CN101372941A - 一种轴向柱塞式变量泵 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的轴向柱塞式变量泵，包括：斜盘、滑靴、柱塞、柱塞缸体、分油盘，所述的斜盘的前倾部和后仰部分别连接一推力油缸的推杆，所述的两推力油缸的内腔分别连通一个非稳态阀的两个输出口；所述的非稳态阀受控于一控制器，所述的控制器包括第一比较器、放大器、阈值命令源，所述的放大器连接一个第二比较器。本发明具有可以感知变量泵排量的精确变化，快速控制斜盘角度，能量消耗少、效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种变量泵，尤其是一种轴向柱塞式变量泵。
背景技术
轴向柱塞式变量泵，由于其具有体积小，重量轻，功率密度大，易于控制等优点，目前被广泛使用于各种液压系统中。
传统的轴向柱塞式变量泵由带有倾斜斜盘的变量泵和变量调节机构组成，其调节机构包括比例压力阀、比例流量阀和安装在斜盘上的回位弹簧，当变量泵的排油口处的压力小于压力阈值时，比例压力阀、比例流量阀按设定值向系统输出压力流量产生的压差、流差增大，推动斜盘快速打斜，增大排量。当变量泵的排油口处的压力大于压力阈值时，变量泵上的泄油阀自动泄油，降低排油口处的实际压力，同时比例压力阀、比例流量阀按设定值向系统输出压力流量产生的压差、流差减小，斜盘在回位弹簧的作用下逐渐扶正，从而实现液压系统的能量输出跟随负载状况的变化而变化。但是，由于回位弹簧的作用力小，使得斜盘扶正速度缓慢；通过泄油阀自然泄油来降低排油口的实际压力，而比例压力阀、比例流量阀的反应时间长、存在滞后期，且不能实现数字式控制，造成传统的轴向柱塞式变量泵存在不能精确感知变量泵的排量变化，回位速度慢，能量消耗大、效率低等缺点。
发明内容
本发明针对上述缺点，提出了一种可以精确及时地感知变量泵排量的变化，快速精确地控制斜盘角度，能量消耗少、效率高的轴向柱塞式变量泵。
本发明所述的轴向柱塞式变量泵，包括：
以可改变相对倾斜角的方式铰接于斜盘座上的斜盘；
可转动的柱塞缸体，所述的缸体内沿圆周方向布置有轴向的柱塞孔；所述的柱塞孔前部设置有柱塞，所述的柱塞的前端以球铰方式连接一可滑行于所述斜盘面部的滑靴；
所述的柱塞缸体的后部连接一分油盘，所述分油盘上有吸油口和排油口，所述的吸油口和排油口对接所述的柱塞孔的后部；所述的吸油口和排油口都连接有输油管；
其特征在于：
所述的斜盘的前倾部和后仰部分别连接一推力油缸的推杆，所述的两个推力油缸形成改变所述的斜盘的倾斜角的力臂副；
所述的两推力油缸的内腔分别连通一个非稳态阀的两个输出口；所述的非稳态阀受控于一控制器；
所述的控制器包括第一比较器、放大器、阈值命令源，所述的第一比较器的正负输入端分别连接所述的阈值命令源和一测量所述斜盘的倾斜位移的位移传感器，所述的阈值命令源输出根据用户需要设定的流量阈值，所述的位移传感器输出与实际流量对应的位移信号，所述的第一比较器输出流量阈值和实际流量的比较结果；所述的放大器的正输入端连接所述的第一比较器，所述的放大器的输出端连接所述的非稳态阀，放大器的输出信号控制所述的非稳态阀分配两个输出口的出油量的信号。
为了确保给负载恒压平稳供油，所述的斜盘的惯性速度、所述的非稳态阀的调控速度、所述的压力传感器的感应速度、所述的控制器的数据处理速度依次高一个数量级。
更进一步，所述的排油口上装有测量排油压力的压力传感器；所述的放大器的负输入端连接第二比较器，所述的第二比较器的正负输入端分别连接所述的阈值命令源和所述的压力传感器，所述的阈值命令源输出根据用户需要设定的压力阈值，所述的压力传感器输出排油口的实际压力，所述的第二比较器输出压力阈值和实际压力的比较结果。
更进一步，所述的控制器中设有模式选择模块，模式选择模块控制放大器选择压力模式或者流量模式或者流量-压力模式控制非稳态阀；
