CN103291575B - 电控比例变量轴向柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电控比例变量轴向柱塞泵，包括柱塞泵主体及设置于柱塞泵主体一侧的变量机构，柱塞泵主体包括泵体及设置于泵体内的变量盘，变量机构包括与变量盘连接的变量活塞以及在变量活塞两端形成的第一油腔和第二油腔，泵体外侧还设置有液压控制系统，液压控制系统包括控制器、与控制器连接且用于控制油的流量的比例方向阀、过渡板和用于监测所述的变量活塞位置的检测机构，过渡板安装在泵体外侧，过渡板具有两个出油口，两个出油口分别与第一油腔和第二油腔连通，比例方向阀安装在过渡板上，检测机构与控制器连接；优点是控制简单，可靠性高，重复精度高，且在工作过程中可实时调节排量。

Description

电控比例变量轴向柱塞泵

技术领域

本发明涉及一种轴向柱塞泵，尤其是涉及一种电控比例变量轴向柱塞泵。

背景技术

为了适应工程系统对传动与控制特性提出的更高要求，电液比例控制技术成为从上世纪六七十年代开始逐步发展的流体传动与控制领域中最具旺盛生命力的分支。目前，采用电液比例液压技术来设计现代液压设备，已成为不可或缺的重要手段，得到相关工业界，技术界的格外重视。液压泵是为液压系统提供一定流量和压力介质的动力元件，它是整个液压系统的心脏。它的性能直接影响着整个液压系统的性能。电控比例轴向柱塞泵因控制简便，动作灵敏，重复精度高，可以实现无级变量，额定工作压力高等优点，应用领域最为广泛。但目前所用的有些电控比例轴向柱塞泵通过伺服电机驱动滚珠丝杠来对柱塞泵的变量机构进行操纵，需要配置编码器来驱动伺服电机工作，其昂贵的制造成本和维护费用，相对较大占地空间，复杂的控制机构，制约其大范围的普及；而有些电控比例轴向柱塞泵通过比例电磁铁，先导阀来调节，结构虽然简单，但其受自身特性限制，重复精度其不可靠，难以满足实际使用要求。

申请号为200810063066.x的中国发明专利中公开了一种单向液动变量轴向柱塞泵，该单向液动变量轴向柱塞泵包括柱塞泵主体及设于柱塞泵主体一侧的变量机构，变量机构包括设于柱塞泵主体的泵体的第一法兰安装端面上的第一法兰、设于柱塞泵主体的泵体的第二法兰安装端面上的第二法兰、变量活塞、复位弹簧、过渡板和电磁换向阀，变量活塞的两端分别与第一法兰和第二法兰密封连接而分别形成第一油腔和第二油腔，变量活塞的底部与变量盘连接，过渡板设于泵体的外侧并具有两个出油口，过渡板的两个出油口分别与第一油腔和第二油腔相通，电磁换向阀设置在过渡板上，用于控制油的流向。当电磁换向阀选择过渡板上与第一油腔相通的出油口进油时，柱塞泵的输出排量由第一油腔的空间大小决定，当电磁换向阀选择过渡板上与第二油腔相通的出油口进油时，柱塞泵的输出排量由第二油腔的空间大小决定。在柱塞泵工作过程中，电磁换向阀根据预设的柱塞泵的输出排量选择过渡板上的出油口进油，直至柱塞泵工作结束。由此导致该单向液动变量轴向柱塞泵在工作过程中不能改变其输出排量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在柱塞泵工作过程中可以根据柱塞泵的排量需求对第一油腔和第二油腔的空间大小进行调整，并在第一油腔和第二油腔的空间大小调整后选择相应的出油口输入控制油的电控比例变量轴向柱塞泵，本发明的电控比例变量轴向柱塞泵实现了柱塞泵工作过程中输出排量的调节，并且控制简单，可靠性高，重复精度高。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电控比例变量轴向柱塞泵，包括柱塞泵主体及设置于所述的柱塞泵主体一侧的变量机构，所述的柱塞泵主体包括泵体及设置于所述的泵体内的变量盘，所述的变量机构包括与所述的变量盘连接的变量活塞以及在所述的变量活塞两端形成的第一油腔和第二油腔，所述的泵体外侧还设置有液压控制系统，所述的液压控制系统包括控制器、与所述的控制器连接且用于控制油的流量的比例方向阀、过渡板和用于监测所述的变量活塞位置的检测机构，所述的过渡板安装在所述的泵体外侧，所述的过渡板具有两个出油口，两个出油口分别与第一油腔和第二油腔连通，所述的比例方向阀安装在所述的过渡板上，所述的检测机构与所述的控制器连接，所述的检测机构实时监测所述的变量活塞的位置并将该位置信息反馈给所述的控制器，所述的控制器根据所述的变量活塞的位置及排量要求驱动所述的比例方向阀选择相应的出油口。

