具有流体控制的旋转斜盘的可变排量轴向活塞泵

摘要

本发明提供了一种可变排量轴向活塞泵，其包括限定多个汽缸膛的汽缸体，每个汽缸膛都接收活塞。具有活塞支撑表面的旋转斜盘相对于所述汽缸体被枢转地支撑。端口块限定第一泵送端口和第二泵送端口，所述第一泵送端口和所述第二泵送端口布置为与多个汽缸膛流体连通，从而在所述泵的操作期间，所述第一泵送端口和所述第二泵送端口中的一个配置为将流体供应到所述汽缸膛以进行泵送，并且所述第一泵送端口和第二泵送端口中的另一个配置为接收从所述多个汽缸膛泵送的流体。所述旋转斜盘部分地限定至少一个可变容积控制室，并且所述旋转斜盘可操作为响应于所述至少一个控制室中的流体压力变化相对于所述端口块倾斜。

说明书

相关申请

本申请要求与2016年3月28日提交的美国非临时申请序列号15/082439的权益，该申请的全部内容在此以引用的方式并入本文。

背景技术

本发明涉及轴向活塞泵。能够在滑移转向施工车辆等的牵引传动系统中找到这种液压泵。旋转斜盘（swash plate）被控制活塞机械倾斜以设定控制活塞冲程并且因此控制泵排量的旋转斜盘角度。

发明内容

在一个方面中，本发明提供了一种可变排量轴向活塞泵（variable displacementaxial piston pump）。该轴向活塞泵包括泵壳体和限定多个汽缸膛的汽缸体。汽缸体限定中心轴线，多个汽缸膛围绕该中心轴线布置，并且汽缸体被支撑以围绕中心轴线相对于泵壳体旋转。多个活塞中的每个活塞都被接收在多个汽缸膛中的一个相应汽缸膛中。旋转斜盘相对于汽缸体被枢转地支撑，旋转斜盘提供活塞支撑表面，在泵的操作期间，多个活塞沿活塞支撑表面滑动。端口块限定第一泵送端口和第二泵送端口，该第一泵送端口和该第二泵送端口布置为与多个汽缸膛流体连通，从而在泵的操作期间，当旋转斜盘的活塞支撑表面相对于中心轴线限定除了90度之外的角度时，第一泵送端口和第二泵送端口中的一个配置为将流体供应到多个汽缸膛以随着汽缸体旋转而由多个活塞泵送，并且第一泵送端口和第二泵送端口中的另一个配置为接收随着汽缸体旋转而由多个活塞从多个汽缸膛泵送的流体。旋转斜盘部分地限定至少一个可变容积控制室，并且旋转斜盘可操作为响应于至少一个控制室中的流体压力变化而相对于端口块倾斜。

在另一方面中，本发明提供了一种可变排量轴向活塞泵，其包括限定多个汽缸膛的汽缸体。多个活塞中的每个活塞都被接收在多个汽缸膛中的一个相应汽缸膛中。多个活塞中的每个活塞都是具有轴向通孔的空心活塞。端口块限定第一泵送端口和第二泵送端口，第一泵送端口和第二泵送端口中的一个泵送端口配置为将流体供应到多个活塞，并且第一泵送端口和第二泵送端口中的另一个泵送端口配置为接收来自多个活塞的流体。旋转斜盘布置在端口块与汽缸体之间以沿活塞支撑表面按照滑动关系支撑多个活塞。旋转斜盘限定可操作为接收被泵送的流体流的第一流体通道和第二流体通道。第一流体通道永久地流体联接至第一泵送端口，并且通过相应活塞的轴向通孔而与多个汽缸膛中的每个汽缸膛间歇地流体连通。第二流体通道永久地流体联接至第二泵送端口，并且通过相应活塞的轴向通孔而与多个汽缸膛中的每个汽缸膛间歇地流体连通。至少一个可变容积控制室被限定在旋转斜盘与端口块之间。旋转斜盘可操作为相对于端口块倾斜，以便响应于至少一个控制室中的流体压力变化而改变多个活塞的冲程长度。

