JP4124715B2 - Swash plate type hydraulic pump / motor - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、農業機械、産業車両、建設機械の走行装置の無段変速機として、ハイドロスタティックトランスミッション(以下HST)に適用可能な斜板型液圧ポンプ・モータの改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement of a swash plate type hydraulic pump / motor applicable to a hydrostatic transmission (hereinafter referred to as HST) as a continuously variable transmission for a traveling device of an agricultural machine, an industrial vehicle, or a construction machine, for example.
HSTの基本形は可変油圧ポンプと固定油圧モータを組合せたもので、ピストン式の場合、油圧ポンプの傾転角を変化させて吐出量を0〜±最大吐出量にすることで、油圧モータの出力回転速度を変え、車両の場合は停止から前後進の最高速度まで無段変速することができる。 The basic form of HST is a combination of a variable hydraulic pump and a fixed hydraulic motor. In the case of a piston type, the output of the hydraulic motor is changed by changing the tilt angle of the hydraulic pump to make the discharge amount 0 to ± maximum discharge amount. By changing the rotation speed, in the case of a vehicle, it is possible to continuously change the speed from the stop to the maximum forward / reverse speed.
HSTの油圧ポンプまたは油圧モータとして、一般的にはシリンダブロックの片側のみにピストンを収める従来の非対向式ピストンモータが用いられている。 As a HST hydraulic pump or hydraulic motor, a conventional non-opposing piston motor that accommodates a piston only on one side of a cylinder block is generally used.
しかし、車両の要求する速度が高速になったり、あるいは駆動力が大きくなった場合、HSTの油圧ポンプと油圧モータの容量増加が必要となるが、そうすると油圧機器が大型化し、効率やコスト上も不利となる。 However, if the speed required by the vehicle becomes high or the driving force becomes large, it is necessary to increase the capacity of the HST hydraulic pump and hydraulic motor. Disadvantageous.
そこで、HSTの油圧ポンプまたは油圧モータとして、例えば特許文献1に開示された対向式斜板型液圧ポンプ・モータを用いることが考えられる。 Therefore, it is conceivable to use, for example, an opposed swash plate type hydraulic pump / motor disclosed in Patent Document 1 as an HST hydraulic pump or hydraulic motor.
図9に示すように、この対向式斜板型液圧ポンプ・モータ100は、複数組の第一、第二ピストン101,102をシリンダブロック103に収装し、このシリンダブロック103の回転に伴って第一、第二ピストン101,102が第一、第二斜板105,106に追従して互いに対向するように往復動し、容積室104を拡縮するようになっている。
As shown in FIG. 9, the opposed swash plate type hydraulic pump /
作動油は第一斜板105の通孔110、バルブプレート108に開口した制御ポート111,112、シュー109の通孔113、第一ピストン101の通孔114等を通って給排される。
The hydraulic oil is supplied and discharged through the through
対向式斜板型液圧ポンプ・モータ100は、シリンダブロックの片側にピストンを収装する従来の非対向式ピストンポンプ・モータに比べて、損失を増やさず容量を増やすことができる。
しかしながら、対向式斜板型液圧ポンプ・モータ100は、作動油が第一斜板105、バルブプレート108、シュー109内を通して作動油を給排する構造のため、第一斜板105の傾転角度を変えて容量を可変とする構造に変更することが難しいという問題点があった。
However, the opposed swash plate type hydraulic pump /
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、小型のまま実用的な容積比を大きく取れる斜板型液圧ポンプ・モータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a swash plate type hydraulic pump / motor that can take a large practical volume ratio while being small.
第1の発明は、複数組の第一、第二ピストンを収装し容積室を画成するシリンダブロックと、このシリンダブロックの回転に伴って容積室を拡縮するように第一、第二ピストンを互いに対向して往復動させる第一、第二斜板と、この第一、第二斜板を傾転可能に支持する第一、第二斜板軸受と、第一、第二斜板をそれぞれ傾転させる斜板駆動手段と、第一ピストンに連結されるシューと、このシュー及び第一斜板に摺接してシリンダブロックと共に回動するポートプレートと、第一斜板軸受に開口する軸受貫通ポートと、第一斜板に開口しこの軸受貫通ポートに連通する給排ポートと、ポートプレートに開口しこの給排ポートに断続して連通するバルブポートと、シューを貫通しこのバルブポートと容積室を連通するシューポートとを備え、ポートプレートの第一斜板に対する摩擦力を、各シューのポートプレートに対する摩擦力より小さく設定したことを特徴とするものとした。 A first invention includes a cylinder block that houses a plurality of sets of first and second pistons to define a volume chamber, and the first and second pistons that expand and contract the volume chamber as the cylinder block rotates. First and second swash plates that reciprocate opposite to each other, first and second swash plate bearings that support the first and second swash plates in a tiltable manner, and first and second swash plates. A swash plate driving means for tilting, a shoe connected to the first piston, a port plate that slides on the shoe and the first swash plate and rotates together with the cylinder block, and a bearing that opens to the first swash plate bearing A through port, a supply / discharge port that opens in the first swash plate and communicates with the bearing through port, a valve port that opens in the port plate and communicates intermittently with the supply / discharge port, and a valve port that passes through the shoe and and a shoe port communicating with the volume chamber, The frictional force for the first swash plate Topureto was assumed, characterized in that the smaller than the frictional force with respect to the port plate of the shoe.