所述的变量机构还包括第一法兰和第二法兰，所述的第一法兰和所述的第二法兰分别安装在所述的泵体的外侧，所述的变量活塞的一端与所述的第一法兰密封连接且两者之间形成所述的第一油腔，所述的变量活塞的另一端与所述的第二法兰密封连接且两者之间形成所述的第二油腔，所述的检测机构包括直线位移传感器和磁环，所述的变量活塞内设置有磁环安装座，所述的直线位移传感器包括传感器主体及检测杆，所述的检测杆伸入所述的第二油腔后延伸到所述的磁环安装座内，所述的磁环安装在所述的磁环安装座内并套在所述的检测杆上，所述的控制器和所述的直线位移传感器连接。所述的磁环与所述的磁环安装座之间设置有非导磁材料制成的隔板，所述的隔板固定在所述的磁环安装座上。

所述的第一法兰端面上穿设有调节螺套，所述的调节螺套的里端伸到所述的第一油腔内，所述的调节螺套的外端设置有锁紧螺母和顶盖螺母，所述的变量活塞的外侧设置有台阶面，所述的变量活塞外侧套设有限位挡圈，所述的限位挡圈位于所述的变量活塞外侧的台阶面和所述的第二法兰之间，所述的限位挡圈安装在所述的第二法兰上。

所述的调节螺套内依次穿设有第一螺钉和顶杆，所述的第一螺钉的里端顶住所述的顶杆的外端，所述的顶杆的里端伸到所述的变量活塞内，所述的变量活塞内设置有弹簧，所述的弹簧套设在所述的顶杆的里端和所述的磁环安装座上，所述的顶杆的里端的外侧和所述的磁环安装座的外侧分别具有一台阶面，所述的弹簧的一端顶在所述的顶杆的里端的外侧的台阶面上，所述的弹簧的另一端顶在所述的磁环安装座外侧的台阶面。

所述的柱塞泵主体还包括装配于所述的泵体上并与所述的泵体组成一密闭空间的泵盖、设置于所述的变量盘上的滑板、设置于所述的滑板上的回程盘、通过轴承转动式安装于所述的泵体内的传动轴，位于所述的泵体内并与所述的传动轴连接的缸体和设置于所述的缸体与所述的回程盘之间的柱塞滑靴组件，所述的缸体可随所述的传动轴一起转动，所述的缸体靠近所述的回程盘的一端具有一颈部，所述的颈部上设置有球承，所述的球承的外侧面与所述的回程盘紧配合，所述的球承的内侧面与所述的颈部之间设置有碟形弹簧。

