CN102425533A

CN102425533A - 一种正弦流量发生装置

Info

Publication number: CN102425533A
Application number: CN2011102839614A
Authority: CN
Inventors: 唐全波
Original assignee: Chongqing Technology and Business University
Current assignee: Chongqing Technology and Business University
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2012-04-25

Abstract

本发明公开了一种正弦流量发生装置，包括与凸轮相接的滑块，滑块的另一侧与柱塞的顶端相连，柱塞的杆部位于缸体内的柱塞孔中，滑块与缸体之间设置有弹性装置，柱塞在缸体内的柱塞孔中可以往复运动；凸轮的轮廓形状满足如下曲线方程：

；其中：r为凸轮基圆半径、s为凸轮升程，ω为转动角速度。在每一个所述柱塞和缸体柱塞孔之间构成的工作容腔处设置有电磁单向阀，电磁单向阀的进油口与工作容腔相连、出油口与流量发生装置的进油道相连，控制同时参与输出流量的柱塞个数，实现正弦流量幅值的调节与控制。该发明克服了采用曲柄-连杆机构或偏心轮机构驱动柱塞运动只能得到近似正弦流量信号的缺点，为需要正弦流量作为输入信号的机械零部件的性能检测提供标准的正弦流量信号。

Description

一种正弦流量发生装置

技术领域

本发明涉及一种流量发生装置，该装置的输出流量呈（单向）正弦周期性变化。

背景技术

工程中使用的流量输出装置主要是液压泵，液压泵分为定量泵和变量泵两大类，要求其输出流量的脉动越小越好，但是在一些液压检测和实验装置中，往往要求油泵能输出一种按正弦（余弦）曲线变化的流量信号，如在汽车、摩托车减震器的阻尼曲线检测中就需要用到正弦流量信号作为性能测试的输入信号。为了获得按正弦曲线变化的流量，目前可以采用以下两种方法来实现：一是在定量泵流量输出系统中采用流量伺服阀来对流量进行控制和调节，获得按照正弦曲线规律变化的输出流量；二是通过曲柄-连杆机构或偏心轮驱动柱塞泵的柱塞做往复运动而获得近似的正弦流量。上述两种方法存在的问题是：采用流量伺服阀实现正弦流量信号时，控制系统造价昂贵、当需要有较大的幅-频特性要求时，控制系统的频宽难以提高，控制系统的效率低、能量损失大，并且系统的使用和维护要求严格。如果采用曲柄-连杆驱动柱塞作往复运动，由于连杆在运动过程中存在一定角度范围的摆动运动，柱塞的运动轨迹并非是按照完整的正弦轨迹运动，即使当连杆的长度与曲柄的长度之比达到10:1，柱塞的运动轨迹与完整的正弦轨迹之间的最大误差仍然可达到0.5%，作为检测所需要的输入信号是不合要求的，且泵的机械结构庞大；如果采用偏心轮驱动柱塞运动，则柱塞的运动轨迹会是一条更为复杂的曲线，也难以实现柱塞的正弦（余弦）运动轨迹。

发明内容

本发明提供一种能按照正弦变化规律输出流量信号的正弦流量发生装置。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：一种正弦流量发生装置，采用具有余弦曲线轮廓的凸轮直接驱动柱塞，使柱塞获得符合正弦变化规律的速度，即可使该流量发生装置能够输出按照正弦曲线规律变化的流量，其特征在于：所述装置包括与凸轮相接的滑块，滑块的另一侧与柱塞的顶端相连，柱塞的杆部位于缸体内的柱塞孔中，滑块与缸体之间设置有用于柱塞复位的弹性装置，柱塞在缸体内的柱塞孔中作往复运动；缸体的另一端设置有配流盘，配流盘上在每一个柱塞与柱塞孔之间构成的工作容腔的对应处设置有第一单向阀和第二单向阀，第一单向阀的进油口与进油道相连，而其出油口与工作容腔相连，第二单向阀的进油口与工作容腔相连，而其出油口与出油道相连，实现柱塞在吸油和排油间的转换。

