一种摆动油缸控制的液压变压器开发

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液压变压器作为-种新型的压力调节元件 ，集泵和马达功能为-体，可以无节流地实现输出压力的调节。与传统的阀控系统相 比，它具有效率高、结构简单、可实现多负载独立控制等优点，在工程机械、矿山机械、恒压网络二次调节系统等多变负载系统 中得 到部 分应 用 ，并具 有广 泛 的应 用前景。目前国内外液压变压器的产品和样机都是在斜轴式柱塞泵的基础上改进设计的，采用直线运动油缸驱动、电机驱动、手动 3种配流盘转动方式 ]。

配流盘均采用齿轮传动方式，该类型液压变压器的不足之处在于驱动效率偏低、动态响应慢，体积大，结构不够紧凑。本文在 A10V斜盘式轴向柱塞泵的基础上，研制了-种摆动油缸控制的斜盘柱塞式液压变压器，通过摆动油缸直接驱动配流盘转动，取消了齿轮传动机构，具有驱动方式简单、驱动效率高、响应快、能够适应配流盘转角的液压伺服控制需要、结构紧凑便于集成等优点。

1 基本结构1.1 背景技术自1997年荷兰 Innas公司提出三槽配流型(又称 Innas型)液压变压器 的概念后 ，该类型液压变压器得到迅速发展。此后，国外对液压变压器进行多次改进，提出了 梭”技术和 浮杯型”结构等措施来降低噪声和提高效率 ；国内浙江大学在 Innas型液压变压器的基础上研制 了 12 mL/r的手动变量收稿 日期：2012-10-11；修回日期 ：2012-11-09作者简介：刘贻欧(1988-)，男，硕士研究生，主要从事船舶液压元件与系统设计工作。

· 118· 舰 船 科 学 技 术 第 35卷式液压变压器 ，由于摩擦和泄漏损失较大，其变压比只能达到 1.2，该液压 变压 器的效率较低 ；哈尔滨工业大学在此基础上研制了28 mL/r的电控柱塞式液压变压器 ，克服了手动式液压变压器变压频率低的缺点，实现了配流盘的电气伺服控制，变压比可以达到 2，但是存在结构复杂，体积较大等斜轴式液压变压器的固有不足 。本 文研究 的摆动油缸控制的斜盘柱塞式液压变压器 的工程样机 ，排量为 71 mL/r。

1.2 基本结构如图 1和图 2所示 ，斜 盘柱塞式液压变压器 由主轴 1、壳体 2、斜盘 10、柱塞 3、缸体 9、摆动油缸 5等组成 ；摆动油缸 5由过渡端盖 8、配流盘 4、后端盖6、转轴叶片 12、固定叶片 13、密封圈14等组成，配流盘 4同时作为摆动油缸 5的转轴，套设在过渡端盖 8的圆孔内；主轴 1-端与壳体 2通过轴承相连，另-端穿过缸体 9、配流盘 4、过渡端盖8，通过轴承与后端盖 6相连，过渡端盖 8分别与壳体 2和后端盖 6紧固连接，过渡端盖 8与后 端盖 6组成摆动油缸的外壳，转轴叶片 12通过螺钉安装在配流盘 4上，固定叶片 13通过螺钉安装在后端盖6内。

图 1 液压变压器结构示意图Fig.1 Structure of the hydraulic transformer图 2 液压变压器摆动油缸示意图Fig.2 Rotary cylinder of the hydraulic transformer摆动油缸 5的后端盖 6上通过螺钉安装有控制阀∝制阀包含 4个油 口 A，B，P，T，摆 动油缸5的2个出口分别与控制阀的A口和 B口相连 ，控制阀 P口接恒压网络高压油源，控制 阀 T口接油箱 ，由控制阀控制进入和流出摆动油缸 5的流量 ，从而控制摆动油缸转动。通过将摆动油缸 5和配流盘 4集成，结构更紧凑，响应更快。为将摆动油缸 5和液压变压器壳体 2连接起来 ，设置了过渡端盖 8。

如图 3和图4所示 ，配流盘4前端面设置有高压油槽 A、负载油槽 B、回油槽 T，配流盘 4内设置有高压通道 A1、负载通道 B1、回油通道 T1；后端盖 6前端面设置有高压油路 A2、负载油路B2、回油路 T2，后端盖 6后端面设置有高压油孔A3、负载油孔 B3、回油孔T3，高压油槽 A通过高压通道 Al、高压油路 A2与高压油口 A3相通 ，负载油槽 B通过负载通道 B1、负载油路 B2与负载油 口 B3相通 ，回油槽 T通过回油通道 T1、回油路T2与回油口T3相通。高压油 口A3与恒压网络高压油源连通 ，负载油口B3向负载供油，回油口T3接油箱。

图 3 配流盘Fig.3 StructureB1(a)前端面 (b1后端面图4 后端盖的端面示意图Fig.4 Faces ofthe end cap第 2期 刘贻欧 ，等：-种摆动油缸控制的液压变压器开发 ·119·2 工作原理液压变压器工作时，在恒压网络高压油源压力的作用下，缸体9产生驱动力矩而旋转起来，配流盘 4前端面的3个油槽分别接通恒压网络高压油源、负载和油箱，随着缸体的转动，液压变压器 B3口输出-定的压力，缸体在A3口和B3口压力产生的合转矩下转动，当驱动力矩与负载力矩、摩擦力矩平衡时，液压变压器的输出压力保持稳定；当需要提高或降低液压变压器的输出压力时，通过调节控制阀，控制恒压网络高压油源进入摆动油缸的流量和方向，进而改变配流盘4的转角，实现输出压力的调节。

液压变压器变压比公式为sin0 .sinA： ：- - - - - - - 。 (1)PA sinf -0-1-sin警 I- -l。m下、 ， 式 中： 和 分别为腰形槽 A，B对应的吸排油包角；0为配流盘的转角。由于 Ot 120。，由式(1)可知液压变压器的变压比 A仅为 0的函数，输出压力随配流盘 的转角而 自动调节 ，配流盘在 20。，60。，100。的转角下，其输出压力响应曲线如图5所示 ，变压比最大可达2.5，响应时间小于0.5 s。

善最 出羽 姆窖船图5 配流盘在不同转角下液压变压器的输出压力曲线Fig.5 The output pressure curves of the hydraulic transformerunder diferent swash plate angles图 6 液压变压器 CATIA模型Fig.6 CATIA model of the hydraulic transformer通过三维模 型设计分析 ，进-步验证了前期设计 的正确性 ，并指导工程样机的施工。

4 结 语该液压变压器的创新点为采用摆动油缸来驱动配流盘的转动，配流盘同时作为摆动油缸的主轴使用，后端盖作为摆动油缸的外壳，将摆动油缸集成在液压变压器中。其优点如下 ：1)摆动油缸直接驱动配流盘转动，取消了齿轮传动机构，驱动效率更高；2)充分利用斜盘式液压变压器转动惯量孝摆动油缸驱动响应快的优点，可实现配流盘转角的快速控 制 ，从 而 显著 缩短 液 压变 压器 的压 力 响应时间；3)摆动油缸与液压变压器进行集成，结构更紧凑，体积更小，集成度更高。

本文的核心技术是具有 自主知识产权的 -种摆 动 油 缸 控 制 的 斜 盘 柱 塞 式 液 压 变 压 器(ZL201220395705.4)”。作为- 种重要 的新 型 节能技术，在工程机械等多变负载液压系统领域中有广泛的市场前景，预期具有良好的社会经济效益。