与现有技术相比，本发明的优点在于液压控制系统包括控制器、与控制器连接且用于控制油的流量的比例方向阀、过渡板和用于监测变量活塞位置的检测机构，过渡板安装在泵体外侧，过渡板具有两个出油口，两个出油口分别与第一油腔和第二油腔连通，比例方向阀安装在所述的过渡板上，检测机构与控制器连接，通过比例方向阀控制第一油腔和第二油腔内油液的流量及压力，来推动执行变量活塞左右动作，检测机构实时监测变量活塞的位置并将该位置信息反馈给控制器，控制器在闭环系统中配合变量活塞对变量活塞的位置进行控制，控制器将对应于变量活塞预期最终位置的输入信号与检测机构送来的反馈信号作比较，从而产生误差信号，误差信号经控制器处理并放大后，输出到比例方向阀驱动比例方向阀动作选择适应的出油口，推动变量活塞动作，从而改变反馈信号值，调整动作持续进行，直到反馈信号与输入信号完全一致，从而在柱塞泵工作过程中根据柱塞泵的输出排量需求对第一油腔和第二油腔的空间大小进行调整，并在第一油腔和第二油腔的空间大小调整后选择相应的出油口输入控制油，实现工作过程中柱塞泵的输出排量的调节，并具备良好可靠性，极高重复性精度，减少滞环现象对主机性能的影响，控制简单，可靠性高，重复精度高；

当检测机构包括直线位移传感器和磁环时，通过直线位移传感器直接检测变量活塞的实际位置，中间无任何转化过程，进一步提高了变量活塞的位置精度控制及动态响应特性；

当磁环与磁环安装座之间设置有非导磁材料制成的隔板时，可以避免防止磁环的磁性能受到影响，保证直线位移传感器的测试精度；

当通过调节螺套和限位挡圈来限制柱塞泵的最小和最大排量，即可以根据主机设备实际需求限制柱塞泵负摆角最大排量及正摆角最大排量，可保证柱塞泵在电控系统失效情况下，不因摆角超过设计角度而破坏柱塞泵运行部件；

当调节螺套内依次穿设有第一螺钉和顶杆，变量活塞内设置有弹簧，弹簧套设在顶杆的里端和磁环安装座上，弹簧的一端顶在变量活塞内侧的台阶面上，弹簧的另一端顶在磁环安装座外侧的台阶面上时，当变量活塞受力时，弹簧产生相应的缓冲力，在变量活塞受到的压力大于缓冲力时，变量活塞移动，防止变量活塞受到瞬间冲力快速移动，保证变量活塞移动的稳定性和可靠性，避免变量盘摆动角度瞬间过快导致柱塞泵进油口油液吸空，同时减小变量活塞的磨损；

当缸体靠近回程盘的一端具有一颈部，颈部上设置有球承，球承的外侧面与回程盘紧配合，球承的内侧面与颈部之间设置有碟形弹簧时，通过碟形弹簧和球承提供回程盘作用于柱塞滑靴组件的初始预紧力，增加了接触面积，提高了柱塞滑靴组件抗偏载的能力。

附图说明

图1为本发明的剖视图；

图2为本发明的变量机构的剖视图；

图3为本发明的电气接线图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：如图所示，一种电控比例变量轴向柱塞泵，包括柱塞泵主体及设置于柱塞泵主体一侧的变量机构，柱塞泵主体包括泵体1及设置于泵体1内的变量盘2，变量机构包括与变量盘2连接的变量活塞3以及在变量活塞3两端形成的第一油腔31和第二油腔32，变量活塞3通过变量滑块33作用于变量盘2，泵体1外侧还设置有液压控制系统，液压控制系统包括控制器4、与控制器4连接且用于控制油的流量的比例方向阀5、过渡板6和用于监测变量活塞3位置的检测机构，过渡板6安装在泵体1外侧，过渡板6具有两个出油口，两个出油口分别与第一油腔31和第二油腔32连通，比例方向阀5安装在过渡板6上，检测机构与控制器4连接，检测机构实时监测变量活塞3的位置并将该位置信息反馈给控制器4，控制器4根据变量活塞3的位置及排量要求驱动比例方向阀5选择相应的出油口。

本实施例中，变量机构还包括第一法兰7和第二法兰8，第一法兰7和第二法兰8分别安装在泵体1的外侧，变量活塞3的一端与第一法兰7密封连接且两者之间形成第一油腔31，变量活塞3的另一端与第二法兰8密封连接且两者之间形成第二油腔32，检测机构包括直线位移传感器9和磁环10，变量活塞3内设置有磁环安装座11，直线位移传感器9包括传感器主体91及检测杆92，检测杆92伸入第二油腔32后延伸到磁环安装座11内，磁环10安装在磁环安装座11内并套在检测杆92上，控制器4和直线位移传感器9连接。