凸轮的轮廓形状满足如下曲线方程：

其中：r为凸轮基圆半径、s为凸轮升程，ω为转动角速度，t为时间。

所述弹性装置由回程弹簧、固定盘和钢球组成，钢球设置在固定盘上，回程弹簧位于钢球与缸体之间。

在配流盘上，所述柱塞和缸体柱塞孔之间构成的每一个工作容腔的对应处设置有电磁单向阀，该电磁单向阀由一个插装阀和一个二位三通电磁换向阀组成，所述电磁单向阀的进油口与工作容腔相连、而其出油口与正弦流量发生装置的进油道相连，通过控制电磁换向阀是否通、断电即可控制同时参与输出流量的柱塞个数，实现正弦流量幅值的调节与控制。

所述柱塞为两个以上，所述配流盘上设置有进油道和出油道，进油道将每个第一单向阀的进油口并联在一起，出油道将每个第二单向阀的出油口并联在一起，分别构成了流量发生装置的吸油口和排油口。

本发明采用的驱动凸轮表面为一余弦曲线轮廓，可以实现流量发生装置输出的流量能严格按照正弦规律变化，没有误差，可作为精度要求较高的标准正弦流量输入测试信号。流量发生装置的结构简单紧凑、易于实现，制造加工成本低，使用维护方便，改变驱动凸轮转速即对输出正弦流量的频率进行调节，通过控制电磁单向阀的接通和断开还可实现对输出正弦流量幅值的大小进行控制。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中缸体柱塞孔分布示意图；

图3为正弦流量泵原理图；

图4为图1中凸轮轮廓形状。

图中，件1为转轴、件2为凸轮、件3为滑块、件4为钢球、件5为固定盘、件6为回程弹簧、件7为柱塞、件8为缸体、件9为配流盘、件10为第一单向阀、件11为第二单向阀、件12为进油道、件13为出油道、件14为电磁单向阀，件14-1为插装阀、件14-2为二位三通电磁换向阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，

凸轮2绕转轴1做连续旋转，转轴1的中心与凸轮基圆中心重合，转动角速度为ω，所述凸轮2的轮廓为一余弦曲线形状，其满足如下几何关系：

设凸轮的基圆半径为r、凸轮升程为s，该升程等于柱塞的运动行程s，t为时间，以基圆中心为原点用极坐标表示的凸轮的余弦轮廓曲线方程则为：

(1)

因滑块与凸轮直接接触，因此，该方程也就是柱塞的位移方程。

对式（1）进行求导可得到柱塞运动速度方程：

(2)

若柱塞直径为d，则单个柱塞排出油液的瞬时流量方程：

（3）

多个柱塞（n个）组成泵时，其总输出流量为：

（4）

从式（3）和式（4）可看出，柱塞排出的流量为一正弦函数，从而得到正弦流量。调整驱动凸轮转动的转速，可以对正弦流量的频率进行调节。

缸体8固定不动，其外形可为圆柱形或正多边形等，缸体8上沿轴向分布有若干柱塞孔，柱塞7在柱塞孔内往复运动构成按周期变化的工作容腔。

所述柱塞7一端为球状，通过固定盘5安装在滑块3上，回程弹簧6按一定的预压缩量安装在钢球4和缸体8之间，钢球4安装在固定盘5和回程弹簧6之间，滑块3在钢球4和回程弹簧6的作用下紧贴在凸轮2的轮廓面上，