当放大器选择压力模式时，放大器只参考所述的第二比较器输出的结果执行如下操作：
(1)实际压力小于压力阈值时，放大器输出信号使非稳态阀中与连接在斜盘后仰部的油缸C连接的油口A进油大、另一个油口B进油小，使油缸C的活塞向前进、另一个油缸D的活塞向后退，斜盘倾角增大，泵的排量增大、排油口压力增大；
(2)实际压力大于压力阈值时，放大器输出信号使非稳态阀的油口A进油小、油口B进油大，使连接在油缸C上的推杆向后退、连接在油缸D上的推杆向前进，斜盘倾角减小，泵的排量减小、排油口压力减小。
当放大器选择流量模式时，放大器只参考所述的第一比较器输出的结果执行如下操作：
(1)实际流量小于流量阈值时，放大器输出信号使非稳态阀中油口A进油大、另一个油口B进油小，使油缸C的活塞向前进、另一个油缸D的活塞向后退，斜盘倾角增大，泵的排量增大、排油口压力增大；
(2)实际流量大于流量阈值时，放大器输出信号使非稳态阀的油口A进油小、油口B进油大，使连接在油缸C上的推杆向后退、连接在油缸D上的推杆向前进，斜盘倾角减小，泵的排量减小、排油口压力减小。
当放大器选择流量-压力模式时，放大器同时参考所述的第一比较器输出的结果和所述的第二比较器输出的结果执行如下操作：
(1)根据所述的第一比较器输出的结果判断实际流量是否大于流量阈值；
(2)实际流量大于流量阈值时，放大器输出信号使非稳态阀的油口A进油小、油口B进油大，使连接在油缸C上的推杆向后退、连接在油缸D上的推杆向前进，斜盘倾角减小，泵的排量减小、排油口压力减小；
(3)实际流量小于流量阈值时，根据所述的第二比较器输出的压力阈值与实际压力的比较结果判断实际压力是否大于压力阈值；
(4)实际压力大于压力阈值时，放大器输出信号使非稳态阀的油口A进油小、油口B进油大，使连接在油缸C上的推杆向后退、连接在油缸D上的推杆向前进，斜盘倾角减小，泵的排量减小、排油口压力减小；
(5)实际压力小于压力阈值时，放大器输出信号使非稳态阀中油口A进油大、另一个油口B进油小，使油缸C的活塞向前进、另一个油缸D的活塞向后退，斜盘倾角增大，泵的排量增大、排油口压力增大。
再进一步，所述的非稳态阀是差压式非稳态阀或滑柱式非稳态阀。
本发明的控制原理：
初始状态时，排油口的压力为零、斜盘与传动轴垂直，实际压力小于压力阈值、实际流量小于压力阈值、流量；开启系统，放大器输出信号控制非稳态阀中油口A进油大、另一个油口B进油小，使油缸C的活塞向前进、另一个油缸D的活塞向后退，斜盘倾角增大，实际流量增大、泵的排量增大、排油口的实际压力增大，实际流量不断逼近流量阈值、实际压力不断逼近压力阈值。
当排油口连接的负载用油量增大时，所述的压力传感器感应到的实际压力减小；放大器输出信号控制非稳态阀中油口A进油大、另一个油口B进油小，使油缸C的活塞向前进、另一个油缸D的活塞向后退，斜盘倾角增大，实际流量增大、泵的排量增大、排油口的实际压力增大；若实际压力始终小于压力阈值，压力模式下，斜盘倾角不断增大直至斜盘倾斜的极限位置；流量-压力模式下，当实际流量不超过流量阈值时，斜盘倾角不断增大、泵的排量增大实际流量增大、排油口实际压力增大，但当实际流量超过达流量阈值时，放大器输出信号控制非稳态阀中油口A进油减小、另一个油口B进油增大，使油缸C的活塞向后退、另一个油缸D的活塞向前进，斜盘倾角减小，实际流量减小。
当排油口连接的负载用油量减小时，所述的压力传感器感应到的实际压力增大；放大器输出信号使非稳态阀的油口A进油小、油口B进油大，使连接在油缸C上的推杆向后退、连接在油缸D上的推杆向前进，斜盘倾角减小，泵的排量减小、排油口压力减小。
当变量泵工作结束时，关闭系统，放大器输出信号控制非稳态阀中油口A进油小、另一个油口B进油大，使油缸C的活塞向后退、另一个油缸D的活塞向前进，斜盘倾角减小到零，实际流量减小到零、排油口的实际压力减小到零。
