液压扭矩脉冲发生器

摘要

一种液压扭矩脉冲发生器，其包括：电机驱动型驱动缸(12)，其具有室(15)；输出轴(20)，其与驱动缸(12)同轴并且连接至径向可移动的密封元件(24、25)，所述密封元件(24、25)支撑于脉冲接收部分(19)上并且间歇性地将室(15)划分为高压隔间(32)和低压隔间(33)；以及凸轮轮廓(27、28)，其配置为将密封元件(24、25)从怠速位置移位至高压脉冲产生位置。阀元件(47)在关闭位置与打开位置之间可移动，以控制流体流经位于高压隔间(32)与低压隔间(33)之间的旁通通道(46)。阀元件(47)借助联接器(40)联接至驱动缸(12)，所述联接器(40)在驱动缸(12)于脉冲产生期间突然停止时将阀元件(47)切换至其打开位置。

权利要求

1.一种液压扭矩脉冲发生器，其包括：电机驱动型驱动缸(12)，所述驱动缸(12)具有液压流体室(15)；输出轴(20)，其具有脉冲接收部分(19)，所述输出轴(20)与驱动缸(12)同轴并且连接至径向能移动的至少一个密封元件(24、25)，所述至少一个密封元件(24、25)支撑于脉冲接收部分(19)上并且间歇性地将液压流体室(15)划分为高压隔间(32)和低压隔间(33)；以及凸轮轮廓(27、28)，所述凸轮轮廓(27、28)配置为将所述至少一个密封元件(24、

25)从怠速位置移位至高压脉冲产生位置，其中，设置有旁通通道(46)以使高压隔间(32)和低压隔间(33)之间的流体连通，并且阀元件(47)在关闭位置与打开位置之间能移动，由此控制流体流经旁通通道(46)，其特征在于，阀元件(47)联接至驱动缸(12)并且与驱动缸(12)能共同旋转，所述阀元件(47)配置为在高压隔间(32)中的压力增大期间占据其关闭位置，而一旦高压脉冲已经完成，就切换至其打开位置，其中，阀元件(47)为控制芯轴(36)的一部分，所述控制芯轴(36)借助滞差运动联接器(40)而联接至驱动缸(12)，所述滞差运动联接器(40)提供控制芯轴(36)与驱动缸(12)之间的角度动作，并且所述控制芯轴(36)配置为：在每个高压脉冲产生时，当驱动缸(12)突然停止时，所述控制芯轴(36)依靠其固有的动能而通过所述角度动作来旋转，由此阀元件(47)切换至其打开位置。

2.根据权利要求1所述的脉冲发生器，其中，高压隔间(32)形成于脉冲接收部分(19)中，并且所述至少一个密封元件(24、25)在数量上为两个，并且在高压隔间(32)中能够朝向彼此移动，凸轮轮廓(27、28)设置于液压流体室(15)的内壁(26)上，并且配置为使所述密封元件(24、25)在所述高压隔间(32)中同时朝向彼此推进。

3.根据权利要求1或2所述的脉冲发生器，其中，在控制芯轴(36)上设置有凸轮突出部(37、38)，以在另一个高压脉冲要产生之前接合密封元件(24、25)并且使密封元件(24、25)返回至它们的怠速位置。

说明书

液压扭矩脉冲发生器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种扭矩脉冲发生器，其包括电机驱动型驱动缸以及输出轴的脉冲接收部分，所述驱动缸具有液压室，所述输出轴延伸至驱动缸并且承载径向可移动的至少一个密封元件，所述密封元件布置为与液压流体室中的密封区协作，用于间歇性地将液压室划分为高压隔间和低压隔间，从而在输出轴中产生扭矩脉冲。

