CN105134573A - 一种柱塞组合式数字变量泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱塞组合式数字变量泵。它包括多个柱塞，多个吸油单向阀，多个排油单向阀，多个二位二通电磁截止阀组成。每个柱塞的吸油口均通过吸油单向阀与油箱联通；每个柱塞的压油口均通过压油单向阀与高压油路连接；每个柱塞的压油口均通过二位二通截止式电磁阀进行旁路；数字式变量泵工作时的实际排量由所有正常排油的柱塞的排量叠加得到；排量的控制是由电磁阀调节单个柱塞对应的排量实现的，从而可以使得数字变量泵的排量变化对电信号的输入响应非常快，从而满足高频响控制的要求。本发明能够有效地解决大流量伺服、比例电液控制系统中的压力损失大和频响低等不足，同时达到大幅节能效果。

Description

一种柱塞组合式数字变量泵

技术领域

本发明涉及一种柱塞组合式数字变量液压泵。更准确地说，涉及一种利用多个柱塞的排油组合控制来实现液压泵瞬时排量的数字式控制。

背景技术

当前的电液控制系统广泛使用比例阀或者伺服阀等元器件实现伺服、比例控制，但是这类技术方案有着明显的不足：

1.压力损失大，能量利用效率低。由于阀控方案的基本原理是采用节流调速原理，其缺点就是存在节流损失，能量消耗大，系统发热严重，造成液压系统不稳定或者发生故障。特别是对大流量比例伺服系统而言，压力损失尤为严重。

2.大流量时频响低。对大流量比例伺服系统而言，由于液动力较大，比例阀或者伺服阀的控制需要利用多级先导阀来实现，其频率响应很难满足实际工作要求。

为了避免阀控系统的上述两个方面的不足，泵控缸技术应运而生。它采用容积调速的方式来控制液压缸的位置和速度，具有节能、高效、响应快等优势。此外，泵控缸系统易于设计成闭式系统，从而可以实现移动式布置和控制，是一种实现液压技术节能环保的有效途径，也是电液技术的发展方向之一。

发明内容

本发明提出了一种柱塞组合式数字变量液压泵。其主要目标是在高压大流量负载情况下，实现对流量的数字式控制，且响应频率高，以取代现有的伺服阀、比例阀或者数字缸方案。避免了大流量伺服、比例电液控制系统中的压力损失大和频响低等不足，同时达到大幅节能的效果。

为了实现上述技术特点，本发明采取如下技术方案：柱塞组合式数字变量泵，单个泵体内包含多个排量不同的液压柱塞(柱塞的个数可以根据具体应用决定，本发明将以7个柱塞为例进行说明，编号为A-G)，7个吸油单向阀，7个压油单向阀，7个二位二通电磁阀截止阀。

所述的7个柱塞排油压力相同，这7柱塞由电机带偏心轮驱动，电机转速恒定。电机转速可以根据具体应用场合来确定，一般以整体最优来选择。

所述7个柱塞的排量取值分别为：柱塞A的排量为q，柱塞B-G的排量分别为q,2q,4q,8q,16q和32q，则系统最大的排量为7个柱塞的排量总和即：64q。如果系统所需流量为200lpm，则泵A的流量可取6.25lpm。

所述数字变量泵的排油口均经过排油单向阀与高压工作油路相连，具体输出油路根据具体应用确定。

所述数字变量泵的所有柱塞的吸油口均与油箱连通。

所述数字变量泵每个柱塞对应的工作容积均有一个二位二通电磁截止阀，截止阀的出口与油箱相连。

所述数字变量泵上带数字控制器，控制器接受系统给出的指令来快速调整每个柱塞是否排油，以容积调速的方式来控制数字变量泵的输出流量。

所述的二位二通截止式电磁阀，当其截止时，柱塞往外运动时，正常吸油，柱塞往里运动时，正常排油，吸排油阻力很小。当其接通时，压力油直接回油箱（压力损失很小），排油单向阀始终关闭，则该柱塞不排油，而其他柱塞不收任何影响。

所述数字变量泵的排量取决于这7个柱塞排油与否（流量变化为0-32q之间的整数）。故整个泵的排量在小于32q的数值内以q的整数倍任意变化，因而最终的排量控制精度取决于最小的柱塞的排量。