本实施例中，磁环10与磁环安装座11之间设置有非导磁材料制成的隔板12，隔板12固定在磁环安装座11上。

本实施例中，第一法兰7端面上穿设有调节螺套13，调节螺套13的里端伸到第一油腔31内，调节螺套13的外端上设置有锁紧螺母16和顶盖螺母17，调节螺套13内依次穿设有第一螺钉14和顶杆15，第一螺钉14的里端顶住顶杆15的外端，顶杆15的里端伸到变量活塞3内；变量活塞3内设置有弹簧18，弹簧18套设在顶杆15的里端和磁环安装座11上，顶杆15的里端的外侧的内侧和磁环安装座11的外侧分别具有一台阶面，弹簧18的一端顶在顶杆15的里端的外侧的台阶面上，弹簧18的另一端顶在磁环安装座11外侧的台阶面上，变量活塞3的外侧设置有台阶面，变量活塞3外侧套设有限位挡圈19，限位挡圈19位于变量活塞3外侧的台阶面和第二法兰8之间，限位挡圈19通过内六角螺钉固定安装在第二法兰8上。

本实施例中，柱塞泵主体还包括装配于泵体1上并与泵体1组成一密闭空间的泵盖20、设置于变量盘2上的滑板21、设置于滑板21上的回程盘22、通过轴承转动式安装于泵体1内的传动轴23，位于泵体1内并与传动轴23连接的缸体24和设置于缸体24与回程盘22之间的柱塞滑靴组件25，缸体24可随传动轴23一起转动，缸体24靠近回程盘22的一端具有一颈部241，颈部241上设置有球承26，球承26的外侧面与回程盘22紧配合，球承25的内侧面与颈部241之间设置有碟形弹簧27；变量盘2与传动轴23呈一个倾斜角度。泵盖20与泵体1通过内六角螺钉连接，传动轴23通过满轨短圆柱滚子轴承（有内圈）28和满轨短圆柱滚子轴承（无内圈）29装配在泵体1中，密封端盖34设置于泵体1上将满轨短圆柱滚子轴承（有内圈）28压入泵体1内，泵盖20的配油面上装配有配油盘35。

本发明的工作原理为：轴向柱塞泵的传动轴23由电机带动旋转，传动轴23与缸体24用渐开线花键联接，传动轴23带动缸体24旋转，同时多个柱塞滑靴组件25绕传动轴23的中心线旋转，通过球承26内碟形弹簧27压缩力作用于回程盘22将柱塞滑靴组件25紧压在与轴线成一定倾斜角度的变量盘2上，利用与传动轴23平行的多个柱塞滑靴组件25在缸体24柱塞孔内往复运动所产生的容积变化来完成吸油和压油的循环动作。变量活塞3与第一法兰7和第二右法兰8的内孔构成一组执行油缸，该执行油缸包括第一油腔31和第二油腔32，变量活塞3通过变量滑块33带动变量盘2改变倾角来实现泵排量改变。磁环10固定于变量活塞3内孔中，与直线位移传感器9配套使用检测变量活塞3位置，使得变量活塞3运动到设定位置。通过限位档圈19来实现变量活塞3最右边位置限位，通过调节螺套13来实现变量活塞3最左边位置限位，即限制柱塞泵最小，最大排量。第一螺钉14与变量活塞3内的顶杆15接触，来满足变量活塞3平缓向左运动目的，并实现该泵在不加压的情况下通过弹簧18来达到控制缸零位对中功能。通过比例方向阀5控制第一油腔31和第二油腔32内油液的流量及压力，来推动执行变量活塞3左右动作，实现调节排量的功能。控制器4采用PID控制器件，PID控制器件在闭环系统中配合变量活塞3对变量活塞3位置进行控制。PID控制器件将对应于变量活塞3预期最终位置的输入信号与直线位移传感器9送来的反馈信号作比较，从而产生误差信号。误差信号经变量活塞3处理并放大后，输出到比例方向阀5中驱动比例方向阀选择对应的出油口动作，推动变量活塞3动作，从而改变反馈信号值，调整动作持续进行，直到反馈信号与输入信号完全一致，完成柱塞泵排量调节的要求。