背景技术

[0002] 上述类型的脉冲发生器布置为：随着某个角位置处的密封元件或多个密封元件将液压流体室中的高压隔间从低压隔间密封起来，而产生扭矩脉冲。在每个产生的扭矩脉冲中，驱动缸的动能借助密封元件或多个密封元件而传输至输出轴的脉冲接收部分，并且在高压隔间中形成高压峰值。这导致驱动缸相对于输出轴的旋转几乎瞬间停止，借此驱动缸的动能传输至输出轴。虽然电机的驱动扭矩连续地作用在缸上，但是驱动缸加速以产生另一个脉冲最初会受到阻碍，这是由于高压隔间中的液压压力只会借助穿过密封元件的泄漏间隙而缓慢地降低。这意味着脉冲发生器的脉冲速率变得很低。如果泄漏间隙在密封元件或多个密封元件与缸之间加宽，则有可能缩短每个脉冲传送之后的缸的停止阶段，从而增大脉冲速率。但是，加宽的泄漏间隙也将导致高压脉冲的大小将严重地减小，并且就算脉冲速率增大了，脉冲发生器的效率也将以不令人满意的方式受到限制。

[0003] 在之前已知的方法中，美国专利4,735,595中描述了：将弹簧类型的阀元件配置为在产生高压脉冲之后立即打开高压隔间与低压隔间之间的旁通连接，由此增大扭矩脉冲发生器的脉冲速率。这意味着在下一个即将到来的脉冲之前，高压隔间中将不会有剩余压力来阻碍或延迟驱动缸的快速加速，由此限制脉冲发生器的脉冲速率。

[0004] 按照同样的方式，美国专利3,283,537中描述了：驱动缸中的弹簧偏置旁通阀装置布置为一旦脉冲被传送就将高压隔间中的剩余压力排空，从而增大扭矩脉冲发生器的脉冲速率。

[0005] 上述相关的现有技术装置都存在以下缺点：所述装置都是压力激活型的，这意味着所述装置随着高压隔间中的压力到达某一水平而关闭旁通连接。这意味着在高压隔间中的压力增大的初始部分期间，旁通连接仍然是打开的，这就是说在高压隔间完全关闭并且产生高压脉冲的脉冲将要产生之前，高压隔间中的液压流体的某些部分将与低压隔间连通。这导致了高压隔间中已形成的脉冲压力不令人满意地降低，并且由此导致扭矩脉冲力受到影响。同样地，直到高压隔间中的压力降低到特定的水平，这种已知类型的阀装置才会打开旁通连通，这意味着在下一个扭矩脉冲到达之前，会产生不令人满意的加速延迟。

发明内容

[0006] 本发明的目标在于提供上述类型的扭矩脉冲发生器，其中增大了脉冲速率，而不会影响扭矩脉冲产生的效率。

[0007] 本发明涉及一种液压扭矩脉冲发生器，其包括：电机驱动型驱动缸，所述驱动缸具有液压流体室；输出轴，其具有脉冲接收部分，所述输出轴与驱动缸同轴并且连接至径向可移动的至少一个密封元件，所述至少一个密封元件支撑于脉冲接收部分上并且间歇性地将液压室划分为高压隔间和低压隔间；以及凸轮轮廓，所述凸轮轮廓配置为将所述至少一个密封元件从怠速位置移位至高压脉冲产生位置，其中，设置有旁通通道以使高压隔间和低压隔间之间的流体连通，并且阀元件在关闭位置与打开位置之间可移动，由此控制流体流经旁通通道。阀元件联接至驱动缸并且与驱动缸可共同旋转，所述阀元件配置为在高压隔间中的压力增大期间占据其关闭位置，而一旦高压脉冲已经完成，就切换至其打开位置。

[0008] 利用本发明的液压扭矩脉冲发生器，由于提供了如下的旁通阀装置，使得脉冲速率得以增大：所述旁通阀装置不依赖于高压隔间中的流体压力水平来操作，而是由驱动缸的旋转位置来控制。

[0009] 在本发明的具体实施方案中，高压隔间形成于脉冲接收部分中，并且所述至少一个密封元件在数量上为两个，并且在高压隔间中能够朝向彼此移动，凸轮轮廓设置于液压室的内壁上，并且配置为使所述密封元件在所述高压隔间中同时朝向彼此推进。

[0010] 在本发明的另一个实施方案中，阀元件为控制芯轴的一部分，所述控制芯轴借助滞差运动联接器而联接至驱动缸，所述滞差运动联接器提供控制芯轴与驱动缸之间的角度动作(angular play)，并且所述控制芯轴配置为：在每个高压脉冲产生时，当驱动缸突然停止时，所述控制芯轴依靠其固有的动能而通过所述角度动作来旋转，由此阀元件切换至其打开位置。