第2の発明は、ポートプレートを第一斜板に対して回転可能に支持するセンターリング支持手段を備えたことを特徴とするものとした。 According to a second aspect of the present invention , there is provided centering support means for rotatably supporting the port plate with respect to the first swash plate.
第3の発明は、各シューを挿通させるリテーナプレートを備え、このリテーナプレートをポートプレートに固定したことを特徴とするものとした。 According to a third aspect of the present invention , a retainer plate for inserting each shoe is provided, and the retainer plate is fixed to the port plate.
第4の発明は、各シューをポートプレートを介して第一斜板に押付けるセンタスプリングを備えたことを特徴とするものとした。 The fourth invention has assumed that comprising the center spring for pressing the first swash plate of each shoe through the port plate.
第5の発明は、斜板駆動手段として、第一、第二斜板をそれぞれ背後から押す対の背面駆動ピストンを備えたことを特徴とするものとした。 According to a fifth aspect of the present invention , a pair of rear drive pistons that push the first and second swash plates from behind are provided as swash plate driving means.
第1の発明によると、作動流体は、第一斜板軸受を貫通する軸受貫通ポート、第一斜板に開口する給排ポート、ポートプレートに開口するバルブポート、シューを貫通するシューポートとを通って各容積室に給排される。 According to the first invention, the working fluid includes a bearing through port that penetrates the first swash plate bearing, a supply / discharge port that opens to the first swash plate, a valve port that opens to the port plate, and a shoe port that penetrates the shoe. It passes through and is discharged into each volume chamber.
給排ポートに導かれる作動流体が第一斜板とポートプレートの間に流体膜を形成し、第一斜板に対してポートプレートを浮遊支持することにより、ポートプレートが円滑に回転作動する。 The working fluid guided to the supply / discharge port forms a fluid film between the first swash plate and the port plate, and the port plate floats and supports the first swash plate, thereby smoothly rotating the port plate.
本発明の装置をシリンダブロックの片側のみにピストンを収装する従来の非対向式ピストンモータに比較すると、摺動部の大きな違いはシューが第一斜板側に摺接している部分である。 When the apparatus of the present invention is compared with a conventional non-opposing piston motor in which the piston is accommodated only on one side of the cylinder block, the major difference in the sliding portion is the portion where the shoe is in sliding contact with the first swash plate side.
しかるに、最小容量時の作動状態では第一斜板は傾転角が0(中立)の状態にあり、ピストンは第一斜板に対してストロークせず、また、シューも静的に押付けられている第一斜板側との相対運動は生じない。 However, in the operating state at the minimum capacity, the tilt angle of the first swash plate is 0 (neutral), the piston does not stroke against the first swash plate, and the shoe is also pressed statically. There is no relative movement with the first swash plate side.
従って、第一斜板が中立で第二斜板が最大傾転角における容量の略1/2.5までは効率的に実用可能となる。 Therefore, the first swash plate is neutral and the second swash plate can be practically used efficiently up to about 1 / 2.5 of the capacity at the maximum tilt angle.
一方、本発明の装置において、最大容量時の状態は第一斜板の傾転角も最大となり、ピストンは摺動し、シューも第一斜板側に対して微小に摺動する。 On the other hand, in the apparatus of the present invention, at the maximum capacity, the tilt angle of the first swash plate becomes maximum, the piston slides, and the shoe slides slightly with respect to the first swash plate side.
しかし、本発明の装置は、最大容量が同一な従来の非対向式ピストンモータに較べてシリンダブロックのピッチ円直径P.C.Dを半減でき、摺動部の大きさが略1/2であるため、摺動個所が増えたことによる効率への影響は極めて少ない。 However, the device of the present invention has a cylinder block pitch circle diameter P.D. as compared with a conventional non-opposing piston motor having the same maximum capacity. C. Since D can be halved and the size of the sliding portion is approximately ½, the effect on efficiency due to the increase in the number of sliding portions is extremely small.
本発明の装置は、最小容量時と最大容量時の効率が共に実用域にあるため、従来の非対向式ピストンモータに比べて略2倍の実用的な容量比を確保できる。 The device according to the present invention has a practical capacity ratio that is approximately twice that of a conventional non-opposing piston motor, since the efficiency at both the minimum capacity and the maximum capacity is in the practical range.
