CN103775322A - 传感反馈可编程伺服变量液压泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感反馈可编程伺服变量液压泵，它包括斜盘式变量泵体，传感器检测反馈机构，高速电磁阀先导变量机构和可编程嵌入式控制器，斜盘式变量泵的出口压力与斜盘转角由压力传感器和角位移传感器检测并反馈给嵌入式控制器，先导变量机构中两个变量活塞缸带动斜盘转动，变量活塞套筒的位置由高速电磁阀控制，控制器经过自适应PID算法驱动先导变量机构完成液压泵的变量控制。本发明所公开的可编程变量液压泵控制精度高，可实现压力、流量和功率的程序设定和伺服跟踪控制，可针对不同工况进行准确的系统匹配，方便与上位控制系统接口，并可通过CAN总线与其他数字液压元件构成网络监控系统。

Description

传感反馈可编程伺服变量液压泵

技术领域

本发明属于流体传动中变量泵及其控制技术领域，尤其涉及一种带传感反馈功能的具有嵌入式控制器的可编程变量液压泵。

背景技术

随着传感检测技术与计算机控制技术的飞速发展，流体传动领域从基础元件到整机系统都朝着自动化、数字化和集成化控制方向飞速发展。泵作为液压系统的动力元件，对系统性能起着举足轻重的作用，因此各应用领域对于变量液压泵的控制性能要求越来越高。带有传感反馈功能和嵌入式控制器的可编程伺服变量液压泵可简化传统变量泵的变量机构、降低非线性因素，提高控制精度，便于计算机接口，体现了流体传动领域向数字化、自动化方向发展的大趋势。

发明内容

为简化传统变量液压泵的变量机构，提高其控制精度和集成化控制性能，本发明提供了一种传感反馈可编程伺服变量液压泵，采用高精度压力传感器检测泵出口压力，采用角位移传感器检测斜盘转角以反馈泵实时排量，采用高速电磁阀与变量活塞缸构成先导变量机构，利用嵌入式控制器对其进行伺服变量控制，可编程实现压力、流量、功率等控制功能。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种传感反馈可编程伺服变量液压泵，包括动力转子、斜盘式变量泵体、壳体、同心连接片、角位移传感器、橡胶圈、平面法兰、同心拨块、高速电磁阀、高速阀座、端盖、压力传感器、变量斜盘、变量活塞缸、变量活塞缸和嵌入式控制器等；动力转子连接电机，为斜盘式变量泵体的动力输入机构；斜盘式变量泵体为基体部分，其余组件均安装配合于其中；同心连接片与变量斜盘相连，同心拨块与同心连接片相连；角位移传感器通过法兰安装于壳体上，通过橡胶圈密封；端盖与壳体连接；高速电磁阀安装于高速阀座上；高速阀座安装于端盖上；压力传感器安装于端盖的测压口；第一变量活塞缸和第二变量活塞缸均与变量斜盘相连；高速电磁阀的控制口与第二变量活塞缸相通；角位移传感器、压力传感器与嵌入式控制器相连；高速电磁阀的控制端与嵌入式控制器相连；嵌入式控制器接收角位移传感器采集的角度信号和压力传感器采集的压力信号，经过自适应PID算法，输出PWM驱动信号或模拟放大驱动信号实现对高速电磁阀的控制，从而实现对液压泵的伺服控制。

进一步地，所述同心拨块和同心连接片安装于变量斜盘上构成变量斜盘同心转动机构。

进一步地，所述角位移传感器经平面法兰和密封圈安装于壳体同心检测位置，角位移传感器的伸出端连接于同心拨块以检测变量斜盘的转角。

进一步地，所述高速电磁阀安装于高速阀座上，高速阀座与端盖上的油口配合形成先导变量机构。

本发明专利的有益效果是：

1、取消了阀组和油路构成的反馈变量机构，简化了结构，降低了加工难度；

2、具有电反馈闭环控制功能，结合先进的控制算法，控制精度高；

3、可通过程序实现不同的变量策略，变量形式灵活；

4、具有嵌入式控制器及CAN总线接口，方便计算机接口和集成化控制；

5、可在低压或者小流量工况下实现准确的压力流量匹配，可借此减少液压系统的能耗。

附图说明

图1为系统装配图，并对变量斜盘转角同心检测部分以及角位移传感器的安装与密封部分进行了剖视；

图2为传感反馈可编程伺服变量液压泵的液压原理图；

图3为可编程嵌入式传感器的原理与功能示意框图。

图中：1、动力转子，2、斜盘式变量泵体，3、壳体，4、同心连接片，5、角位移传感器，6、橡胶圈，7、平面法兰，8、同心拨块，9、高速电磁阀，10、高速阀座，11、端盖，12、压力传感器，13、变量斜盘，14、第一变量活塞缸，15、第二变量活塞缸，16、嵌入式控制器，17、采集部分，18、设置部分，19、输出部分。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明。

如图1-3所示，本发明包括：动力转子1，斜盘式变量泵体2，壳体3，同心连接片4，角位移传感器5，橡胶圈6，平面法兰7，同心拨块8，高速电磁阀9，高速阀座10，端盖11，压力传感器12，变量斜盘13，第一变量活塞缸14，第二变量活塞缸15，嵌入式控制器16；动力转子1连接电机，为动力输入机构；斜盘式变量泵体2为基体部分，其余组件均安装配合于其中；同心连接片4与变量斜盘13通过弹性连接套相连，同心拨块8与同心连接片4通过螺栓相连，同心拨块8的转动中心与变量斜盘13转动中心重合，所以变量斜盘13转动的时候，同心拨块8无平移而只有绕圆心的转动；角位移传感器5通过平面法兰7安装于壳体3上，在角位移传感器5本身进行密封处理之后，平面法兰7安装可减小油液接触面，有利于密封；平面法兰7与壳体3之间采用橡胶圈6密封；端盖11与壳体3连接，端盖11中有实现泵送功能的各类油路；高速电磁阀9安装于高速阀座10上，高速阀座10安装于端盖11上，经过高速阀座10的油路配合，高速电磁阀9的控制油口经由端盖11油路进入第二变量活塞缸15，控制进入第二变量活塞缸15的流量即可实现变量斜盘13转角的控制；压力传感器12安装于端盖11的测压口用以检测泵出口实时压力值并反馈给嵌入式控制器16；嵌入式控制器16经过自适应PID算法之后输出PWM驱动信号或模拟放大驱动信号驱动高速电磁阀10构成的先导变量机构实现泵的伺服变量控制。