[0011] 在控制芯轴上可以设置有凸轮突出部，以在另一个高压脉冲要产生之前接合密封元件并且使密封元件返回至它们的怠速位置。

[0012] 本发明的更多特性特征和优点将根据随附的以下详细说明而出现，其中，本发明的具体实施方案参考附图来进行描述。

附图说明

[0013] 图1示出了根据本发明的扭矩脉冲发生器的立体图。

[0014] 图2示出了穿过图1中的脉冲发生器的纵截面，其图示了处于怠速位置的活塞。

[0015] 图3示出了类似于图2的纵截面，其示出了处于关闭位置的旁通阀。

[0016] 图4示出了类似于图3的纵截面，其图示了处于打开位置的旁通阀。

[0017] 图5示出了沿着图2中的线A-A的横截面，其图示了处于关闭位置的旁通阀。

[0018] 图6示出了类似于图5的横截面，其图示了旁通阀处于部分打开位置的脉冲产生阶段的结束阶段。

[0019] 图7示出了类似于图5和图6的横截面，其图示了旁通阀处于完全打开位置的已完成的脉冲产生阶段。

[0020] 图8示出了沿着图2中的线B-B的横截面，其图示了通过控制芯轴上的凸轮突出部而将活塞推至它们的怠速位置。

[0021] 图9示出了类似于图8的横截面，其图示了以下的脉冲产生阶段：在该脉冲产生阶段，活塞推辊被驱动缸上的凸轮轮廓接合，并且按压活塞使活塞在高压隔间中朝向彼此。

[0022] 图10示出了类似于图8和图9的横截面，其图示了控制芯轴和凸轮突出部的更多的惯性相关角位移。

[0023] 图11示出了沿着图2中的线C-C的横截面，其图示了在控制芯轴由缸带动旋转的位置下的滞差运动联接器(该滞差运动联接器位于惯性缸与控制芯轴之间)。

[0024] 图12示出了类似于图11的横截面，其图示了缸的脉冲产生位置，以及控制芯轴的惯性相关的进一步旋转的初始部分。

[0025] 图13示出了类似于图11和图12的横截面，其图示了控制芯轴的已完成的完全惯性相关的进一步旋转位移。

具体实施方式

[0026] 附图中所示的扭矩脉冲发生器包括惯性驱动缸12，所述惯性驱动缸12具有内部圆柱形流体室15、后端壁13以及用于连接至电机的轴14。穿过缸12的前开口18延伸有输出轴20的脉冲接收部分19。该部分19具有横向孔22，两个活塞24、25在该横向孔22中径向可移动。见图3。如图8至图10中所示，流体室15的内壁26由两个完全相反(diametrically opposed)的凸轮轮廓27、28组成，活塞24、25通过所述凸轮轮廓27、28借助两个推辊30、31而被激活。从而，在孔22中活塞24、25分别从彼此或者朝向彼此移位，并且当朝向彼此移位时，活塞24、25包围其间被压缩成高压的流体体积。换而言之，活塞24、25包围它们之间的高压隔间32，反之，低压隔间33形成于围绕脉冲接收部分19的流体室15中。

[0027] 为了确保活塞24、25以及它们的推辊30、31能够返回至它们与凸轮轮廓27、28接合的外部怠速位置，提供了控制芯轴36，所述控制芯轴36与驱动缸12同心地设置并且由驱动缸12带动旋转。控制芯轴36设置有反向地延伸的凸轮突出部37、38(所述凸轮突出部37、38用于与活塞24、25相继接合)，并且借助滞差运动联接器40驱动地联接至驱动缸12，所述滞差运动联接器40包括横向脊部41，所述横向脊部41布置为接合流体室15的后端壁13中的沙漏形状的套接部42。因此，提供了驱动缸12与控制芯轴36之间的旋转动作(rotational play)。见图11至图13。为了确保驱动缸12与控制芯轴36之间的低摩擦轴承配置，提供了球状物43、44，控制芯轴36的端部倚靠于所述球状物43、44上。

