直线运动，使这些工作腔25经受容积的改变。这种容积改变在工作腔25中造成负压或过压，由于这种压力，压力介质从图中没有表示的叶片式机械的第一连接端流向第二连接端。叶片式机械的第一和第二连接端通过图中看不见的通入肾形流动槽26-27中的压力介质连接通道，与叶片15之间的工作腔25连通。流动槽26、27制在一个盖28上面朝转子12的一个内侧。盖28封闭住工作腔25和图中没有表示的外壳中槽的端面。彼此独立的流动槽26、27在它们的纵向沿一个共同的圆形轨道围绕着转子12的中心线。其中，此圆形轨道的半径与升降环20和转子12之间的间隙24的位置相匹配。这两个流动槽26、27沿它们的纵向各通过约4个工作腔25延伸。

如图2所示，在盖28面朝转子12的内面上，在两个流动槽26、27旁制有三个平衡槽30、31、32。这些平衡槽30、31、32在空间上互相分开，并沿一个共同的圆弧延伸。这一圆弧设置为与流动槽26、27的圆弧同心。平衡槽30、31、32的圆弧半径小于流动槽26、27的圆弧半径，并选择为使这些平衡槽30、31、32能与转子12的压力腔17在工作上连接起来。

流动槽26、27的范围和平衡槽30、31、32的范围以及它们彼此的定位，由升降环20可相对于转子12移动的方向和转子12的旋转方向决定。转子12旋转一圈，对于叶片15可分为一个吸入阶段、一个压出阶段、以及两个在它们之间的换向阶段。取决于各个阶段，在叶片15上作用有不同的机械力和液压力。

流动槽26、27和平衡槽30、31、32的排列和设计，目的在于在转子12转一圈的过程中在叶片15上达到力的平衡。因此就有可能使叶片式机械朝更高的系统压力方向扩展工作范围。

在吸入阶段，此时叶片15首先位于其里面的换向点并从那里起径直朝其外面的换向点方向移去，为此，与叶片式机械吸入侧连接端连接的流动槽27起作用。此流动槽27大约始于叶片15内换向点后30度，并终止于叶片15的外换向点前约20度。

平衡槽31通过支路33与流动槽27连通。因此在流动槽27中以及在平衡槽31中都处于共同的吸入侧的压力水平。平衡槽31始于沿转子12的旋转方向看在流动槽27起始点后约15度，并终止于流动槽27终点前约15度。

紧接在吸入阶段之后进行的换向阶段中，叶片15越过流动槽27和与之连接的平衡槽31，并进一步朝其外换向点方向移动。

随着越过此外部换向点，便开始紧接着的压出阶段。此时，转子12的压力腔17首先与平衡槽30连通，在平衡槽30中所存在的是叶片式机械压力侧连接端的高的压力水平。因此将叶片15压靠在升降环20上。

由于在升降环20与转子12之间存在偏心距，所以使叶片进一步朝其内换向点方向移动。此时，与叶片式机械压力连接端连通的流动槽26起作用。流动槽26始于沿转子12的旋转方向看在平衡槽30之后约30度。流动槽26的终端和平衡槽30的终端位于沿旋转方向的相同高度上，在叶片15内换向点前约15度处。一个封闭的环形槽29与此平衡槽30连通。在此环形槽29中高的压力水平将转子12压向图中看不到的叶片式机械的外壳，并因而在端面密封住这些工作腔25。环形槽29设计为与平衡槽30、31、32同心，并具有一个小于它们的半径。

紧接着压出阶段的是叶片15的第二换向阶段。在此第二换向阶段，叶片15的外端18越过流动槽26的终端和平衡槽30的终端，就位于叶片内换向点之前。现在，平衡槽32起作用。此平衡槽32沿转子12的旋转方向隔一个小的距离与平衡槽30连接，并通过一条示意表示的连接通道34由滑阀35供入压力介质。用于调整在平衡槽32中所存在的压力水平的滑阀35通过一条简化表示的供入通道36与流动槽26连通。

在图3中详细表示的滑阀35有一个圆柱形壳体40，壳体40有一个偏心地设置的通孔41。平行于滑阀10纵轴线延伸的通孔41一共分为三段42、43、44，它们分别有不同的内径。在壳体40第一端处的起始段42具有最小的内径，并构成滑阀35的进口46。与起始段42相连的是一个较短的具有较大内径的中段43，它过渡到端段44。端段44一直延伸到滑阀35的第二端47，并具有一个在起始段42的内径与中段43的内径之间的内径。