在这里，我们要说明的是，系统地调控过程不是一次到位的，而是连续自适应调节智能逼近的过程。因为每次调控，实际流量和实际压力都会发生变化，第一比较器和第二比较器的输出信号也就改变了，斜盘下一调控周期的斜盘倾角也就改变了。因此，斜盘是不断运动的，是一个不断调整斜盘倾角以适应排量和压力变化的连续调控过程。本发明通过非稳态阀控制油缸运动，系统可以每秒近千次的速率进行调控，很快就能使泵的排量与负载要求的排量相适应。本发明采用独特的调控理念，能够为负载持续平稳地供油。
本发明的优点是：能够根据流量变化的需要，智能地调节斜盘的位置，其施力方式合理、反应速度快、调节迅速而精确、耗能小。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为本发明只有一个比较器的情况下的主流程图；
图3为本发明有两个比较器的情况下流量-压力模式的主流程图。
具体实施方式：
实施例一
参照图1，图2：
本发明所述的轴向柱塞式变量泵，包括：
以可改变相对倾斜角的方式铰接于斜盘座上的斜盘1；
可转动的柱塞缸体2，所述的缸体2内沿圆周方向布置有轴向的柱塞孔21；所述的柱塞孔21前部设置有柱塞22，所述的柱塞22的前端以球铰方式连接一可滑行于所述斜盘1面部的滑靴11；
所述的柱塞缸体2的后部连接一分油盘3，所述分油盘3上有吸油口31和排油口32，所述的吸油口31和排油口32对接所述的柱塞孔21的后部；所述的吸油口31和排油口32都连接有输油管33；
所述的斜盘1的前倾部13通过推杆41连接推力油缸4D，所述的斜盘1的后仰部12通过推杆41连接推力油缸4C，所述的两个推力油缸形成改变所述的斜盘1的倾斜角的力臂副；
所述的两推力油缸的内腔分别连通一个非稳态阀5的两个输出口5A，5B；所述的非稳态阀5受控于一控制器；
所述的控制器包括第一比较器61、放大器63、阈值命令源64，所述的第一比较器61的正负输入端分别连接所述的阈值命令源64和一测量所述斜盘的倾斜位移的位移传感器8，所述的阈值命令源64输出根据用户需要设定的流量阈值，所述的位移传感器8输出与实际流量对应的位移信号，所述的第一比较器61输出流量阈值和实际流量的比较结果；所述的放大器63的正输入端连接所述的第一比较器61，所述的放大器63的输出端连接所述的非稳态阀5，放大器61的输出信号控制所述的非稳态阀5的两个输出口5A，5B的出油量的信号。
为了确保给负载恒压平稳供油，所述的斜盘1的惯性速度、所述的非稳态阀5的调控速度、所述的压力传感器7的感应速度、所述的控制器的数据处理速度依次高一个数量级。
放大器63参考所述的第一比较器61的输出结果执行如下操作：
(1)实际流量小于流量阈值时，放大器63输出信号使非稳态阀5中与连接在斜盘1后仰部12的油缸4D连接的油口5A进油大、另一个油口5B进油小，使油缸4D的活塞向前进、另一个油缸4C的活塞向后退，斜盘1倾角增大，泵的排量增大、排油口压力增大；
(2)实际流量大于流量阈值时，放大器63输出信号使非稳态阀5的油口5A进油小、油口5B进油大，使连接在油缸4D上的推杆41向后退、连接在油缸4C上的推杆41向前进，斜盘倾角减小，泵的排量减小、排油口压力减小。
本发明的控制原理：
初始状态时，排油口32的压力为零、斜盘1与传动轴垂直，实际压力小于压力阈值小于压力阈值；开启系统，放大器63输出信号控制非稳态阀5中油口5A进油大、另一个油口5B进油小，使油缸4D的活塞向前进、另一个油缸4C的活塞向后退，斜盘1倾角增大，实际流量增大、泵的排量增大、排油口的实际压力增大，实际流量不断逼近流量阈值、实际压力不断逼近压力阈值。
当变量泵工作结束时，关闭系统，放大器63输出信号控制非稳态阀5中油口5A进油小、另一个油口5B进油大，使油缸4D的活塞向后退、另一个油缸4C的活塞向前进，斜盘倾角减小到零，实际流量减小到零、排油口的实际压力减小到零。