さらに、ポートプレートの第一斜板に対する摩擦力を、各シューのポートプレートに対する摩擦力より小さくし、この摩擦力の差によってポートプレートが第一斜板に対して円滑に摺動し、シリンダブロックと共に回転する。つまり、ポートプレート及び各シューの摺動範囲をリテーナプレート等によって規制しなくても、ポートプレートがシリンダブロックと共に回動するとともにシューがポートプレートに対してその半径方向に摺動する。 Further , the friction force of the port plate against the first swash plate is made smaller than the friction force of each shoe against the port plate, and the port plate slides smoothly with respect to the first swash plate due to the difference of the friction force. Rotate with. That is, even if the sliding range of the port plate and each shoe is not restricted by the retainer plate or the like, the port plate rotates together with the cylinder block and the shoe slides in the radial direction with respect to the port plate.
第2の発明によると、ポートプレートはセンターリング支持手段を介して第一斜板に対する所定の軌道で回動することにより、各容積室に対する作動流体の給排タイミングが維持される。 According to the second invention, the port plate is rotated in a predetermined path with respect to the first swash plate via the center ring support means, so that the supply / discharge timing of the working fluid to each volume chamber is maintained.
第3の発明によると、仮にポートプレートの両面に働く摩擦力のバランスが崩れても、リテーナプレートを介してポートプレートがシリンダブロックと共に回動し、ピストンモータの作動を維持できる。 According to the third invention, even if the balance of the frictional forces acting on both surfaces of the port plate is lost, the port plate rotates together with the cylinder block via the retainer plate, and the operation of the piston motor can be maintained.
第4の発明によると、センタスプリングが各シューをポートプレートを介して第一斜板に押付けることにより、起動時に立ち上がる圧力によってポートプレートが第一斜板から浮き上がることを抑えるとともに、各シューがポートプレートから浮き上がることを抑えられ、作動流体の給排が維持される。 According to the fourth invention, the center spring presses each shoe against the first swash plate through the port plate, so that the port plate is prevented from being lifted from the first swash plate by the pressure rising at the start-up, and each shoe is Lifting from the port plate is suppressed, and the supply and discharge of the working fluid is maintained.
第5の発明によると、各背面駆動ピストンに導かれる駆動圧を選択的に高めることによって第一、第二斜板の傾転角が切換えられる。 According to the fifth aspect of the invention, the tilt angles of the first and second swash plates are switched by selectively increasing the drive pressure guided to each back drive piston.
以下、本発明を作業車両等に搭載されるHSTのモータに適用した実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments in which the present invention is applied to an HST motor mounted on a work vehicle or the like will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、斜板型液圧ポンプ・モータとして設けられるピストンモータ1は、ケース25とポートブロック50とによりハウジング室24が形成され、このハウジング室24にシリンダブロック4および第一、第二斜板30,40等が収装される。
As shown in FIG. 1, a piston motor 1 provided as a swash plate type hydraulic pump / motor has a
シリンダブロック4はシャフト5が結合される。このシャフト5は、その一端がポートブロック50にベアリング12を介して支持され、その他端がケース25にベアリング11を介して支持される。シャフト5は先端(ベアリング11を介して支持されている側)がケース25の底部から外側へ突出され、その回転が図示しない減速機を経て、ディファレンシャルギアを介して左右の車輪に伝達される。
A shaft 5 is coupled to the cylinder block 4. One end of the shaft 5 is supported by the
シリンダブロック4には複数本の第一、第二シリンダ6,7がその回転軸と略平行にかつ互いに対向するように同軸上に配置され、シリンダブロック4の両端面に開口している。また第一、第二シリンダ6,7は回転軸を中心とするピッチ円P.C.上に一定の間隔を持って並んで配置される。
A plurality of first and