所述缸体8的另一端设置有配流盘9，在配流盘9上，每一个柱塞7与缸体柱塞孔之间构成的工作容腔的对应位置设置有两个单向阀，第一单向阀10和第二单向阀11。第一单向阀10的进油口与进油道12相连，而其出油口与工作容腔相连，第二单向阀11的进油口与工作容腔相连，而其出油口与出油道13相连，实现吸油与排油的转换和隔离；如有多个柱塞组成油泵时，本例为4个柱塞，在配流盘9上通过设置进油道12和出油道13，进油道12将每个第一单向阀的进油口并联在一起，出油道13将每个第二单向阀的出油口并联在一起，构成该正弦流量发生装置的吸油口和排油口；同时，在配流盘9上与每一个柱塞和缸体柱塞孔之间构成的工作容腔的对应位置分别设置一个电磁单向阀14，该电磁单向阀14中的插装阀14-1的进油口与工作容腔相连、而其出油口与流量发生装置的进油道12相连，通过控制二位三通电磁阀14-2的接通和断开即可控制同时参与输出流量的柱塞个数，实现对正弦流量幅值的调节和控制。

所述电磁单向阀14为一插装阀14-1与二位三通电磁换向阀14-2组合而成，所述二位三通电磁换向阀14-2的电磁铁不通电时，电磁单向阀处于关闭状态，该位置上的柱塞参与输出油液，增加输出流量，当电磁铁通电时，电磁单向阀处于开启状态，对应该位置上的柱塞排出的油液经插装阀流回到流量发生装置的吸油口而不参与输出流量。

本发明只针对柱塞单向输出流量进行说明，如果将柱塞与缸体之间的容腔设计成双向输出仍在本发明要求保护之内。

该发明克服了采用曲柄-连杆机构或偏心轮机构驱动柱塞运动得到近似正弦流量信号的缺点，为需要正弦流量作为输入信号的机械零部件的性能检测提供标准的正弦流量信号。同时克服了采用流量伺服系统带来的控制系统造价昂贵、当需要有较大的幅-频特性要求时，控制系统频宽难以提高，控制系统的效率低、能量损失大，并且系统的使用和维护要求严格等缺点。

Claims

1.一种正弦流量发生装置，其特征在于：所述装置包括与凸轮（2）相接的滑块（3），滑块（3）的另一侧与柱塞（7）的顶端相连，柱塞（7）的杆部位于缸体（8）内的柱塞孔中，滑块（3）与缸体（8）之间设置有用于柱塞（7）复位的弹性装置，柱塞（7）在缸体（8）内的柱塞孔中作直线往复运动构成可周期变化的工作容腔；缸体（8）的另一端设置有配流盘（9），配流盘（9）上在柱塞与柱塞孔之间构成的每一个工作容腔的对应处设置有第一单向阀（10）和第二单向阀（11）；第一单向阀（10）的进油口与进油道（12）相连，其出油口与工作容腔相连，第二单向阀（11）的进油口与工作容腔相连，其出油口与出油道（13）相连，实现柱塞在吸油和排油间的转换；

凸轮（2）的轮廓形状满足如下曲线方程：

2.如权利要求1所述的正弦流量发生装置，其特征在于：所述弹性装置为回程弹簧（6），固定盘（5）上设置有钢球（4），回程弹簧（6）位于钢球（4）与缸体（8）之间。

3.如权利要求1或2所述的正弦流量发生装置，其特征在于：所述柱塞（7）为两个以上，所述配流盘上设置有进油道（12）和出油道（13），进油道（12）将每个第一单向阀的进油口并联在一起，出油道（13）将每个第二单向阀的出油口并联在一起，分别构成了流量发生装置的吸油口和排油口。

4.如权利要求3所述的正弦流量发生装置，其特征在于：在配流盘（9）上，所述柱塞（7）和缸体柱塞孔之间构成的每一个工作容腔的对应处设置有电磁单向阀（14），该电磁单向阀（14）由一个插装阀（14-1）和一个二位三通电磁换向阀（14-2）组成，所述电磁单向阀（14）的进油口与工作容腔相连、而其出油口与正弦流量发生装置的进油道（12）相连，可控制同时参与输出流量的柱塞个数，实现正弦流量幅值的调节与控制。