实施例二
参见图1、图3；
实施例二与实施例一的区别之处在于：
所述的排油口32上装有测量排油压力的压力传感器7；
所述的放大器63的负输入端连接第二比较器62，所述的第二比较器62的正负输入端分别连接所述的阈值命令源64和所述的压力传感器7，所述的阈值命令源64输出根据用户需要设定的压力阈值，所述的压力传感器7输出排油口32的实际压力，所述的第二比较器62输出压力阈值和实际压力的比较结果。
所述的控制器中设有模式选择模块，模式选择模块控制放大器63选择压力模式或者流量模式或者流量-压力模式控制非稳态阀；
放大器63选择流量-压力模式，放大器63同时参考所述的第一比较器61输出结果和所述的第二比较器62输出的结果执行如下操作：
(1)根据所述的第一比较器61输出的结果判断实际流量是否大于流量阈值；
(2)实际流量大于流量阈值时，放大器63输出信号使非稳态阀5的油口5A进油小、油口5B进油大，使连接在油缸4C上的推杆向后退、连接在油缸4D上的推杆向前进，斜盘倾角减小，泵的排量减小、排油口压力减小；
(3)实际流量小于流量阈值时，根据所述的第二比较器62输出的结果判断实际压力是否大于压力阈值；
(4)实际压力大于压力阈值时，放大器63输出信号使非稳态阀5的油口5A进油小、油口5B进油大，使连接在油缸4C上的推杆41向后退、连接在油缸4D上的推杆41向前进，斜盘倾角减小，泵的排量减小、排油口压力减小；
(5)实际压力小于压力阈值时，放大器63输出信号使非稳态阀5中油口5A进油大、另一个油口5B进油小，使油缸4C的活塞向前进、另一个油缸4D的活塞向后退，斜盘倾角增大，泵的排量增大、排油口压力增大。
实施例二与实施例一的控制原理的不同之处在于：
当排油口32连接的负载用油量增大时，所述的压力传感器7感应到的实际压力减小；放大器63输出信号控制非稳态阀5中油口5A进油大、另一个油口5B进油小，使油缸4C的活塞向前进、另一个油缸4D的活塞向后退，斜盘倾角增大，实际流量增大、泵的排量增大、排油口的实际压力增大；若实际压力始终小于压力阈值，当实际流量不超过流量阈值时，斜盘倾角不断增大、泵的排量增大实际流量增大、排油口实际压力增大，但当实际流量超过达流量阈值时，放大器63输出信号控制非稳态阀5中油口5A进油减小、另一个油口5B进油增大，使油缸4C的活塞向后退、另一个油缸4D的活塞向前进，斜盘倾角减小，实际流量减小。
本实施例中还可以选择压力模式，当选择压力模式时，放大器63仅仅参考第二比较器62控制非稳态阀5，只参考所述的第二比较器63输出的结果执行如下操作：
实际压力小于压力阈值时，放大器输出信号使非稳态阀中与连接在斜盘后仰部的油缸C连接的油口A进油大、另一个油口B进油小，使油缸C的活塞向前进、另一个油缸D的活塞向后退，斜盘倾角增大，泵的排量增大、排油口压力增大；
实际压力大于压力阈值时，放大器输出信号使非稳态阀的油口A进油小、油口B进油大，使连接在油缸C上的推杆向后退、连接在油缸D上的推杆向前进，斜盘倾角减小，泵的排量减小、排油口压力减小。
当选择流量模式时，放大器63仅仅参考第一比较器61控制非稳态阀5，此时的控制方式与实施例一相同。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (5)
1.本发明所述的轴向柱塞式变量泵，包括：
以可改变相对倾斜角的方式铰接于斜盘座上的斜盘；
可转动的柱塞缸体，所述的缸体内沿圆周方向布置有轴向的柱塞孔；所述的柱塞孔前部设置有柱塞，所述的柱塞的前端以球铰方式连接一可滑行于所述斜盘面部的滑靴；
所述的柱塞缸体的后部连接一分油盘，所述分油盘上有吸油口和排油口，所述的吸油口和排油口对接所述的柱塞孔的后部；所述的吸油口和排油口都连接有输油管；
其特征在于：