第一、第二シリンダ6,7には第一、第二ピストン8,9がそれぞれ挿入され、これらの間に容積室10が画成される。第一、第二ピストン8,9の一端側はシリンダブロック4の両端面からそれぞれ突出され、第一、第二斜板30,40に接するシュー21,22を介して支持される。シリンダブロック4が回動すると、第一、第二ピストン8,9は第一、第二斜板30,40との間で対向して往復動し、第一、第二シリンダ6,7の容積室10を拡縮させる。
First and second pistons 8 and 9 are inserted into the first and
ピストンモータ1の1回転当たりの押しのけ容積を可変とするため、第一、第二斜板30,40の背面31,41は円柱面状に形成され、第一、第二斜板軸受32,42を介して傾転可能に支持される。
In order to make the displacement volume per revolution of the piston motor 1 variable, the
第一、第二斜板軸受32,42には、図7の(a),(b)に示すように、プレーンベアリング27が設けられる。プレーンベアリング27は対の穴28を有し、各穴28を挿通する2本のビスを介してケース25、ポートブロック50に締結される。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the first and second
各第一ピストン8を第一斜板30に追従して往復動させる機構として、各第一ピストン8の突出端部に連結されるシュ−21と、このシュ−21及び第一斜板30に摺接してシリンダブロック4と共に回動するポートプレート60とを備える。
As a mechanism for reciprocating each first piston 8 following the
各容積室10に作動油を給排する機構として、第一斜板軸受32に開口する軸受貫通ポート53(図3参照)と、この軸受貫通ポート53に連通し第一斜板30に開口する給排ポート37(図4参照)と、この給排ポート37に対して断続して連通しポートプレート60に開口するバルブポート64と、このバルブポート64と容積室10を連通しシュー21を貫通するシューポート19とを備える。油圧源から導かれる作動油は、一方の軸受貫通ポート53、一方の給排ポート37、バルブポート64、シューポート19、第一ピストン8の内部を通って各容積室10に供給される。シリンダブロック4が回動するのに伴って各容積室10から流出する作動油は、シューポート19、バルブポート64、他方の給排ポート37、他方の軸受貫通ポート53を通ってタンクへと排出される。これにより、第一、第二ピストン8,9が第一、第二シリンダ6,7を往復動し、シリンダブロック4を回動させる。
As a mechanism for supplying and discharging the hydraulic oil to and from each
図3の(a),(b),(c)に示すように、ポートブロック50には一対の出入口51が形成される。各出入口51は図示しない配管を介して油圧源の高圧側と低圧側に連通する。
As shown in FIGS. 3A, 3 </ b> B, and 3 </ b> C, the
ポートブロック50には各出入口51と第一斜板軸受32を連通する軸受貫通ポート53が形成される。プレーンベアリング27(図7参照)には各軸受貫通ポート53に連通する長穴29が形成される。長穴29(図7参照)は第一斜板軸受32の周方向に延びている。
The
図4の(a),(b),(c),(d)に示すように、第一斜板30の円柱面状の各背面31には通孔35がそれぞれ形成され、各通孔35がプレーンベアリング27の長穴29に連通する。
As shown in FIGS. 4A, 4 </ b> B, 4 </ b> C, and 4 </ b> D, through
第一斜板30の摺動面36には一対の給排ポート37が開口される。各給排ポート37はピッチ円P.C.に沿って円弧状に開口して、各容積室10に作動油を給排する。
A pair of supply /
図5の(a),(b),(c)に示すように、ポートプレート60は、第一斜板30の摺動面36(図4参照)に摺接する摺動面61と、シュー21に摺接する摺動面62とを有する円盤状に形成される。摺動面61には円弧状に延びる長穴63が開口し、この長穴63が各給排ポート37(図4参照)に連通する。摺動面62にはバルブポート64が開口し、このバルブポート64が各シュー21のシューポート19に連通する。
As shown in FIGS. 5A, 5 </ b> B, and 5 </ b> C, the
ポートプレート60を第一斜板30に回転可能に支持するセンターリング支持手段として、ポートプレート60の内周部65(図4参照)に嵌合する環状のガイドスリーブ66と、第一斜板30の内周部38に嵌合する環状のプレーンベアリング67とを備え、このガイドスリーブ66がプレーンベアリング67に摺動可能に嵌合するようになっている。
As centering support means for rotatably supporting the
図8の(a),(b)に示すように、ガイドスリーブ66の外周部には凹凸部68が形成され、この凹凸部68がポートプレート60の内周部65に嵌合することにより、ポートプレート60に対する回転が係止される。ポートプレート60はガイドスリーブ66を介して第一斜板30に対する所定の軌道で回動することにより、各容積室10に対する作動油の給排タイミングが維持される。
As shown in FIGS. 8A and 8B, an
各シュー21に対するポートプレート60の摺動範囲を規制する規制手段として、各シュー21を挿通させてポートプレート60に固定されるリテーナプレート70を備える。ポートプレート60とリテーナプレート70の間にはピン79が介装され、両者の回転止めが行われる。このリテーナプレート70を介してポートプレート60がシリンダブロック4と共に回動する。
As a restricting means for restricting the sliding range of the
図6の(a),(b),(c)に示すように、円盤状のリテーナプレート70には各シュー21を挿通させる穴71が形成される。穴71の開口径はこれに係合するシュー21の外径より大きく形成され、穴71の内側で各シュー21がポートプレート60に対して摺動できるようになっている。
As shown in FIGS. 6A, 6 </ b> B, and 6 </ b> C, the disc-shaped
各シュー21をポートプレート60を介して第一斜板30に押付ける付勢手段として、リテーナプレート70の内周部72に摺動可能に着座するリテーナホルダ73と、このリテーナホルダ73とシリンダブロック4の間に圧縮して介装される複数のセンタスプリング74とを備える。センタスプリング74が各シュー21をポートプレート60を介して第一斜板30に押付けることにより、起動時に立ち上がる圧力によってポートプレート60が第一斜板30から浮き上がることを抑えるとともに、各シュー21がポートプレート60から浮き上がることを抑え、作動油の給排が維持される。
As an urging means for pressing each