通过考虑以下的具体实施方式和附图，本发明的其它方面将得以阐明。

附图说明

图1是根据一个示例性构造的可变排量轴向活塞泵的立体图。

图2是图1的泵的立体图，其中，外部材料制造为透明的并且大多数泵送部件被省略，从而使视图还示出了多个内部流体通道。

图3是图1和图2的泵的替代立体图。

图4是的图1至图3的泵的部分的分解装配视图，图示了泵送单元中的一个泵送单元。

图5是沿图1的线5-5截取的泵的横截面图。

图6是沿图1的线6-6截取的泵的横截面图。

图7是沿图1的线7-7截取的泵的横截面图。

图8是根据另一示例性构造的可变排量轴向活塞泵的立体图。

图9是图8的泵的立体图，其中，外部材料制造为透明的并且大多数泵送部件被省略，从而使视图还示出了多个内部流体通道。

图10是沿图8的线10-10截取的泵的横截面图。

图11是沿图8的线11-11截取的泵的横截面图。

图12是根据又一示例性构造的可变排量轴向活塞泵的立体图。

图13是图12的泵的立体图，其中，外部材料制造为透明的并且大多数泵送部件被省略，从而使视图还示出了多个内部流体通道。

图14是沿图12的线14-14截取的泵的横截面图。

在详细阐释本发明的任何实施例之前，要理解，本发明并不限于其在以下说明中所陈述的或者在附图中所示出的构造细节和部件布置中的应用。本发明能够为其它实施例或者以各种方式实践和执行。

具体实施方式

图1至图7图示了可变排量轴向活塞泵20，为了方便起见，其在本文中可以被称为泵20。泵20包括被定位在汽缸体28的径向外侧的泵壳体24，该汽缸体28在其中限定至少一组或者多个汽缸膛32，每个汽缸膛32都彼此平行延伸并且全部被布置在离中心轴线A的共同半径处。汽缸体28被支撑以围绕中心轴线A相对于泵壳体24旋转（例如，通过一个或者多个轴36和一个或者多个轴承38）。提供至少一组或者多个活塞42，从而将每个活塞都接收在汽缸膛32中的相应汽缸膛中以在其中进行往复运动。如图所示，泵20是双联泵（tandempump），由两个独立泵单元20A、20B组成。虽然两个泵单元20A、20B共享共同的汽缸体28，但是汽缸膛32设置在两个单独的组中，从相对端延烧到汽缸体28中。进一步地，泵单元20A中的第一泵单元的汽缸膛32不与第二泵单元20B的汽缸膛32流体连通。这样，每个泵单元20A的流体泵送动作都能够被单独地和独立地控制，尽管两个泵单元20A、20B被固定为以共同的速度一起旋转。

为了改变排量，泵单元20A、20B中的每一个都设置有相应旋转斜盘46，该旋转斜盘46相对于汽缸体28被枢转地支撑。每个旋转斜盘46都提供活塞支撑表面46A，在泵的操作期间，对应泵单元的多个活塞42沿该活塞支撑表面46A滑动。为了这个目的，每个活塞42都能够包括在活塞42的端部处的与旋转斜盘46的活塞支撑表面46A邻接的滑块或者靴50。虽然在图5和图6中被示出为处于中立（neutral）位置（在该中立位置中，活塞支撑表面46A相对于中心轴线A限定90度的角度α（被视为等于零的“旋转斜盘角度”）），但是旋转斜盘46可从中立位置在至少一个方向上相对于中心轴线A枢转。如图所示，旋转斜盘46能够从中立位置在两个相反的方向上旋转，这样动作以使通过泵单元20A、20B的流反向。然而，如果单向流是可接受的，则旋转斜盘46仅仅可以从中立位置在一个方向上旋转。当旋转斜盘46倾斜到除了中立位置之外的位置时，角度α决定了在汽缸体28围绕中心轴线A的一次旋转期间每个活塞42将跨越的活塞冲程。这又限定了相应泵单元20A、20B的流体排量。如下面进一步详细描述的，单独泵单元20A、20B的旋转斜盘46能够独立地倾斜以呈现不同的旋转斜盘角度，使得泵单元20A、20B在不同排量的情况下同时操作，或者一个泵单元在正排量的情况下操作而另一个泵单元保持中立。然而，要重申的是，泵20在其它构造中能够包括具有单个旋转斜盘46的单个泵单元。除了其它用途之外，如本文所示的双联泵还可以用于流体静力牵引驱动系统（例如，用于滑移转向车辆）中。在流体静力牵引驱动车辆中，第一泵单元20A联接至转动至少一个左侧轮的液压马达，而第二泵单元20B联接至转动至少一个右侧轮的液压马达，并且车辆的转向是通过借由控制单独泵单元20A、20B的泵排量设定左马达驱动速度与右马达驱动速度之间的差来完成的。

