CN104136775B - 液压变量泵及其排量控制方法 - Google Patents

Abstract

一种液压变量泵，所述液压变量泵具有斜盘(10)和与所述斜盘连接的伺服活塞(12)，所述斜盘通过所述伺服活塞的运动调整其倾斜角度，从而改变所述液压变量泵的排量，所述液压变量泵还包括：电磁伺服阀(20)，所述电磁伺服阀将输入的电信号转换成液压信号并且输出流量至所述伺服活塞，进而所述伺服活塞使所述斜盘倾斜；所述电磁伺服阀由旋转电磁螺线管(1)和伺服转阀(15)构成，且所述旋转电磁螺线管的输出轴和伺服转阀的阀芯(2)相联动，当所述旋转电磁螺线管的输出轴旋转时，将激励所述伺服转阀的阀芯旋转。另外，还公开了使用所述液压变量泵进行电比例排量控制和前进/空挡/后退三位控制的方法。

Description

液压变量泵及其排量控制方法

技术领域

本发明涉及液压传动技术领域，尤其涉及液压变量泵及其排量控制方法。

背景技术

液压泵和液压马达组成了液压系统中的能量转换装置，前者将原动机的机械能转换成液体的液压能；后者将液压能转换成机械能输出，执行所需要的动作。液压马达是实现连续旋转运动的液压执行元件。

从功能上分，液压泵有可变排量与不可变排量的两种类型。可变排量的液压泵可以根据需求在同样的转速情况下输出不同的流量，此种泵称为变量泵。传统的液压变量泵的电比例排量控制(EDC)和／或前进／空挡／后退三位控制(FNR)多采用两个线性电学装置或者伺服阀类型的装置来驱动排量的控制。

然而，需要进一步简化进行上述的EDC和FNR控制的改变排量的机构，且使得容易设计与机械排量控制(MDC)兼容的硬件。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

相应地，本发明的目的之一是提供一种液压变量泵，其通过集成的旋转电磁伺服阀进行排量控制。

在本发明的一个方面中，提供了一种液压变量泵，所述液压变量泵具有斜盘和与所述斜盘连接的伺服活塞，所述斜盘通过所述伺服活塞的运动调整其倾斜角度，从而改变所述液压变量泵的排量，所述液压变量泵还包括：电磁伺服阀，所述电磁伺服阀将输入的电信号转换成液压信号并且输出流量至所述伺服活塞，进而所述伺服活塞使所述斜盘倾斜；所述电磁伺服阀由旋转电磁螺线管 和伺服转阀构成，且所述旋转电磁螺线管的输出轴和伺服转阀的阀芯相联动，当所述旋转电磁螺线管的输出轴旋转时，激励所述伺服转阀的阀芯旋转。

在一个实施例中，所述旋转电磁螺线管是旋转双向比例电磁螺线管，以对所述液压变量泵进行正反两个方向的电比例排量控制。

具体地，所述液压变量泵还包括角度反馈机构，所述伺服转阀还包括阀套，所述阀套相对于固定在液压变量泵的外壳内的套筒转动，所述角度反馈机构连接所述阀套和斜盘。

进一步地，所述角度反馈机构感测斜盘从预先设定位置的偏移，且根据所述偏移激励所述伺服转阀且通过流量控制所述伺服活塞的移动，以将斜盘保持在其预定设定的位置上。

在一种实施方式中，在进行电比例排量控制时，所述伺服转阀通过所述角度反馈机构与所述斜盘相连接。

具体地，所述伺服转阀具有复位弹簧，所述复位弹簧在缺失输入信号时，执行伺服转阀的阀芯的自动回中功能和比例控制功能。

在另一实施例中，所述旋转电磁螺线管是旋转双向电磁螺线管，以对所述液压变量泵进行前进／空挡／后退的三位控制。

另外地，在进行前进／空挡／后退三位控制时，所述伺服转阀与所述斜盘没有通过反馈机构进行连接。

具体地，所述伺服转阀具有复位弹簧，所述复位弹簧在缺失输入信号时，执行伺服转阀的阀芯的自动回中功能。

另外地，所述斜盘通过滑块与所述伺服活塞连接。

具体地，所述伺服转阀为弹簧复位的3位4通伺服转阀。

优选地，所述液压变量泵为轴向柱塞变量泵。

优选地，所述旋转电磁螺线管的输出轴和伺服转阀的阀芯直接固定连接。

优选地，所述伺服转阀的阀芯和阀套通过密封环和O形圈进行密封。

本发明的另一目的是提供使用旋转双向比例电磁螺线管进行液压变量泵的 电比例排量控制的技术方案。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用根据上述的液压变量泵进行电比例排量控制的方法，其中所述旋转电磁螺线管为旋转双向比例电磁螺线管，所述伺服转阀为弹簧复位的伺服转阀，所述方法包括以下步骤：