各シュー22を第二斜板40側に押付ける付勢手段として、各シュー22に係合するリテーナプレート75と、リテーナプレート75の内周部に摺動可能に着座するリテーナ76と、このリテーナ76とシリンダブロック4の間に圧縮して介装される複数のセンタスプリング77とを備える。
As biasing means for pressing each
ポートプレート60の各給排ポート37に対する受圧面積等を任意に設定することにより、第一斜板30に対してポートプレート60を押付ける荷重を浮き上がらせる荷重より小さくし、ポートプレート60が第一斜板30から浮き上がらないようにし、両者間のシール性を確保する。これにより、給排ポート37に導かれる作動油が第一斜板30とポートプレート60の間に油膜を形成し、第一斜板30に対してポートプレート60を浮遊支持する静圧軸受として機能する。
By arbitrarily setting the pressure receiving area and the like of each
各シュー21の受圧面積等を任意に設定することにより、ポートプレート60に対して各シュー21を押付ける荷重を浮き上がらせる荷重より小さくし、各シュー21がポートプレート60から浮き上がらないようにし、両者間のシール性を確保する。これにより、給排ポート37に導かれる作動油がポートプレート60と各シュー21の間に油膜を形成し、ポートプレート60に対して各シュー21を浮遊支持する静圧軸受として機能する。
By arbitrarily setting the pressure receiving area and the like of each
各容積室10に導かれる圧力によって第一斜板30側のシュー21がポートプレート60側に押付けられるが、シュー21の底面に形成されたポケットによる静圧軸受けの作用で押上力が生じている。このため、シュー21は押付力と押上力の差の力でポートプレート60に押付けられることになる。
The
また、ポートプレート60も同様にポートプレート60の表側に掛かる押付力と裏面に生じる押上力の差の力で第一斜板30に押付けられている。
Similarly, the
本発明は、押付力/押上力=押付比とすると、ポートプレート60に対するシュー21の押付比を第一斜板30に対するポートプレート60の押付比より大きく設定し、ポートプレート60の第一斜板30に対する摩擦力を、各シュー21のポートプレート60に対する摩擦力より小さくする。
In the present invention, when the pressing force / pushing force = the pressing ratio, the pressing ratio of the
各容積室10に導かれる圧力により図5の(c)に矢印で示すように第一斜板30側の第一ピストン8に生じたラジアル分力はシリンダブロック4を回動すると共に、シュー21によりポートプレート60を回動しようとする。このとき、ポートプレート60よりシュー21の押付比が大きいため、それぞれの摺動面に生じる摩擦係数が等しい場合は、シュー21とポートプレート60間に回転方向の滑りは生じず、ポートプレート60と第一斜板30間に滑りが生ずる。
The radial component force generated in the first piston 8 on the first
実際にモータが回転すると相対速度の大きいポートプレート60と第一斜板30間の潤滑状態が良くなって、摩擦係数が低減するため、益々、この傾向は助長される。
When the motor actually rotates, the lubricating state between the
よって、通常の運転状態においては、第一斜板30側のシュー21はポートプレート60を摩擦力で回動することができる。
Therefore, in a normal operation state, the
つまり、ポートプレート60の両面に働く摩擦力の差によってポートプレート60が第一斜板30に対して円滑に摺動し、シリンダブロック4と共に回転する。これにより、ポートプレート60及び各シュー21の摺動範囲をリテーナプレート70によって規制しなくても、ポートプレート60がシリンダブロック4と共に回動する一方、各シュー21がポートプレート60に対してその半径方向に摺動する。
That is, the
仮に上記したポートプレート60の両面に働く摩擦力のバランスが崩れても、リテーナプレート70を介してポートプレート60がシリンダブロック4と共に回動し、ピストンモータ1の作動を維持できる。
Even if the balance of the frictional force acting on both surfaces of the
シュー21によりポートプレート60を回動する力は通常の運転状態ではシュー21とポートプレート60間の摩擦力による。しかし、モータの起動時や、運転中に回転、圧力など大きく変動する場合は過渡的にシュー21の押付比が低下したり、ポートプレート60と第一斜板30間の摩擦力が増大したりすることで、摩擦力による回動ができなくなり、シュー21とポートプレート60間に回転方向のずれが生じる恐れがある。
The force for rotating the
このような状況下では、シュー21は回転方向に少しずれてリテーナプレート70に当り、これを回動する。リテーナプレート70はピン79でポートプレート60に結合されているので確実に回動することができる。
Under such circumstances, the
但し、通常はポートプレート60はシュー21との間の摩擦力で回動されるため、シュー21とリテーナプレート70の接触部やリテーナプレート70とポートプレート60間のピン79に力が掛かる頻度が軽減され、耐久性が確保される。
However, since the
第一斜板30を傾転させる斜板駆動手段として、ポートブロック50には第一斜板30を背後から押す一対の背面駆動ピストン33,34が介装される。図示しない傾転角制御バルブが各背面駆動ピストン33,34に導かれる駆動圧を選択的に高めることにより、第一斜板30の傾転角が2段階に切換えられる。第一斜板30には背面駆動ピストン33,34からの駆動力を受ける受け部39a,39bが形成される。
As a swash plate driving means for tilting the first
第二斜板40を傾転させる斜板駆動手段として、ケース25には第二斜板40を背後から押す一対の背面駆動ピストン43,44が介装される。傾転角制御バルブが各背面駆動ピストン43,44に導かれる駆動圧を選択的に高めることにより、第二斜板40の傾転角が2段階に切換えられる。第一、第二斜板30,40には背面駆動ピストン43,44からの駆動力を受ける受け部49a,49bが形成される。
As a swash plate driving means for tilting the