每个泵单元20A、20B都能够被布置为通过端口56使被泵送到汽缸膛32中和汽缸膛32外的流体流引入泵20中和之外，该端口56被定位在旋转斜盘46的与活塞支撑表面46A相对的一侧上。例如，每个泵单元20A、20B都能够包括具有第一和第二泵送端口56的端口块54，而壳体24和汽缸体28提供为没有任何泵送端口。为使其成为可能，建立从端口块54的第一泵送端口56通过旋转斜盘46中的端口块连接头通道58和第一流体通道60，通过穿过靴50和活塞42的相应孔到多个汽缸膛32的流体流，并且然后建立从多个汽缸膛32通过活塞42和靴50以及通过旋转斜盘46中的第二流体通道60和第二端口块连接头通道58到第二泵送端口56的流体流。虽然在图6中无法看到活塞42和靴50的流通过的空心结构，但是这仅仅是由于横截面切割平面偏离中心。

旋转斜盘46的泵送端口56和流体通道60并不被唯一地认为是“进口和出口”或者“高压对低压”，因为被泵送的流体的方向和结果流体压力并不限于单向。相反，当旋转斜盘角度倾斜至正值时，在泵单元20A、20B中的一个泵单元中的流体将从泵送端口56中的第一泵送端口被泵送至泵送端口56中的另一个泵送端口，并且当旋转斜盘角度倾斜至负值时，流体将在相反的方向上被泵送。取决于泵20的用途，流向在操作期间可以频繁地改变。穿过旋转斜盘46的流体通道60沿活塞支撑表面46A的形状是弧形的。基于旋转斜盘角度，当旋转斜盘46没有处于中立位置时，活塞42随着其沿旋转斜盘46中的流体通道60中的一个流体通道滑动而被连续地、越来越远地按压到相应汽缸膛32中。这将特定流体通道60设定为“出口”或者“高压侧”。相反的流体通道60将成为“进口”或者“低压侧”，并且活塞42随着其沿弧形进口流体通道60滑动而从相应汽缸膛32连续缩回。流体通道60中的每一个都延伸超过略小于180度（例如，大于120度并且小于180度）的弧。保持板（未示出）能够被设置在旋转斜盘的活塞支撑表面46A处以包围活塞靴50中的每个活塞靴，并且使活塞42对于活塞支撑表面46A保持正确取向。

为了保持泵单元20A、20B的低压侧的充装压力和弥补由泵单元20A、20B的低效性产生的流体损失，在泵壳体24中设置充装端口70。充装端口70经由延伸通过泵壳体24并通过相应端口块54的相应流体通道72而联接至泵单元20A、20B中的每个泵单元的泵送端口56。充装压力安全阀74被设置为与充装端口70和流体通道72流体连通。充装压力安全阀74可操作为打开，以便将建立起来的流体压力释放到被保持在低于充装压力的储存器压力（例如，大气压）处的流体储槽或者储存器。流体储槽或者储存器能够被设置在泵20的内部或者作为外部室。如图所示，泵壳体24和端口块54的不与泵回路连通的内部空腔提供流体储存器的全部或者部分。随着泵所使用的流少于所提供的流，充装端口70处的压力增加，并且当达到阈值时，流体通过充装压力安全阀74被卸存到储存器。每个泵单元20A、20B都进一步包括两个高压安全阀78，包括被定位为与泵送端口56中的每一个泵送端口都流体连通并且可操作为响应于相应泵送端口56处的流体压力的高压安全阀，因为取决于旋转斜盘角度，泵送端口56中的任何一个都能够是“高压侧”。每个高压安全阀78都可操作为在出口侧泵送端口56处的流体压力达到设定阈值压力时打开，并且在打开时，建立从出口泵送端口56到储存器的流体连通（例如，穿过充装流体通道72）。另外，能够在端口块54中设置辅助测量端口82，其中，一个这样的端口邻近每个泵送端口56（例如，沿泵送端口56、高压安全阀78和对应旋转斜盘流体通道60之间的流体路径）。辅助测量端口82能够容纳流体压力监测装置，或者能够利用液压管线被流通至外部流体压力监测装置。