在接收到正向的控制电流信号时，所述旋转双向比例电磁螺线管的输出轴产生与所述控制电流信号成比例的正向角度-扭矩输出；

与所述正向角度-扭矩输出成比例地一起旋转所述旋转双向比例电磁螺线管的输出轴和所述伺服转阀的阀芯，由此所述伺服转阀输出与所述正向角度-扭矩输出成比例的流量至所述伺服活塞，通过所述伺服活塞成比例地移动，进而使所述斜盘成比例地倾斜，从而实现所述液压变量泵的正向排量控制；

在缺失控制电流信号时，所述弹簧复位的伺服转阀使得所述斜盘复位至中位位置，从而实现所述液压变量泵处于空挡位置；

在输入反向的控制电流信号时，所述旋转双向比例电磁螺线管的输出轴的角度-扭矩输出、所述旋转双向比例电磁螺线管和所述阀芯的转动角度以及至所述伺服活塞的输出流量也将反向，由此伺服活塞的移动也将反向，使得所述斜盘在负向方向上成比例地倾斜，从而实现所述液压变量泵的负向排量控制。

具体地，所述液压变量泵还包括角度反馈机构，所述伺服转阀通过所述角度反馈机构与所述斜盘相连接，所述角度反馈机构感测斜盘从预先设定位置的偏移，根据所述偏移激励所述伺服转阀且通过流量控制伺服活塞的移动，以将所述斜盘保持在其预定设定的位置上。

本发明的还一目的，提供了使用旋转双向电磁螺线管进行液压变量泵的前进／空挡／后退三位控制的技术方案。

根据本发明的还一方面，提供了一种使用根据上述的液压变量泵进行前进／空挡／后退三位控制的方法，其中所述旋转电磁螺线管为旋转双向电磁螺线管，所述方法包括以下步骤：

在接收到正向的电输入信号时，所述旋转双向电磁螺线管的输出轴产生正 向的最大角度-扭矩输出；

旋转所述旋转双向电磁螺线管的输出轴与所述伺服转阀的阀芯至正向最大角度；

所述伺服转阀输出正向的最大流量至伺服活塞，以使得伺服活塞位移至正向最大位置；

所述伺服活塞使所述斜盘倾斜至正向最大位置，以实现所述液压变量泵的正向最大排量；

通过使用具有复位弹簧的伺服转阀或使用电输入信号，使所述斜盘复位至中位位置，从而使所述液压变量泵处于空挡位置；

在输入反向的电输入信号至所述旋转双向电磁螺线管时，所述旋转双向电磁螺线管的输出轴的角度-扭矩输出、所述旋转双向电磁螺线管和所述阀芯的转动角度以及至伺服活塞的输出流量也将反向，由此所述伺服活塞位移至负向最大位置，使得所述斜盘倾斜至负向最大位置，从而实现所述液压变量泵的负向最大排量。

具体地，所述伺服转阀与所述斜盘没有通过反馈机构进行连接。

本发明创造性地提出了用于液压变量泵排量控制的集成的旋转电磁伺服阀的新的概念。应用一个旋转电磁螺线管和伺服转阀进行液压变量泵的排量控制，极大地简化了所述EDC、FNR控制的操作。另外，通过采用上述技术方案，本发明较容易地设计与机械排量控制兼容的硬件。本发明的装置体积紧凑，在减少了零件的数量和复杂程度的情况下也实现了同样的功能，从而也较小得受零件公差的影响。

附图说明

本发明的这些和／或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明的实施例的液压变量泵的立体视图；

图2是图1中的液压变量泵的正视图；

图3A是沿着图2中的线A-A切割的剖视图；和

图3B是沿着图2中的线B-B切割的剖视图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图1-3B，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

参见图1，示出了根据本发明实施例的一种液压变量泵。在本实施例中，所述液压变量泵是轴向柱塞变量泵。鉴于本发明的创新之处在于采用一种新型的改变排量的机构进行EDC和／或FNR控制，因此本发明的液压变量泵还可以是诸如斜盘式轴向柱塞泵、斜轴式轴向柱塞泵等。