在壳体40的圆周上有一些环形通道，它们起滑阀35的回流通道50和控制通道51的作用，并借助于径向孔49与通孔41连通。回流通道50和控制通道51安排在不同的但总是垂直于通孔41延伸的平面中。控制通道51的平面位于通孔41起始段42的范围内，而回流通道50的平面位于通孔41端段44的范围内。控制通道51通过一个在滑阀35底侧端47上的平行于通孔41设置的纵向通道52与通孔41连通。

回流通道50和控制通道51对外和彼此之间通过密封件53密封，密封件53装在圆周侧的密封槽54中。

为了调整进口46中的压力水平与滑阀35控制通道51中的压力水平之间的压力比，在此通孔41内导引一个可移动的阀门滑阀55。此阀门滑阀55由调整滑阀56和压力活塞57组成。它们的外径与通孔41的起始段42或端段44的直径相匹配，调整滑阀56和压力活塞57在这些区段中被导引。

调整滑阀56设计成骨骼形并有两个外径扩大的端部58、59以及一个外径缩小的中部60。两个端部58、59用于调整滑阀56在通孔41中导向，并制有一些环形的润滑油槽61。在调整滑阀56两个端部58、59上的支路62或削平面63，用于保证压力介质流入由通孔41的壁和第一个滑阀部分56的中部60作为边界构成的中间腔64，或从此中间腔64流出。在调整滑阀56的中部60设计有两个凸缘65、66，它们将中间腔64分割为几个室。凸缘65、66的相互排列和间距，与在这一区内流入壳体40通孔41中的控制通道51的位置和直径相匹配。凸缘65、66面朝滑阀第一部分56端部的外边缘67、68，与控制通道51的径向孔在通孔41内的口处形成的边缘69一起构成了一个进口端的控制节流器72，以及构成一个与之连接的回流端的控制节流器73。在滑阀55处于中立位置时，这两个控制节流器72、73都关闭。

压力活塞57有一个其外径与通孔41最大的内径相配的导引部分75，为了改善压力活塞57在通孔41中的滑动特性，此导引部分75上制有一些环形的润滑油槽74。与导引部分75相连的是沿其纵向朝着两端的外径较小的顶杆76。压力活塞57通过其两个顶杆76中一个的端面支靠在控制滑阀56上，其中，此支靠位置位于一个在通孔41中段43范围内垂直于通孔41延伸的平面内。顶杆76的长度和滑阀35回流通道50的位置应彼此协调，使得在阀门滑阀55的任何调整位置，在通孔41的中段43与回流通道50之间，在壳体40内存在一个通路77。

在液压回路中这种结构的滑阀35将进口46中的压力与控制通道51中的压力之间控制为一个恒定不变的压力比，亦即与进口46中的压力大小无关。

下面说明此滑阀的作用方式，在这里首先从这样的情况出发，即，迄今由液压系统的增压器提供的系统压力朝着更高的压力水平方向改变。

提高了的系统压力通过滑阀35的进口46作用在阀门滑阀55向外伸的第一压力面上，并使此阀门滑阀55由于受到更大的压力而从它的中立位置移出。因此在中立位置封闭的进口端控制节流器72被打开，于是压力介质可通过在调整滑阀56向外伸的端部58中的支路62流入中间腔64并在那里受到节流，也就是说以降低了的压力流向控制通道51和纵向通道52。由于纵向通道52在滑阀35的底侧端47处与通孔41连通，所以在纵向通道52内的压力也作用在阀门滑阀55向外伸的第二压力面上。由于外径不同而在阀门滑阀55第一和第二压力面之间形成的面积差造成的压力差，改变了阀门滑阀55的位置并因而改变了进口端控制节流器72的截面，直至重新在阀门滑阀55上建立力的平衡。在此力的平衡状态下阀门滑阀55处于其中立位置，也就是说，控制节流器72、73重新关闭，以及，重新建立起在进口46的压力与控制通道51的压力之间的压力比。这一压力比和阀门滑阀55第一与第二压力面承压面积之间的比值成反比。尽管现在系统压力以及控制压力比先前具有了一个更高的压力水平，但是系统压力与控制压力之间的比例仍保持不变。