如图2所示，变量斜盘13与第一变量活塞缸14、第二变量活塞缸15相连接，第一变量活塞缸14长通高压并有回位弹簧，主要起到压力平衡与复位的功能；第二变量活塞缸15一端带动变量斜盘13，一端与高速电磁阀9的控制油口连接，高速电磁阀9的流量由嵌入式控制器16控制，嵌入式控制器16进行数据采集与自适应PID算法之后，通过高速电磁阀9与第二变量活塞缸15构成的先导变量机构完成泵压力、流量、功率等的伺服控制功能。

如图3所示，嵌入式控制器16可以由ARM控制器来实现，例如可以采用荷兰NXP公司LPC1768型号的产品。包括采集部分17、设置部分18和输出部分19，采集部分17负责实时出口压力值与实时斜盘倾角值的采集，并反馈给嵌入式控制器16；设置部分18可接收CAN总线上的指令或者内部程序的默认指令，完成出口压力、泵排量和输出功率等参数的设置功能；输出部分19在控制器经过自适应PID算法之后，输出PWM驱动信号或模拟放大驱动信号来驱动先导变量机构完成伺服控制功能。

本发明的工作过程如下：根据实际工况，由主机系统或者外部控制器经过CAN总线给嵌入式控制器16设置泵的工作参数如压力、流量、功率等，或者使用控制器的内部默认值。以恒功率变量为例，泵启动之后，嵌入式控制器16给高速电磁阀9控制信号，油液进入第二变量活塞缸15，变量斜盘13转动至某一角度，这时泵达到一个输出流量Q，泵出口达到一个压力值P，泵的输出功率为W=P*Q；预设恒功率值为W₀，压力传感器12和角位移传感器5将泵出口压力P和斜盘转角                                                反馈给嵌入式控制器16，嵌入式控制器16利用转角根据公式

计算出输出流量Q，其中，

、

、

分别为斜盘式变量泵体2的柱塞的个数、直径和行程，嵌入式控制器16根据W=P*Q计算得到泵的实时输出功率W；将W与W₀比较，利用所得偏差值进行自适应PID算法，输出PWM控制量给高速电磁阀9，改变进入第二变量活塞缸15的流量，控制斜盘转角

，直到W=W₀。当W=W₀之后，如果因负载变化等因素，P值（Q值）改变，则控制器驱动先导变量机构，使得泵的输出流量Q（出口压力P）改变，保证P*Q值恒定，从而实现恒功率控制功能。其余压力、流量等参数的伺服控制原理，与上述过程类似。

Claims (4)

1.一种传感反馈可编程伺服变量液压泵，其特征在于：包括动力转子（1）、斜盘式变量泵体（2）、壳体（3）、同心连接片（4）、角位移传感器（5）、橡胶圈（6）、平面法兰（7）、同心拨块（8）、高速电磁阀（9）、高速阀座（10）、端盖（11）、压力传感器（12）、变量斜盘（13）、变量活塞缸（14）、变量活塞缸（15）和嵌入式控制器（16）等；动力转子（1）连接电机，为斜盘式变量泵体（2）的动力输入机构；斜盘式变量泵体（2）为基体部分，其余组件均安装配合于其中；同心连接片（4）与变量斜盘（13）相连，同心拨块（8）与同心连接片（4）相连；角位移传感器（5）通过法兰（7）安装于壳体（3）上，通过橡胶圈（6）密封；端盖（11）与壳体（3）连接；高速电磁阀（9）安装于高速阀座（10）上；高速阀座（10）安装于端盖（11）上；压力传感器（12）安装于端盖（11）的测压口；第一变量活塞缸（14）和第二变量活塞缸（15）均与变量斜盘（13）相连；高速电磁阀（9）的控制口与第二变量活塞缸（15）相通；角位移传感器（5）、压力传感器（12）与嵌入式控制器（16）相连；高速电磁阀（9）的控制端与嵌入式控制器（16）相连，嵌入式控制器（16）接收角位移传感器（5）采集的角度信号和压力传感器（12）采集的压力信号，经过自适应PID算法，输出PWM驱动信号或模拟放大驱动信号实现对高速电磁阀（9）的控制，从而实现对液压泵的伺服控制。

2.根据权利要求1所述一种传感反馈可编程伺服变量液压泵，其特征在于：所述同心拨块（8）和同心连接片（4）安装于变量斜盘（13）上构成变量斜盘同心转动机构。

3.根据权利要求1所述一种传感反馈可编程伺服变量液压泵和权利要求2所述变量斜盘同心转动机构，其特征在于：所述角位移传感器（5）经平面法兰（7）和密封圈（6）安装于壳体（3）同心检测位置，角位移传感器（5）的伸出端连接于同心拨块（8）以检测变量斜盘（13）的转角。

4. 根据权利要求1所述一种传感反馈可编程伺服变量液压泵，其特征在于：所述高速电磁阀（9）安装于高速阀座（10）上，高速阀座（10）与端盖（11）上的油口配合形成先导变量机构。

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