参见图2、3A以及图3B，示出了根据本发明的实施例的斜盘式轴向柱塞泵。具体地，所述斜盘式轴向柱塞泵具有斜盘10和与所述斜盘10连接的伺服活塞12，所述斜盘10通过伺服活塞12的运动调整其倾斜角度，从而改变所述斜盘式轴向柱塞泵的排量。所述斜盘式柱塞泵还包括：电磁伺服阀20，该电磁伺服阀20将输入的电信号转换成液压信号并且输出流量至所述伺服活塞12，进而所述伺服活塞12使所述斜盘10倾斜。其中：所述电磁伺服阀20由旋转电磁螺线管1和伺服转阀15构成，该伺服转阀15由伺服转阀的阀芯2和伺服转阀的阀套3构成，且所述旋转电磁螺线管1的输出轴和伺服转阀的阀芯2相联动，当旋转电磁螺线管1的输出轴旋转时，激励伺服转阀的阀芯2旋转。

详见图3A和3B，旋转电磁螺线管1的输出轴和伺服转阀的阀芯2直接固定连接，伺服转阀的阀芯2和阀套3通过密封环6和O形圈7进行密封。所述斜盘式轴向柱塞泵包括外壳13，伺服转阀的阀套3相对于套筒4移动，且套筒4固定在所述外壳13上。角度反馈机构(例如反馈连杆)5连接伺服转阀的阀套3和斜盘10。斜盘10通过滑块9连接伺服油缸11中的伺服活塞12。伺服活塞12通过伺服弹簧8定位在伺服油缸11中。

以下将详细说明本发明的斜盘式轴向柱塞泵如何进行EDC控制操作：

在进行EDC控制时，所述的旋转电磁螺线管1为旋转双向比例电磁螺线管。在旋转双向比例电磁螺线管1接收到控制电流信号时，它具有与控制电流信号成比例的角度-扭矩输出。因为伺服转阀的阀芯2直接与旋转双向比例电磁螺线管1的输出轴固定连接，所以它与旋转双向比例电磁螺线管1的输出轴一起旋转。伺服转阀的阀芯2的旋转将打开与伺服转阀的阀套3的液压端口。伺服转阀的阀芯2和伺服转阀的阀套3一起构成弹簧复位的3位4通伺服转阀。在本发明中，具体地，该3位4通伺服转阀包括与阀芯2相互作用的复位弹簧或复位扭簧(未在图中示出)。复位弹簧用于在进行EDC控制时，在缺失输入的控制电流信号的情况下实现阀芯2的自动回中功能和比例控制功能。因此，所述控制电流信号被弹簧复位的3位4通伺服转阀15转换成液压信号，通过3位4通伺服转阀15输出流量至伺服活塞12的两侧，由于压力不同，造成伺服活塞12的直线运动。伺服活塞12通过滑块9使斜盘10倾斜，因此使液压变量泵的排量从空挡位置变化至正向位置。当正常的操作力变化时，斜盘10易于从预先设定的位置偏移。由反馈连杆5感测到的偏移激励3位4通伺服转阀15且供应流量至伺服活塞12，以便保持斜盘10位于其的正向的预先设定的位置。具体地，在斜盘发生位置偏移时，由于反馈连杆5与斜盘10固定连接，所述斜盘10的位置偏移通过反馈连杆5反馈至3位4通伺服转阀的阀套3。在阀套3转动一定角度时，阀芯2也随之转动，此时输出到伺服活塞12两侧的流量发生变化，直至阀芯2和阀套3相互之间的开口关闭为止，从而实现了平衡状态。也就是伺服活塞12和／或斜盘10重新回到了预先设定的排量位置。

因为旋转比例电磁螺线管1通过伺服转阀的阀芯2提供输出流量至伺服活塞12，由于三位四通伺服转阀的复位弹簧的作用，可使弹簧力产生的扭矩与输入的扭矩信号成比例，从而实现比例排量控制功能。更大的输入信号造成更大的弹簧扭矩，且进而对应于更大的伺服转阀阀芯2的旋转角度，则增加输入信号将增加至伺服活塞12的输入流量且改变斜盘10的角度，直到实现了最大的排量为止。

当然，如果反向控制电流信号，伺服转阀的阀芯2将反向旋转，且旋转双向比例电磁螺线管1的输出和至伺服活塞的输出流量也将反向，其使斜盘改变至负向位置。与上述实现最大的正向排量的方式相似，随着反向控制信号的增加，和斜盘角度的改变，直至可以实现最大的负向排量为止。