在由增压器提供的系统压力降低的情况下，相应地减小了作用在阀门滑阀55第一压力面上的压力。由此破坏了在阀门滑阀55上的力的平衡，导致阀门滑阀55朝壳体40第一端45的方向改变位置。因此打开了回流端控制节流器73。在控制通道51中存在的压力介质通过此控制节流器73流入回流端凸缘66与阀门滑阀第一部分56的第二端59之间的室内，再从那里沿削平面63流入通孔41的中段43。压力介质从中段43起，沿阀门滑阀第二部分57的顶杆76与通孔41的壁之间的通路77到达回流通道50。通过排出压力介质，降低了控制通道51内的压力，并因而也降低了在滑阀35纵向通道52内的压力。于是，作用在阀门滑阀55第二压力面上的压力也同时减小。这一调整运动在阀门滑阀55上达到力的平衡时结束。在这一状态，两个控制节流器72、73重新被阀门滑阀第一部分56的凸缘65、66关闭。现在，系统压力以及控制压力处于一个与先前相比为较低的水平，但这两个压力之间的压力比仍保持常数不变。

在按本发明的叶片式机械中使用这种滑阀35时，所介绍的调整特性将在叶片式机械的平衡槽32中造成一个控制压力，它的大小取决于系统压力，但与此同时与系统压力建立一个确定的压力比。鉴于在阀门滑阀55处的面积比，所以这一压力比取值在0.6与0.8之间的范围内，最好为0.7。因此，在此最佳实施方案中，控制压力始终比系统压力小30％。

这一参数的背景是考虑到一种由先有技术已知的叶片式机械的叶片15上的力的关系，这一力的关系是叶片15从换向阶段向其压出阶段过渡时刻或相反过程的过渡时刻产生的。

首先说明从换向阶段向压出阶段的过渡。

在这一状态下，叶片15的里端16已受到系统压力，以保证其压靠在升降环20上。叶片15沿转子12旋转方向走在前面的前侧，在进入流动槽26中时受到在那里存在的高压的作用，而在此期间在其走在后面的背侧还没有压力作用。由于这一压力作用导致叶片15在其径向槽14内进行逆转子12旋转方向的倾斜运动。由此倾斜运动引起的作用在叶片15上的摩擦力妨碍叶片在升降环20的偏心距23作用下强迫进行的向内运动，或在极端情况下完全抑制了这一向内运动。因此，在升降环20上形成一个磨损标志，这一标志一直延伸到叶片15背侧也受系统压力加载时为止。现在，叶片15没有横向力地在径向槽14中定心。

在从高压过渡到换向阶段时，在叶片15沿转子12旋转方向走在前面的前侧上，在其外端18区域内已经不再作用有压力，而沿旋转方向走在后面的背侧则在此期间仍受系统压力的作用。这就再一次地导致叶片15在转子12径向槽14内作倾斜运动。在此换向阶段沿转子12旋转方向进行的这一倾斜运动，再次在叶片15两侧造成摩擦力，它与转子12旋转运动引起的作用在叶片15上的离心力作用相反，并因而阻止叶片向外运动。为了尽管如此仍能保证叶片15的外端18压靠在升降环20上，在换向叶片15的里端16上用系统压力加载。当然，此叶片式机械本身可能处于这样一个工作状态下，即此时作用在叶片15里端16上的系统压力大到使叶片在升降环20上的压力导致这两个构件之间产生不希望的磨损。

在叶片15外端面采用一个斜面，可以做到至少在两个换向阶段之一中避免在升降环20上的磨损。此斜面的作用是，一旦叶片15进入或退出处于系统压力下的流动槽26，就在叶片15的端面施加一个起稳定作用的横向力。这一横向力无论与作用在叶片15里端16上的力还是与作用在叶片15上的倾侧力都是反向作用的，并因而减轻了应对升降环20上的磨损负责的这些力的作用。

叶片15外端面上斜面的方向决定了这一措施发挥作用的那个换向阶段。在相反的换向阶段，此时作用在叶片15侧面上的压力关系反向，故不能获得这一效果。在相反的换向阶段，此斜面甚至可能引起升降环20与叶片15之间更为严重的磨损，因为叶片15只是以一个狭窄的支承面压靠在升降环20上，并相应地受到一个更高的单位面积压力。

