CN101033727A - 柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件 - Google Patents

柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件 Download PDF

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曹建伟
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本发明涉及液压马达配油机构，旨在提供一种柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件。该组件包括柱塞和配油阀组，配油阀组由前盖板、阀板、后盖板、高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀组成；高速开关高压供油阀的入口端与压力油口相连，出口端与柱塞的柱塞腔相连；高速开关排油/补油阀的弹簧腔一端与柱塞的柱塞腔相连，另一端与回油口相连；与每个柱塞腔连接的一对高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀的启闭状态相反。本发明通过对占空比的实时调节，实现了开关变扭矩控制；节约了大量的能耗；本发明的阀控配油组件与柱塞式定量液压马达柱塞缸体端面之间没有了相对滑动，提高了柱塞式液压马达的驱动压力。

Description

柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件
技术领域
本发明涉及液压马达配油机构，更具体的说，是涉及一种柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件。
背景技术
目前液压马达的配流方式中采用最多的是端面配流，而端面配流中所采用的主要器件就是配油盘。配油盘类似一个板式阀，由带两个弧形(“腰形”)窗口的平面贴合在开有配流孔的缸体端面，使得缸体和配油盘在垂直于马达轴的面上相对旋转，配油盘上的窗口和缸体端面开孔的相对位置按一定规律安排，以使处在供油或排油行程中的柱塞缸能交替与马达体上的供，排油相通，并保证各油腔之间的隔离和密封。由于配油盘与缸体之间相对旋转，因此会相互磨损形成端面间隙，液压马达的泄漏就主要来自配油盘与缸体之间的端面泄漏，液压马达的端面泄漏成为目前限制液压马达工作压力的主要障碍。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件。
为了解决以上问题，本发明是通过如下技术方案实现。
一种柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件，包括柱塞，还包括配油阀组，所述配油阀组由前盖板、阀板、后盖板、高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀组成；所述高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均装在阀板上；所述高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均由推杆、阀芯和弹簧组成，所述阀芯的一端和推杆相连，阀芯上套有弹簧，推杆的一端装设有高速开关电磁铁；
所述高速开关高压供油阀的入口端与压力油口相连，出口端与柱塞的柱塞腔相连；所述高速开关排油/补油阀的弹簧腔一端与柱塞的柱塞腔相连，另一端与回油口相连；与每个柱塞腔连接的一对高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀的启闭状态相反。
作为一种改进，所述推杆的一端穿过后盖板，在推杆穿过的后盖板的相应位置装设有高速开关电磁铁，用于控制推杆的运动。
一种适用于柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件的变扭矩控制方法，包括以下步骤：
(1)高速开关排油/补油阀在其对应的柱塞处于排油区的时候强行打开，使柱塞腔的油能够顺利返回回油口；高速开关高压供油阀在其对应的柱塞刚进入排油区和吸油区分界线时打开，柱塞腔从压力油口获得压力油；
(2)控制高速开关高压供油阀的开启时间，使其覆盖相应柱塞的部分吸油时间，使得相应的柱塞在吸油阶段，只有部分时间压力油可以通过高速开关高压供油阀进入液压马达的柱塞油腔，推动柱塞做功；
吸油阶段的其余时间柱塞油腔均通过与回油口相通的高速开关排油/补油阀，直接从回油口吸油，补充柱塞运动产生的空腔，但不会推动柱塞做功，确保液压马达的平均输出扭矩与高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中的占空比成正比；
(3)通过对高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中占空比的实时调节，输出与占空比成正比的平均扭矩，实现了对柱塞式定量液压马达开关变扭矩配油阀组的变扭矩控制；占空比与平均扭矩之间的关系为：
占空比＝X开×2n＝T/(D×P×η机×η阀)，
其中：X开为高速开关高压供油阀开启时间段内的柱塞位移，n为柱塞式定量液压马达输出轴的转速，T为需要获得的平均扭矩，D为柱塞式定量液压马达的排量，P为压力油口的压力，η机为柱塞式定量液压马达的机械效率，η阀为配油阀组控制柱塞腔的效率。