ピストンモータ1の主な摺動箇所は、第一斜板30に対するポートプレート60の摺動部jと第二斜板40に対するシュー22の摺動部kの2カ所である。これは、従来の非対向式ピストンモータが斜板に対する各シューの摺動部とバルブプレートに対するシリンダブロックの摺動部の2カ所であるのと同じであり、フリクションが増大しないで済む。ピストンモータ1は、最大容量が同一な従来の非対向式ピストンモータに比べるとシリンダブロック4のピッチ円直径P.C.Dを半減することができ、小型化がはかれる。また、第一斜板30に対するポートプレート60の摺動部jと第二斜板40に対するシュー22の摺動部kの大きさも半減するため、これらの摺動速度が小さくなり、高速回転が容易になる。
There are two main sliding portions of the piston motor 1, the sliding portion j of the
ここで、本発明のピストンモータ1をシリンダブロックの片側のみにピストンを収める従来の非対向式ピストンモータと比較してみる。 Here, the piston motor 1 of the present invention will be compared with a conventional non-opposing piston motor that houses a piston only on one side of the cylinder block.
比較するモータは斜板式可変モータで、本発明のピストンモータ1と同じサイズのピッチ円直径と外径を持つシリンダブロック、同じ直径のピストン、同じ最大傾角を持つ斜板で構成されるものとする。 The motor to be compared is a swash plate type variable motor, which is composed of a cylinder block having the same pitch circle diameter and outer diameter as the piston motor 1 of the present invention, a piston having the same diameter, and a swash plate having the same maximum tilt angle. .
本発明のピストンモータ1の第一斜板30側が中立状態になり、第二斜板40が最大傾角にあるとき(図2(b)の状態)の押しのけ容積は最大押しのけ容積の1/2であり、比較する従来の非対向式ピストンモータが最大傾角にある場合と等しい容積である。
When the first
この状態で比較すると、従来の非対向式ピストンモータは一端がシューと斜板の摺動になっており、他端はシリンダブロックとバルブプレート間の摺動となっている。また、ピストンとシリンダブロック間も摺動している。 When compared in this state, the conventional non-opposing piston motor has one end sliding between the shoe and the swash plate, and the other end sliding between the cylinder block and the valve plate. Further, the piston also slides between the cylinder block.
一方、本発明のピストンモータ1は一端はシュー22と第二斜板40との摺動、他端はポートプレート60と第一斜板30との摺動、その他に第二斜板40側の第2ピストン9とシリンダブロック4の摺動、第一斜板30側の第一ピストン8とシリンダブロック4、及び、シュー21とポートプレート60との摺動がある。
On the other hand, the piston motor 1 of the present invention has one end sliding between the
この2つのモータを比較すると、本発明のピストンモータ1の第二斜板40側のシュー22と第二斜板40の摺動は従来の非対向式ピストンモータの揺動と等しく、動力損失も等しい。次にポートプレート60と第一斜板30間の摺動と従来の非対向式ピストンモータのシリンダブロックとバルブプレート間とによる動力損失は、両者の摺動部材のサイズが等しいことから、ほぼ同等にできると考えられる。
Comparing the two motors, the sliding of the
同様にして第二斜板40側の第二ピストン9とシリンダブロック4と従来の非対向式ピストンモータの同部位の摺動による動力損失もほぼ等しいと言える。
Similarly, it can be said that the power loss due to the sliding of the second piston 9 on the
従って、残るは第一斜板30側の第一ピストン8とシリンダブロック4、及び、シュー21とポートプレート60との摺動であり、この部分は本発明のピストンモータ1の方が余分に損失を生じる余地がある。しかしながら、第一斜板30側が中立状態であることから、第一斜板30側の第一ピストン8はストロークせず、シリンダブロック4との間に相対運動を生じない。また、シュー21もポートプレート60に押付けられたままで、やはり、この間に相対運動を生じない。従って、これらの部位での動力損失は極めて小さいといえる。
Therefore, the remaining is the sliding between the first piston 8 and the cylinder block 4 on the first
このことから、本発明のピストンモータ1で第一斜板30側が中立状態にある場合は、最大押しのけ容積の1/2で摺動部のサイズが等しい従来の非対向式ピストンモータと、ほぼ同等の効率が得られることになる。これは、従来の非対向式ピストンモータが容量比(最大容量/最小容量)で2.5程度まで実用的に使えることから、本発明のピストンモータ1も最大押しのけ容積の1/2に対して容積比で2.5程度まで使えることを意味している。これは本発明のピストンモータ1の最大容積に対して容量比で5となる。
Therefore, when the first
それでは、本発明のピストンモータ1の最大容積位置での効率はどうであろうか。本発明のピストンモータ1の最大容積と同容量の従来の非対向式ピストンモータと比較してみる。従来の非対向式ピストンモータは本発明のピストンモータ1のものに較べて、ピストン本数が1/2であるため、シリンダブロックの外径は共に大きい。(ピストン径と最大斜板傾角が等しい場合はピッチ円径は2倍になる)
前述と同じように各摺動部材による動力損失を比較すると、シューと斜板間、及びシリンダブロックとバルブプレート間(本発明のピストンモータ1ではポートプレート60と第一斜板30間)は本発明のピストンモータ1の方が圧倒的に少ない。一方、本発明のピストンモータ1の第一斜板30側の第一ピストン8とシリンダブロック4、及び、シュー21とポートプレート60との摺動では、第一ピストン8はストロークしシリンダブロック4と相対運動するし、シュー21もポートプレート60に対し微小な相対運動をするため、これらの部分では従来の非対向式ピストンモータより動力損失は増加する。