因此建议，在此相反的过渡阶段，使作用在叶片15里端16上的压力相对于系统压力回退。为了避免在系统压力波动时造成这种系统压力的回退有很大的差别，在控制压力与系统压力之间的比值应始终保持不变。采用上面已介绍的滑阀35便能达到这一目的。

当然，可以在不偏离本发明思路的情况下对所介绍的实施例进行修改或改善。

例如可以设想叶片式机械没有平衡槽30、31，它们是用来在吸入或压出阶段内保证叶片15上的压力平衡的。在这种情况下，压力平衡通道30、31的作用由制在叶片15本身内或制在转子12径向槽内的一些槽来承担，这些槽通过压力腔17与流动槽26、27连通，所以此压力水平也从叶片15的外端18传到叶片的里端16上。

此外，在叶片15从它的吸入阶段向压出阶段换向时，在叶片端部16、18上的压力平衡也可以这样来达到，即，在盖28中制有第二平衡槽32，它以一个与系统压力有关的降低了的压力作用在控制通道51内。在这种情况下应相应地缩短所存在的受系统压力作用的平衡通道30，此时叶片15外端面上的斜面则可以取消。

Claims (9)

1.作为泵或马达的叶片式机械，有一个外壳，外壳内腔装有传动机构(10)，该传动机构有一个可旋转地支承着的转子(12)，该转子的圆周制有一些径向槽(14)，叶片(15)可在槽(14)中导向地移动，叶片(15)以其位于径向槽(14)里面的第一端(16)与径向槽(14)的壁共同构成压力腔(17)的边界，压力腔(17)通过至少一条在外壳一侧延伸的第一平衡通道(32)加压，叶片(15)以其从径向槽(14)伸出的第二端(18)支靠在壁(19)上，在转子(12)旋转一圈的过程中，壁(19)迫使叶片(15)作往复直线运动，并与此同时迫使叶片(15)之间构成的工作腔(25)改变体积，其结果是使一种压力介质从叶片式机械的第一连接端流往第二连接端，其特征为：至少一条在外壳一侧的平衡通道(32)设计为，当叶片(15)至少经过它的一个换向阶段时，使在压力腔(17)内的压力介质以一个中间压力向该叶片(15)在里面的第一端(16)加载，此中间压力的大小与系统压力的大小有关并可通过一个组合在叶片机械外壳内的滑阀(35)进行控制；滑阀(35)将系统压力与中间压力之间调整为一个恒定的压力比。

2.按照权利要求1所述的叶片式机械，其特征为：作用在叶片(15)上的中间压力小于系统压力；由滑阀(35)所调整的压力比取一个值为从0.6至0.8范围之内，尤其为0.7。

3.按照权利要求1或2所述的叶片式机械，其特征为：滑阀(35)在无阀门弹簧的情况下工作；滑阀(35)的有效压力面的尺寸，根据系统压力与中间压力之间的压力比来确定。

4.按照权利要求1至3之一所述的叶片式机械，其特征为：除平衡通道(32)之外，至少还设有两条附加的在外壳一侧的平衡通道(30、31)，它们通过分路(33)各与叶片式机械的两个连接端之一连接；这两条附加的平衡通道(30、31)彼此安排成这样，即，当叶片(15)经过一个由造成往复直线运动的壁(15)引起的吸入或压出阶段时，使叶片(15)的第一与第二端(16、18)之间处于压力基本平衡的状态。

5.按照权利要求1至3之一所述的叶片式机械，其特征为：叶片式机械的传动机构(10)具有沿径向延伸的槽，它们控制叶片(15)第一端(16)与第二端(18)之间的连通，使得在叶片经过一个由造成往复直线运动的壁(19)引起的吸入或压出阶段时，叶片(15)处于压力平衡状态。

6.按照权利要求1至5之一所述的叶片式机械，其特征为：叶片(15)从转子(12)伸出的第二端(18)制有一个斜面，它从叶片(15)的一个侧面延伸到相对的那一侧面。

7.按照权利要求6所述的叶片式机械，其特征为：斜面沿叶片(15)的回转方向下斜，以及斜面有修圆的边缘。

8.按照权利要求1至7之一所述的叶片式机械，其特征为：滑阀(35)装在外壳的盖(28)内。

9.按照权利要求1至8之一所述的叶片式机械，其特征为：叶片式机械是可调的，为此它有一个升降环(20)，升降环(20)可改变其相对于转子(12)的偏心距(23)。

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