如上所述，每个泵单元20A、20B的旋转斜盘46都能够相对于中心轴线A倾斜或者枢转。换句话说，旋转斜盘46能够相对于固定泵部件（诸如，泵壳体24和端口块54）并且相对于在泵20的操作期间旋转到位的汽缸体28倾斜或者枢转。旋转斜盘46可围绕相应旋转斜盘轴线B枢转。与常规的可变排量轴向活塞泵相反，泵20不包括用于机械地接合和移动旋转斜盘46的控制活塞。相反，每个旋转斜盘46都直接由可变液压压力流体控制。每个旋转斜盘46都部分地限定至少一个对应的可变容积控制室86，并且旋转斜盘46可操作为响应于控制室86中的流体压力变化而倾斜。如图6所示，每个旋转斜盘46都具有被定位在旋转斜盘轴线B的相对侧上的两个侧面或者侧翼88。每个旋转斜盘侧翼88都限定与活塞支撑表面46A相对的旋转斜盘后表面88A。如图6所示，旋转斜盘后表面88A与在端口块54中形成的兜部92组合以限定可变容积控制室86。取决于被传递至一个或者两个控制室86的流体压力，旋转斜盘46围绕旋转斜盘轴线B枢转（图6中的顺时针方向或者逆时针方向），该旋转斜盘轴线B进入或离开图6中的页面。在该实施例中，每个泵单元20A、20B都包括两个独立控制室86，然而，替代构造能够在旋转斜盘46的一侧上提供单个控制室86，并且旋转斜盘46能够由弹性构件朝向使控制室86成为最小容积的位置偏压。在任何一种情况下，旋转斜盘46都直接由在其后表面88A上的液压流体压力致动，其作为在泵20的操作期间进行旋转斜盘角度控制的机构。

每个控制室86都与设置在端口块54中的对应先导端口（pilot port）96流体连通。要注意的是，与泵20内的其它流体通道和腔室不同，控制室86并未显示于图2中，从而能够看到旋转斜盘46。如图7所示，控制通道98将控制室86流体联接至先导端口96。与被泵送的流体分开的液压控制流体的外部供应根据机械控制元件或者电子控制器被供应到每个先导端口96，以在期望压力处将液压控制流体发送到控制室86内，从而实现期望旋转斜盘角度。控制室86贯穿旋转斜盘46的整个移动范围经由控制通道98维持到对应先导端口96的流体连通。当给定旋转斜盘46的一个控制室86将被致动以推动旋转斜盘46时，该旋转斜盘46的相对的控制室86能够通过对应先导端口96联接至低压（例如，大气压）储存器，以允许液压控制流体离开容积减小的控制室86。到先导端口96的液压控制流体的外部控制能够由任何已知手段实现，包括例如外部泵和控制阀。

图8至图11图示了根据另一实施例的可变排量轴向活塞泵220。许多特征和功能都与图1至图7的泵20类似。因此，使用类似的参考数字（增加了200），并且下面的描述主要集中于泵220特有的那些特征和功能。参考上面对通常符合泵20的方面的泵220的方面的描述，从而避免重复描述。

与图1至图7的泵20一样，图8至图11的泵220包括两个泵单元220A、220B并且是通过将端口块254安装到泵壳体224的两个相对端而构造的。然而，与泵20相比较，泵220作为整体提供了替代包装选项，并且泵220的至少一端设置有安装凸耳255。与泵20的每个高压安全阀78都被设置在对应泵送端口56对面（在端口块54的相对侧上）不同，泵220的每个高压安全阀278都被设置为与对应泵送端口256直接相邻（在端口块254的共同侧和共同外表面上）。这样，给定泵单元220A、220B的两个高压安全阀278都被定位至沿中心轴线A延伸的平面（例如，平面10-10）的一侧。如图所示，用于给定泵单元220A、220B的两个高压安全阀278也都能够被定位为彼此成一直线。这样，延伸到充装端口270的充装回路的主要部分由到一对高压安全阀278两者的单个共同流体通路272形成。通过图8至图11的泵220的替代布局，充装回路的总体范围在长度上减小了，并且充装回路作为整体仅仅占据平面10-10的一侧上的空间。