What about the efficiency at the maximum volume position of the piston motor 1 of the present invention? The comparison will be made with a conventional non-opposing piston motor having the same capacity as the maximum capacity of the piston motor 1 of the present invention. Since the conventional non-opposing piston motor has half the number of pistons as compared with that of the piston motor 1 of the present invention, both of the outer diameters of the cylinder blocks are large. (If the piston diameter is equal to the maximum swash plate inclination angle, the pitch circle diameter is doubled.)
When the power loss due to each sliding member is compared as described above, the distance between the shoe and the swash plate and between the cylinder block and the valve plate (in the piston motor 1 of the present invention, between the
上記の動力損失の得失を合計すると、本発明のピストンモータ1の最大容積位置での効率は従来の非対向式ピストンモータとほぼ同レベルの値を確保できる。 When the advantages and disadvantages of the above power loss are summed, the efficiency at the maximum volume position of the piston motor 1 of the present invention can secure a value of substantially the same level as that of the conventional non-opposing piston motor.
このように、本発明のピストンモータ1は最大容量から、容量比5の最小容量まで従来の非対向式ピストンモータ並みの効率が得られることで実用域を従来の略2倍に拡大することができる。 As described above, the piston motor 1 of the present invention can increase the practical range to about twice the conventional capacity by obtaining the same efficiency as the conventional non-opposing piston motor from the maximum capacity to the minimum capacity with the capacity ratio of 5. it can.
ピストンモータ1は以上のように構成されて、第一、第二斜板30,40の傾転角度を切換えることにより可変容量比率を従来のピストンモータに比べて略2倍にすることが可能となる。このピストンモータ1を用いたHSTの場合、速度レバーの操作量に応じて全速度域に渡って車速をコントロールするオートモーティブ制御が可能となる。すなわち、速度レバーの操作によって速度レバーの信号が比例電磁バルブ(SPPCバルブ)の電流を変え、この電流に比例して比例電磁バルブから出力されるパイロット圧力が変わり、傾転角制御バルブの切換えでHSTを構成するピストンモータ1の斜板角度がL、M、Hポジションの間で切換えられる。そして、HSTを構成する油圧ポンプの吐出量を0〜±maxまで変化させることで、車両を0〜各レンジ(L、M、H)の最高速度まで変える。油圧ポンプの吐出量はポンプ斜板に連結した車両の足踏みペダルで通常は操作される。このように、速度レバーによる切換えとペダル操作を組合せることで、全速度域の車両の制御をHSTだけで行える。
The piston motor 1 is configured as described above, and the variable capacity ratio can be substantially doubled compared to the conventional piston motor by switching the tilt angles of the first and
背面駆動ピストン33,34、背面駆動ピストン43,44に導かれる駆動圧が傾転角制御バルブを介して切換えられることにより、図2の(a),(b),(c)に示すように、ピストンモータ1の1回転当たりの押しのけ容積が3段階に変わる。
As shown in FIGS. 2 (a), 2 (b), and 2 (c), the driving pressure guided to the
図2の(a)は、ピストンモータ1の押しのけ容積が最大値(例えば60cm3/rev)になるLポジションを示す。このとき、各背面駆動ピストン34,44に高圧が導かれ、各背面駆動ピストン33,43に低圧が導かれることにより第一、第二斜板30,40の傾斜が最大になり、受け部39a,49aがポートブロック50の端面50a、ケース25の底面25aのそれぞれに当接している。
(A) of FIG. 2 shows the L position where the displacement volume of the piston motor 1 becomes the maximum value (for example, 60 cm 3 / rev). At this time, high pressure is guided to the
図2の(b)は、ピストンモータ1の押しのけ容積が中間値(例えば30cm3/rev)になるMポジションを示す。このとき、各背面駆動ピストン33,44に高圧が導かれ、各背面駆動ピストン34,43に低圧が導かれることにより第一斜板30の傾斜が最小になり、受け部39bがポートブロック50の端面50aに当接する一方、第二斜板40の傾斜が最大になり、受け部49aがケース25の底面25aに当接している。
FIG. 2B shows an M position where the displacement of the piston motor 1 becomes an intermediate value (for example, 30 cm 3 / rev). At this time, a high pressure is guided to each of the