Claims (3)

1.一种电控比例变量轴向柱塞泵，包括柱塞泵主体及设置于所述的柱塞泵主体一侧的变量机构，所述的柱塞泵主体包括泵体及设置于所述的泵体内的变量盘，所述的变量机构包括与所述的变量盘连接的变量活塞以及在所述的变量活塞两端形成的第一油腔和第二油腔，其特征在于所述的泵体外侧还设置有液压控制系统，所述的液压控制系统包括控制器、与所述的控制器连接且用于控制油的流量的比例方向阀、过渡板和用于监测所述的变量活塞位置的检测机构，所述的过渡板安装在所述的泵体外侧，所述的过渡板具有两个出油口，两个出油口分别与第一油腔和第二油腔连通，所述的比例方向阀安装在所述的过渡板上，所述的检测机构与所述的控制器连接，所述的检测机构实时监测所述的变量活塞的位置并将该位置信息反馈给所述的控制器，所述的控制器根据所述的变量活塞的位置及排量要求驱动所述的比例方向阀选择相应的出油口；

所述的变量机构还包括第一法兰和第二法兰，所述的第一法兰和所述的第二法兰分别安装在所述的泵体的外侧，所述的变量活塞的一端与所述的第一法兰密封连接且两者之间形成所述的第一油腔，所述的变量活塞的另一端与所述的第二法兰密封连接且两者之间形成所述的第二油腔，所述的检测机构包括直线位移传感器和磁环，所述的变量活塞内设置有磁环安装座，所述的直线位移传感器包括传感器主体及检测杆，所述的检测杆伸入所述的第二油腔后延伸到所述的磁环安装座内，所述的磁环安装在所述的磁环安装座内并套在所述的检测杆上，所述的控制器和所述的直线位移传感器连接；

所述的第一法兰端面上穿设有调节螺套，所述的调节螺套的里端伸到所述的第一油腔内，所述的调节螺套的外端设置有锁紧螺母和顶盖螺母，所述的变量活塞的外侧设置有台阶面，所述的变量活塞外侧套设有限位挡圈，所述的限位挡圈位于所述的变量活塞外侧的台阶面和所述的第二法兰之间，所述的限位挡圈安装在所述的第二法兰上；

所述的调节螺套内依次穿设有第一螺钉和顶杆，所述的第一螺钉的里端顶住所述的顶杆的外端，所述的顶杆的里端伸到所述的变量活塞内，所述的变量活塞内设置有弹簧，所述的弹簧套设在所述的顶杆的里端和所述的磁环安装座上，所述的顶杆的里端的外侧和所述的磁环安装座的外侧分别具有一台阶面，所述的弹簧的一端顶在所述的顶杆的里端的外侧的台阶面上，所述的弹簧的另一端顶在所述的磁环安装座外侧的台阶面。

2.根据权利要求1所述的电控比例变量轴向柱塞泵，其特征在于所述的磁环与所述的磁环安装座之间设置有非导磁材料制成的隔板，所述的隔板固定在所述的磁环安装座上。

3.根据权利要求1所述的电控比例变量轴向柱塞泵，其特征在于所述的柱塞泵主体还包括装配于所述的泵体上并与所述的泵体组成一密闭空间的泵盖、设置于所述的变量盘上的滑板、设置于所述的滑板上的回程盘、通过轴承转动式安装于所述的泵体内的传动轴，位于所述的泵体内并与所述的传动轴连接的缸体和设置于所述的缸体与所述的回程盘之间的柱塞滑靴组件，所述的缸体可随所述的传动轴一起转动，所述的缸体靠近所述的回程盘的一端具有一颈部，所述的颈部上设置有球承，所述的球承的外侧面与所述的回程盘紧配合，所述的球承的内侧面与所述的颈部之间设置有碟形弹簧。