此外，先导端口296被设置在泵壳体224中，而不是在端口块254中。内部流体通道将相应先导端口296联接至相应可变容积控制室286。另外，与泵20相反，用于两个泵单元220A、220B的所有先导端口296被设置在沿中心轴线A延伸的中心平面（例如，平面11-11）的相同侧上。换言之，所有先导端口296在自泵220的共同方向上开口。制造期间形成于每个端口块254中的附加进入端口297连接至延伸到控制室286的相应控制通道298。然而，在泵220被完整呈现以进行操作之前，这些进入端口297都被塞子阻塞或封闭。

泵220的旋转斜盘246中的每个旋转斜盘都设置有由相应轴承252支撑的一对相对杆或者支撑轴248。虽然在图1至图7中未被示出，但是能够在泵20中提供类似的特征以支撑旋转斜盘46。尽管在本文中没有详细地讨论，但是与上述泵20中的一样，每个泵单元220A、220B都可操作为通过到旋转斜盘侧翼288的直接液压流体控制来改变排量，该旋转斜盘侧翼288部分地限定相应控制室286。没有提供控制活塞来机械地调整旋转斜盘246。

图12至图14图示了根据又一实施例的可变排量轴向活塞泵420。许多特征和功能都与图1至图7的泵20类似。因此，使用类似的参考数字（增加了400），并且下面的描述主要集中于泵420特有的那些特征和功能。参考上面对通常符合泵20的方面的泵420的方面的描述，从而避免重复描述。

与图1至图7的泵20一样，图12至图14的泵420包括两个泵单元420A、420B，并且是通过将端口块454安装到泵壳体424的相对端而构造的。然而，与泵20相比较，泵420作为整体提供了替代包装选项，并且泵壳体424可以提供为两个端口块454之间的两件式壳体。泵420包括汽缸体428，该汽缸体428将两个单独组的活塞442接收在汽缸体428的相对端上的相应组的汽缸膛432中，并且每组活塞442都以关于相应旋转斜盘446的旋转斜盘角度而变化的冲程量位移。

虽然每个泵单元420A、420B都包括与一对可变容积控制室486相对应的一对先导端口496，但是泵420包括用于控制准许进入控制室486的可变压力的集成控制阀475。例如，控制阀475能够是电气控制的比例电磁阀。每个控制阀475都能够包括响应于不同电信号而被调整的可变位置阀芯。例如，阀门475能够移动通过建立先导端口496与相应控制室486之间的流体连通的增加量的操作范围，或者阀门475能够在打开位置与关闭位置之间循环以有效地控制先导端口496与对应控制室486之间的流体连通的程度。当被关闭时，每个控制阀475都将相应先导端口496流体连接至处于低压处（例如，大气压力处）的内部和/或外部的储存器。在该位置中，控制阀475也可以将控制室486流体连接至储存器。一旦控制阀475被致动到打开位置，便从先导端口496向从控制室486延伸的控制通道498供应流体压力。控制阀475的阀芯的控制信号和对应打开运动操作为允许先导压力的增加部分充装控制室486。因此，为了将给定泵单元420A、420B的旋转斜盘446移动到期望旋转斜盘角度，该泵单元的控制阀475被控制到允许控制室486中的一个控制室扩张的设定，其通过相对于旋转斜盘446的直接控制流体加压所驱动，同时允许流体从另一控制室486离开而到达储存器。泵420还设置有邻近先导端口496中的每个先导端口的储存器连接端口481。虽然泵420需要在先导压力处将控制流体供应到每个先导端口496，但是用于操纵每个控制室486中的控制压力的硬件（例如，控制阀475）被直接板载地设置在泵420上。插入式电气端子477能够从每个控制阀475延伸以与电子控制器连接，该电子控制器被编程为响应于和改变相应泵单元420A、420B的排量相关的输入机构来控制阀门设定。与本文所公开的其它泵一样，这些输入机构在一些情况下可以是操纵杆或者用于驱动和可选地转向具有液压传动的车辆的其它人工操作的控制件。

本发明的各种特征和优点陈述于所附权利要求中。