図2の(c)は、ピストンモータ1の押しのけ容積が最小値(例えば12cm3/rev)になるHポジションを示す。このとき、各背面駆動ピストン33,43に高圧が導かれ、各背面駆動ピストン34,44に低圧が導かれることにより第一、第二斜板30,40の傾斜が最小になり、受け部39b,49bがポートブロック50の端面50a、ケース25の底面25aのそれぞれに当接している。
(C) of FIG. 2 shows the H position where the displacement volume of the piston motor 1 becomes the minimum value (for example, 12 cm 3 / rev). At this time, high pressure is guided to the
なお、背面駆動ピストン33,34及び43,44は単一の比例電磁バルブを用いてシーケンス制御することに限らず、背面駆動ピストン33,34の制御のために1つの比例電磁バルブを用い、背面駆動ピストン43,44の制御のためにもう1つの比例電磁バルブを用いても良い。
The
また、各斜板の傾転角を検出するポテンショメータを設け、その信号に応じて各斜板の傾転角を目標値に近づけるフィードバック制御を行うことも可能である。 It is also possible to provide a potentiometer for detecting the tilt angle of each swash plate, and to perform feedback control to bring the tilt angle of each swash plate closer to the target value according to the signal.
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、斜板型液圧ポンプ・モータとしてピストンポンプにも適用でき、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be applied to a piston pump as a swash plate type hydraulic pump / motor, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea. .
本発明は、HSTを構成する油圧モータまたは油圧ポンプをはじめ、種々の斜板型液圧ポンプ・モータに適用できる。 The present invention can be applied to various swash plate type hydraulic pumps and motors including a hydraulic motor or a hydraulic pump constituting the HST.
1 ピストンモータ
4 シリンダブロック
5 シャフト
6 第一シリンダ
7 第二シリンダ
8 第一ピストン
9 第二ピストン
19 シューポート
21 シュー
30 第一斜板
32 第一斜板軸受
37 給排ポート
40 第二斜板
60 ポートプレート
64 バルブポート
66 ガイドスリーブ
70 リテーナプレート
74 センタスプリング
Reference Signs List 1 piston motor 4 cylinder block 5
Claims (5)
このシリンダブロックの回転に伴って容積室を拡縮するように第一、第二ピストンを互いに対向して往復動させる第一、第二斜板と、
この第一、第二斜板を傾転可能に支持する第一、第二斜板軸受と、
第一、第二斜板をそれぞれ傾転させる斜板駆動手段と、
第一ピストンに連結されるシューと、
このシュー及び第一斜板に摺接してシリンダブロックと共に回動するポートプレートと、
第一斜板軸受に開口する軸受貫通ポートと、
第一斜板に開口しこの軸受貫通ポートに連通する給排ポートと、
ポートプレートに開口しこの給排ポートに断続して連通するバルブポートと、
シューを貫通しこのバルブポートと容積室を連通するシューポートとを備え、
前記ポートプレートの前記第一斜板に対する摩擦力を、前記各シューのポートプレートに対する摩擦力より小さく設定したことを特徴とする斜板型液圧ポンプ・モータ。 A cylinder block that houses a plurality of first and second pistons to define a volume chamber;
First and second swash plates that reciprocate the first and second pistons so as to expand and contract the volume chamber as the cylinder block rotates,
First and second swash plate bearings that support the first and second swash plates in a tiltable manner;
Swash plate driving means for tilting the first and second swash plates,
A shoe coupled to the first piston;
A port plate that slides in contact with the shoe and the first swash plate and rotates together with the cylinder block;
A bearing through port opening in the first swash plate bearing;
A supply / discharge port that opens in the first swash plate and communicates with the bearing through port;
A valve port that opens into the port plate and communicates intermittently with this supply and discharge port;
With a shoe port that penetrates the shoe and communicates with this valve port and the volume chamber ,
A swash plate type hydraulic pump / motor characterized in that a friction force of the port plate with respect to the first swash plate is set to be smaller than a friction force with respect to the port plate of each shoe .
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