所述的斜盘的前倾部和后仰部分别连接一推力油缸的推杆，所述的两个推力油缸形成改变所述的斜盘的倾斜角的力臂副；
所述的两推力油缸的内腔分别连通一个非稳态阀的两个输出口；所述的非稳态阀受控于一控制器；
所述的控制器包括第一比较器、放大器、阈值命令源，所述的第一比较器的正负输入端分别连接所述的阈值命令源和一测量所述斜盘的倾斜位移的位移传感器，所述的阈值命令源输出根据用户需要设定的流量阈值，所述的位移传感器输出与实际流量对应的位移信号，所述的第一比较器输出流量阈值和实际流量的比较结果；所述的放大器的正输入端连接所述的第一比较器，所述的放大器的输出端连接所述的非稳态阀，放大器的输出信号控制所述的非稳态阀分配两个输出口的出油量的信号。
2.如权利要求1所述的轴向柱塞式变量泵，其特征在于：所述的斜盘的惯性速度、所述的非稳态阀的调控速度、所述的压力传感器的感应速度、所述的控制器的数据处理速度依次高一个数量级。
3.如权利要求2所述的轴向柱塞式变量泵，其特征在于：所述的排油口上装有测量排油压力的压力传感器；所述的放大器的负输入端连接第二比较器，所述的第二比较器的正负输入端分别连接所述的阈值命令源和所述的压力传感器，所述的阈值命令源输出根据用户需要设定的压力阈值，所述的压力传感器输出排油口的实际压力，所述的第二比较器输出压力阈值和实际压力的比较结果。
4.如权利要求3所述的轴向柱塞式变量泵，其特征在于：所述的控制器中设有模式选择模块，模式选择模块控制放大器选择压力模式或者流量模式或者流量-压力模式控制非稳态阀；
当放大器选择压力模式时，放大器只参考所述的第二比较器输出的结果执行如下操作：
(1)实际压力小于压力阈值时，放大器输出信号使非稳态阀中与连接在斜盘后仰部的油缸C连接的油口A进油大、另一个油口B进油小，使油缸C的活塞向前进、另一个油缸D的活塞向后退，斜盘倾角增大，泵的排量增大、排油口压力增大；
(2)实际压力大于压力阈值时，放大器输出信号使非稳态阀的油口A进油小、油口B进油大，使连接在油缸C上的推杆向后退、连接在油缸D上的推杆向前进，斜盘倾角减小，泵的排量减小、排油口压力减小。
当放大器选择流量模式时，放大器只参考所述的第一比较器输出的结果执行如下操作：
(1)实际流量小于流量阈值时，放大器输出信号使非稳态阀中油口A进油大、另一个油口B进油小，使油缸C的活塞向前进、另一个油缸D的活塞向后退，斜盘倾角增大，泵的排量增大、排油口压力增大；
(2)实际流量大于流量阈值时，放大器输出信号使非稳态阀的油口A进油小、油口B进油大，使连接在油缸C上的推杆向后退、连接在油缸D上的推杆向前进，斜盘倾角减小，泵的排量减小、排油口压力减小。
当放大器选择流量-压力模式时，放大器同时参考所述的第一比较器输出的结果和所述的第二比较器输出的结果执行如下操作：
(1)根据所述的第一比较器输出的结果判断实际流量是否大于流量阈值；
(2)实际流量大于流量阈值时，放大器输出信号使非稳态阀的油口A进油小、油口B进油大，使连接在油缸C上的推杆向后退、连接在油缸D上的推杆向前进，斜盘倾角减小，泵的排量减小、排油口压力减小；
(3)实际流量小于流量阈值时，根据所述的第二比较器输出的压力阈值与实际压力的比较结果判断实际压力是否大于压力阈值；
(4)实际压力大于压力阈值时，放大器输出信号使非稳态阀的油口A进油小、油口B进油大，使连接在油缸C上的推杆向后退、连接在油缸D上的推杆向前进，斜盘倾角减小，泵的排量减小、排油口压力减小；
(5)实际压力小于压力阈值时，放大器输出信号使非稳态阀中油口A进油大、另一个油口B进油小，使油缸C的活塞向前进、另一个油缸D的活塞向后退，斜盘倾角增大，泵的排量增大、排油口压力增大。
5.如权利要求1至4之一所述的轴向柱塞式变量泵，其特征在于：所述的非稳态阀是差压式非稳态阀或滑柱式非稳态阀。
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