因此，本发明的旋转双向比例电磁螺线管1可以实现对液压变量泵的电比例排量控制。

另外，需要说明的是，在进行FNR控制时，所述旋转电磁螺线管1被选择为旋转双向电磁螺线管，且没有通过反馈连杆5将斜盘10与伺服转阀15的阀套3进行连接。所述斜盘式轴向柱塞泵的其它结构与在进行EDC控制时的上述的斜盘式轴向柱塞泵相同。

以下将详细说明本发明的斜盘式轴向柱塞泵如何进行FNR三位控制操作：

在旋转双向电磁螺线管1接收到电输入信号时，其产生正向最大的角度-扭矩输出。由于伺服转阀的阀芯2直接与旋转双向电磁螺线管1的输出轴固定连接，它与旋转双向电磁螺线管1的输出轴一起旋转至正向最大角度。因此，由于弹簧复位的3位4通伺服转阀15的操作电输入信号被转换成液压信号，3位4通伺服转阀15输出最大的液压流量至双向作用的伺服活塞12的两侧，由于伺服活塞12两侧的压力差达到最大，使伺服活塞12位移至正向最大位置。伺服活塞12通过滑块9使斜盘10倾斜至正向最大位置，因此所述液压变量泵(即斜盘式轴向柱塞泵)实现了正向最大排量。同理，反向输入至旋转双向电磁螺线管1的输入信号可以实现所述斜盘式轴向柱塞泵的负向最大排量。移除输入信号，由于伺服转阀15的复位弹簧的作用，使得伺服活塞12两侧的压力相等，则斜盘10复位至中位位置，将实现泵的空挡位置。即，在进行液压变量泵的FNR控制时，所述伺服转阀15的复位弹簧在缺失电输入信号时，能够执行伺服转阀15的阀芯2的自动回中功能。因此利用旋转双向电磁螺线管1可以实现对液压变量泵的FNR控制。

当然，可以理解，在进行FNR三位控制时，所述伺服转阀15也可以不设 置有复位弹簧，通常在此情况下可以使用相应的输入信号使斜盘10复位至中位位置，进而使得液压变量泵处于空挡位置。

综上所述，通过应用旋转电磁螺线管1和伺服转阀15，容易地实现对液压变量泵的EDC或FNR控制。与现有的EDC控制相比，本发明的1个旋转电磁螺线管可以替代现有技术中的2个线性电学装置或伺服阀类型的装置。因此，极大地简化了所述EDC、FNR操作。另外，通过采用上述技术方案，本发明使得较容易设计与机械排量控制兼容的硬件，本发明的装置体积紧凑，在减少零件的数量和复杂程度的情况下，也实现了同样的功能，从而也较小得受零件公差的影响。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (18)

1.一种液压变量泵，所述液压变量泵具有斜盘和与所述斜盘连接的伺服活塞，所述斜盘通过所述伺服活塞的运动调整其倾斜角度，从而改变所述液压变量泵的排量，所述液压变量泵还包括：

电磁伺服阀，所述电磁伺服阀将输入的电信号转换成液压信号并且输出流量至所述伺服活塞，进而所述伺服活塞使所述斜盘倾斜；

所述电磁伺服阀由旋转电磁螺线管和伺服转阀构成，且所述旋转电磁螺线管的输出轴和伺服转阀的阀芯相联动，当所述旋转电磁螺线管的输出轴旋转时，激励所述伺服转阀的阀芯旋转。