[0028] 提供了这样的阀装置：该阀装置用于控制高压隔间32与低压隔间33之间的液压流体的旁通流动，以促进脉冲发生器的增大的脉冲速率，而不会影响每次传送的脉冲的效率或大小。为了上述目的，脉冲接收部分19设置有旁通通道46和阀元件47。阀元件47的形状为圆柱形并且由形成凹槽48、49的通道组成，所述阀元件47用于相继地打开旁通通道46，并且允许流体在高压隔间32与低压隔间33之间流动。阀元件47作为控制芯轴36的整体部分而设置于控制芯轴36的一端。

[0029] 下面参考附图来描述脉冲发生器的工作顺序，其中，将参考图2中所示的横截面A-A、B-B以及C-C来描述不同的工作阶段。

[0030] 工作中，驱动缸12的后轴14连接至未示出的电机，以接收恒定的扭矩。这意味着驱动缸12朝着由图中的箭头标识的方向而相对于输出轴20和脉冲接收部分19旋转。在第一阶段，如图5、图8以及图11中所示，活塞24、25通过控制芯轴36上的凸轮突出部37、38而变换至了它们的外部怠速位置(见图5、图8)。如图5中所示，由于阀元件47的凹槽48、49与旁通通道46不对齐，因此旁通通道46通过阀元件47关闭。在这个阶段，随着控制芯轴36上的脊部41被驱动缸端壁13中的沙漏形状的套接部42接合，控制芯轴36与驱动缸12一起旋转。见图11。这是加速阶段，其中，驱动缸12在即将到来的脉冲产生之前积聚速度和动能。流体室内壁26上的凸轮轮廓27、28还未到达推辊30、31以激活活塞24、25。

[0031] 在下一个阶段，如图6、图9以及图11中所示，凸轮轮廓27、28到达了它们接合推辊30、31的位置，借助所述推辊30、31而在活塞24、25上施加反向直接力。在这个阶段，控制芯轴36到达了凸轮突出部37、38不再与活塞24、25接触的位置，以允许活塞24、25朝向彼此的径向位移。实现了高压隔间32中迅速增大的流体压力，并且驱动缸12的动能借助脉冲接收部分19而传输至输出轴20。这意味着驱动缸12突然停止。

[0032] 在这个脉冲传送阶段，并且由于驱动缸12的突然停止，控制芯轴36依靠其自身的惯性而继续旋转一定的角度间隔。这个角度间隔由滞差运动联接器40来决定，并且在初始阶段位置下，脊部41从其与驱动缸端壁13中的沙漏形状的套接部42的驱动接合位置移动开。见图12。从而，阀元件47在这个间隔期间也旋转，并且到达了凹槽48、49开始打开经过旁通通道46的流体连通的位置。见图6。紧接着这个阶段，控制芯轴36到达了其完全位移的位置，该位置由沙漏形状的套接部42的形状来决定。见图13。当控制芯轴36处于那个位置时，阀元件47到达了其完全打开位置，在该完全打开位置，凹槽48、49允许全部的流体流过旁通通道46。见图7。在图10中，该位置图示为凸轮突出部37、38进一步占据相对于活塞24、25的位移位置。

[0033] 控制芯轴36和阀元件47的上述工作顺序使得紧接着扭矩脉冲传送之后，能够非常快速地消除高压隔间32中的压力。这意味着在另一个脉冲产生之前，驱动缸12能够积聚速度，而不会出现由于高压隔间32中的剩余压力所造成的任何时间延迟，并且因此，脉冲速率增大，而不会对所产生的脉冲造成负面影响。旁通阀的工作顺序由驱动缸12与输出轴20的脉冲接收部分19的相对角位置和进一步驱动控制芯轴36的旋转运动的惯性决定。不同于现有技术中所描述的压力控制阀配置，本发明的配置既不会在脉冲产生阶段的初始阶段期间出现任何不令人满意的流体的旁通流动，也不会在紧接着脉冲产生阶段之后出现从高压隔间32的任何延迟的压力消除。这意味着高脉冲大小和高脉冲速率。

[0034] 应当理解的是，本发明的实施方案并不限于以上描述的示例，而是可以在所要求的范围之内自由地变换。例如，本发明可以应用于同样出现驱动缸加速延迟问题的叶片式的脉冲发生器。