作为一种改进，当柱塞处于吸油区之外时，高速开关高压供油阀处于关闭状态，造成柱塞腔的瞬时吸空，回油口压力自动推开高速开关排油/补油阀，继续向柱塞腔供油，确保柱塞腔的顺利吸油。
作为一种改进，各柱塞腔的吸、排油周期与柱塞式定量液压马达输出轴的旋转同步，每一对高速开关高压供油阀、高速开关排油/补油阀与柱塞式定量液压马达输出轴的旋转同步地轮流开关。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过对高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中占空比的实时调节
(1)本发明通过对高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中占空比的实时调节，输出与占空比成正比的平均扭矩，实现了开关变扭矩控制。
(2)当负载扭矩较小的时候，其部分柱塞虽然处于吸油区，但仍然是从回油口吸油的，而不需要把压力油浪费在额外的节流控制阀口上，因而节约了大量的能耗。
(3)本发明的阀控配油组件直接安装在柱塞式定量液压马达柱塞缸体端面上，代替配油盘，阀控配油组件与柱塞式定量液压马达柱塞缸体端面之间没有了相对滑动，为柱塞式液压马达驱动压力成倍提高扫清了主要技术障碍。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明柱塞动作流程示意图。
图3是本发明配油阀组结构示意图。
图中，1高速开关高压供油阀、2高速开关排油/补油阀、3液压马达柱塞缸体、4柱塞腔、5柱塞、6压力油口、7回油口、8前盖板、9阀板、10后盖板、11高速开关排油/补油阀弹簧腔、12高速开关高压供油阀入口端、13高速开关高压供油阀出口端。
具体实施方式
结合附图，下面对本发明进行详细说明。
一种柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件，包括柱塞，还包括配油阀组，所述配油阀组由前盖板、阀板、后盖板、高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀组成；所述高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均装在阀板上；所述高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均由推杆、阀芯和弹簧组成，所述阀芯的一端和推杆相连，阀芯上套有弹簧，推杆的一端装设有高速开关电磁铁；
所述高速开关高压供油阀的入口端与压力油口相连，出口端与柱塞的柱塞腔相连；所述高速开关排油/补油阀的弹簧腔一端与柱塞的柱塞腔相连，另一端与回油口相连；与每个柱塞腔连接的一对高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀的启闭状态相反。所述推杆的一端穿过后盖板，在推杆穿过的后盖板的相应位置装设有高速开关电磁铁，用于控制推杆的运动。
一种适用于柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件的变扭矩控制方法，包括以下步骤：
(1)高速开关排油/补油阀在其对应的柱塞处于排油区的时候强行打开，使柱塞腔的油能够顺利返回回油口；高速开关高压供油阀在其对应的柱塞刚进入排油区和吸油区分界线时打开，柱塞腔从压力油口获得压力油；
(2)控制高速开关高压供油阀的开启时间，使其覆盖相应柱塞的部分吸油时间，使得相应的柱塞在吸油阶段，只有部分时间压力油可以通过高速开关高压供油阀进入液压马达的柱塞油腔，推动柱塞做功；
吸油阶段的其余时间柱塞油腔均通过与回油口相通的高速开关排油/补油阀，直接从回油口吸油，补充柱塞运动产生的空腔，但不会推动柱塞做功，确保液压马达的平均输出扭矩与高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中的占空比成正比；
(3)通过对高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中占空比的实时调节，输出与占空比成正比的平均扭矩，实现了对柱塞式定量液压马达开关变扭矩配油阀组的变扭矩控制；占空比与平均扭矩之间的关系为：
占空比＝X开×2n＝T/(D×P×η机×η阀)，
其中：X开为高速开关高压供油阀开启时间段内的柱塞位移，n为柱塞式定量液压马达输出轴的转速，T为需要获得的平均扭矩，D为柱塞式定量液压马达的排量，P为压力油口的压力，η机为柱塞式定量液压马达的机械效率，η阀为配油阀组控制柱塞腔的效率。
所述排油区是柱塞回程、柱塞腔容积减小时所处的区域，所述吸油区是柱塞进程、柱塞腔容积增加时所处的区域。当柱塞处于吸油区之外的时候，高速开关高压供油阀处于关闭状态，造成柱塞腔的瞬时吸空，回油口压力自动推开高速开关排油/补油阀，继续向柱塞腔供油，确保柱塞腔的顺利吸油。各柱塞腔的吸、排油周期与柱塞式定量液压马达输出轴的旋转同步，每一对高速开关高压供油阀、高速开关排油/补油阀与柱塞式定量液压马达输出轴的旋转同步地轮流开关。
本实施例中的柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件由与柱塞式定量液压马达柱塞数量相等的高速开关高压供油阀，以及与液压马达柱塞数量相等的高速开关排油/补油阀组成，液压马达的每一个柱塞都分别由一对启闭状态正好相反的高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀控制，取代了传统液压马达中的配油盘。本发明对高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀进行了一体化设计形成配油阀组。