2.根据权利要求1所述的液压变量泵，其特征在于：

所述旋转电磁螺线管是旋转双向比例电磁螺线管，以对所述液压变量泵进行正反两个方向的电比例排量控制。

3.根据权利要求2所述的液压变量泵，其特征在于：

所述液压变量泵还包括角度反馈机构，所述伺服转阀还包括阀套，所述阀套相对于固定在液压变量泵的外壳内的套筒转动，所述角度反馈机构连接所述阀套和斜盘。

4.根据权利要求3所述的液压变量泵，其特征在于：

所述角度反馈机构感测斜盘从预先设定位置的偏移，且根据所述偏移激励所述伺服转阀且通过流量控制所述伺服活塞的移动，以将斜盘保持在其预定设定的位置上。

5.根据权利要求3所述的液压变量泵，其特征在于：

在进行电比例排量控制时，所述伺服转阀通过所述角度反馈机构与所述斜盘相连接。

6.根据权利要求5所述的液压变量泵，其特征在于：

所述伺服转阀具有复位弹簧，所述复位弹簧在缺失输入信号时，执行伺服转阀的阀芯的自动回中功能和比例控制功能。

7.根据权利要求1所述的液压变量泵，其特征在于：

所述旋转电磁螺线管是旋转双向电磁螺线管，以对所述液压变量泵进行前进／空挡／后退的三位控制。

8.根据权利要求7所述的液压变量泵，其特征在于：

在进行前进／空挡／后退三位控制时，所述伺服转阀与所述斜盘没有通过反馈机构进行连接。

9.根据权利要求8所述的液压变量泵，其特征在于：

所述伺服转阀具有复位弹簧，所述复位弹簧在缺失输入信号时，执行伺服转阀的阀芯的自动回中功能。

10.根据权利要求1所述的液压变量泵，其特征在于：

所述斜盘通过滑块与所述伺服活塞连接。

11.根据权利要求1所述的液压变量泵，其特征在于：

所述伺服转阀为弹簧复位的3位4通伺服转阀。

12.根据权利要求1所述的液压变量泵，其特征在于：

所述液压变量泵为轴向柱塞变量泵。

13.根据权利要求1所述的液压变量泵，其特征在于：

所述旋转电磁螺线管的输出轴和伺服转阀的阀芯直接固定连接。

14.根据权利要求13所述的液压变量泵，其特征在于：

所述伺服转阀的阀芯和阀套通过密封环和O形圈进行密封。

15.一种使用根据权利要求1所述的液压变量泵进行电比例排量控制的方法，其中所述旋转电磁螺线管为旋转双向比例电磁螺线管，所述伺服转阀为弹簧复位的伺服转阀，所述方法包括以下步骤：

在接收到正向的控制电流信号时，所述旋转双向比例电磁螺线管的输出轴产生与所述控制电流信号成比例的正向角度-扭矩输出；

与所述正向角度-扭矩输出成比例地一起旋转所述旋转双向比例电磁螺线管的输出轴和所述伺服转阀的阀芯，由此所述伺服转阀输出与所述正向角度-扭矩输出成比例的流量至所述伺服活塞，通过所述伺服活塞成比例地移动，进而使所述斜盘成比例地倾斜，从而实现所述液压变量泵的正向排量控制；

在缺失控制电流信号时，所述弹簧复位的伺服转阀使得所述斜盘复位至中位位置，从而实现所述液压变量泵处于空挡位置；

在输入反向的控制电流信号时，所述旋转双向比例电磁螺线管的输出轴的角度-扭矩输出、所述旋转双向比例电磁螺线管和所述阀芯的转动角度以及至所述伺服活塞的输出流量也将反向，由此伺服活塞的移动也将反向，使得所述斜盘在负向方向上成比例地倾斜，从而实现所述液压变量泵的负向排量控制。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：

所述液压变量泵还包括角度反馈机构，所述伺服转阀通过所述角度反馈机构与所述斜盘相连接，所述角度反馈机构感测斜盘从预先设定位置的偏移，根据所述偏移激励所述伺服转阀且通过流量控制伺服活塞的移动，以将所述斜盘保持在其预定设定的位置上。

17.一种使用根据权利要求1所述的液压变量泵进行前进/空挡/后退三位控制的方法，其中所述旋转电磁螺线管为旋转双向电磁螺线管，所述方法包括以下步骤：

在接收到正向的电输入信号时，所述旋转双向电磁螺线管的输出轴产生正向的最大角度-扭矩输出；

旋转所述旋转双向电磁螺线管的输出轴与所述伺服转阀的阀芯至正向最大角度；

所述伺服转阀输出正向的最大流量至伺服活塞，以使得伺服活塞位移至正向最大位置；

所述伺服活塞使所述斜盘倾斜至正向最大位置，以实现所述液压变量泵的正向最大排量；

通过使用具有复位弹簧的伺服转阀或使用电输入信号，使所述斜盘复位至中位位置，从而使所述液压变量泵处于空挡位置；

在输入反向的电输入信号至所述旋转双向电磁螺线管时，所述旋转双向电磁螺线管的输出轴的角度-扭矩输出、所述旋转双向电磁螺线管和所述阀芯的转动角度以及至伺服活塞的输出流量也将反向，由此所述伺服活塞位移至负向最大位置，使得所述斜盘倾斜至负向最大位置，从而实现所述液压变量泵的负向最大排量。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：

所述伺服转阀与所述斜盘没有通过反馈机构进行连接。