当柱塞处于排油区时(柱塞回程，柱塞腔容积减小)，高速开关高压供油阀在弹簧力和液压力的作用下关闭，而高速开关排油/补油阀在高速开关电磁铁的作用下打开，使柱塞腔的油通过前盖板与阀板之间的通道流回回油口；当柱塞处于吸油区时(柱塞进程，柱塞腔容积增加)，高速开关高压供油阀在高速开关电磁铁的作用下打开，压力油从压力油口进入柱塞腔，但打开时间可控；当柱塞处于吸油区之外的时候，高速开关高压供油阀并不打开，由此造成了柱塞腔的瞬时吸空，在回油口压力的作用下，高速开关排油/补油阀打开，向柱塞腔供油，确保柱塞腔的顺利吸油。为保证马达正常工作，回油口仍然要有一定的压力。
结合附图2，当柱塞处于状态1时，高速开关高压供油阀在弹簧力和液压力作用下关闭，高速开关排油/补油阀强行打开，柱塞向回油口顺利排油；当柱塞处于状态2时，高速开关排油/补油阀强行关闭，柱塞腔压力上升；当柱塞处于状态3时，高速开关高压供油阀强行打开，高速开关排油/补油阀仍然处于关闭状态，柱塞腔升压吸油；当柱塞处于状态4时，高速开关高压供油阀关闭，高速开关排油/补油阀仍然处于关闭状态，压力推动柱塞继续运动；当柱塞处于状态5时，柱塞腔压力降低，高速开关排油/补油阀在回油口压力作用下打开，柱塞从回油口吸油；当柱塞处于状态6时，高速开关排油/补油阀强行打开，保证柱塞从回油口顺利吸油。
通过对高速开关高压供油阀开启时间在整个柱塞吸油时间中占空比的实时调节，输出与占空比成正比的平均扭矩，实现对柱塞式定量液压马达开关变扭矩配油阀组的变扭矩控制。
另外，为了更好的实现本发明，本发明所述的柱塞腔容积要尽可能小，甚至为它专门定制集两个阀与柱塞于一体的组件。
最后，需要注意的是，以上列举的本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以由很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1、一种柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件，包括柱塞，其特征在于，还包括配油阀组，所述配油阀组由前盖板、阀板、后盖板、高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀组成；所述高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均装在阀板上；所述高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均由推杆、阀芯和弹簧组成，所述阀芯的一端和推杆相连，阀芯上套有弹簧，推杆的一端装设有高速开关电磁铁；
所述高速开关高压供油阀的入口端与压力油口相连，出口端与柱塞的柱塞腔相连；所述高速开关排油/补油阀的弹簧腔一端与柱塞的柱塞腔相连，另一端与回油口相连；与每个柱塞腔连接的一对高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀的启闭状态相反。
2、根据权利要求1所述的柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件，其特征在于，所述推杆的一端穿过后盖板，在推杆穿过的后盖板的相应位置装设有高速开关电磁铁，用于控制推杆的运动。
3、一种适用于柱塞式定量液压马达开关变扭矩阀控配油组件的变扭矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)高速开关排油/补油阀在其对应的柱塞处于排油区的时候强行打开，使柱塞腔的油能够顺利返回回油口；高速开关高压供油阀在其对应的柱塞刚进入排油区和吸油区分界线时打开，柱塞腔从压力油口获得压力油；
(2)控制高速开关高压供油阀的开启时间，使其覆盖相应柱塞的部分吸油时间，使得相应的柱塞在吸油阶段，只有部分时间压力油可以通过高速开关高压供油阀进入液压马达的柱塞油腔，推动柱塞做功；
吸油阶段的其余时间柱塞油腔均通过与回油口相通的高速开关排油/补油阀，直接从回油口吸油，补充柱塞运动产生的空腔，但不会推动柱塞做功，确保液压马达的平均输出扭矩与高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中的占空比成正比；
(3)通过对高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中占空比的实时调节，输出与占空比成正比的平均扭矩，实现了对柱塞式定量液压马达开关变扭矩配油阀组的变扭矩控制；占空比与平均扭矩之间的关系为：
占空比＝X开×2n＝T/(D×P×η机×η阀)，
其中：X开为高速开关高压供油阀开启时间段内的柱塞位移，n为柱塞式定量液压马达输出轴的转速，T为需要获得的平均扭矩，D为柱塞式定量液压马达的排量，P为压力油口的压力，η机为柱塞式定量液压马达的机械效率，η阀为配油阀组控制柱塞腔的效率。
4、根据权利要求3所述的变扭矩控制方法，其特征在于，当柱塞处于吸油区之外时，高速开关高压供油阀处于关闭状态，造成柱塞腔的瞬时吸空，回油口压力自动推开高速开关排油/补油阀，继续向柱塞腔供油，确保柱塞腔的顺利吸油。
5、根据权利要求4所述的变扭矩控制方法，其特征在于，各柱塞腔的吸、排油周期与柱塞式定量液压马达输出轴的旋转同步，每一对高速开关高压供油阀、高速开关排油/补油阀与柱塞式定量液压马达输出轴的旋转同步地轮流开关。
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