所述的数字变量泵工作时，电机一直带动偏心轮匀速转动。当某个柱塞不需要供油时，其中的液压油被接回油箱，且回油箱的阻力损失很小，因而相应的能耗也很小。而当需要其供油时，只需给二位二通电磁截止阀一个激励信号。因此其响应取决于电磁阀的响应速度，而与电机和泵的动态响应无关。由于排量的控制是由电磁阀调节单个柱塞对应的排量实现的，而电磁阀可以实现快速响应，从而可以使得数字变量泵的排量变化对电信号的输入响应非常快，从而满足高频响控制的要求。当系统所需流量更大时，只需增加一个或多个类似的柱塞和相应的电磁阀即可，系统的整体性能几乎不受影响，因而非常适于大流量的情况。

本发明涉及的柱塞组合式数字变量液压泵主要有以下几个优点：

1.整个系统可以实现流量从零到最大排量的多级可调，最大排量取决于整个数字变量泵内所有柱塞排量的总和。排量控制的精度取决于最小柱塞的排量。

2.由于数字变量泵应用于液压系统时，可以直接采用数字变量泵来控制液压缸的速度和位置，而不需要流量比例阀，避免了大量的节流损失，因此系统压力损失非常小，可以大幅节能。

3.如前述，采用二位二通截止阀来旁通单个柱塞的排油，则其频响可以非常高，因此整个数字变量泵的流量控制可以达到很高的频响，克服了传统大流量比例控制系统的频率响应低的困难。

4.系统完全可以基于已有的柱塞泵的改造，加上标准二位二通电磁阀，结构非常简单，成本低，只是使用了新的控制策略。

6.泵体和泵体内柱塞的个数可以根据需要和具体布置要求而定。

7.在系统控制精度要求较高，且额定流量较小的情况下，可选用较小尺寸的柱塞，而对于大流量情况，则可选用较大尺寸的柱塞。

附图说明

图1为本发明柱塞组合式数字变量液压泵的系统示意图。

具体实施方式

下面通过示意图来说明本发明的设计思想。

如图1所示，本发明的柱塞组合式数字变量液压泵由7个二位二通截止式电磁阀1，7个吸油单向锥阀2，7个压油单向阀3，七个柱塞4，以及柱塞复位弹簧5，偏心轮6和泵体7组成。

整个系统的结构为：所有柱塞都由偏心轮克服复位弹簧的作用力驱动，每个柱塞的吸油口均与油箱相连，柱塞的排油口的连接方式根据实际需要确定。每个柱塞对应的工作容积都由一个二位二通截止式电磁阀连接到油箱。

数字变量泵工作时，电机一直带动偏心轮匀速转动。柱塞A-G的排量分别为q，q,2q,4q,8q,16q和32q。泵的排量通过7个柱塞的排量叠加来实现，排量在0-32q之间由二位二通电磁截止阀的动作来控制。

当某个柱塞不需要供油时，其出油口被接回油箱，而当需要其供油时，只需给二位二通截止式电磁阀1施加激励信号，电磁阀1处于截止状态，压力油直接顶开排油单向锥阀3，则该柱塞处于排油状态。例如，若系统所需排量为25q，则可以通过以下组合实现：1q（柱塞A）+8q（柱塞E）+16q（柱塞F）。相应的阀状态为：与柱塞B、E、F相连的电磁阀受激励信号作用而截止，其余导通，直接回油至油箱。

在总排量一定的情况下，柱塞个数越多，则排量控制的精度越高。

本发明能够有效解决大流量伺服、比例电液执行系统中的压力损失大和频响低等缺陷，同时达到大幅节能效果。

Claims (5)

1.一种柱塞组合式数字变量泵，单个泵体内包含n个排量不同的液压柱塞，n个吸油单向阀，n个压油单向阀，n个二位二通电磁式截止阀，其特征在于：

每个柱塞的吸油口均通过吸油单向阀与油箱联通；每个柱塞的压油口均通过压油单向阀与高压油路连接；每个柱塞的压油口均通过二位二通电磁式截止阀进行旁路，电磁式截止阀的输出油路在一个工作位时被截止，在另一个工作位时则被接回到油箱；该数字变量泵的排量可以迅速从零值切换到满排量；数字变量泵工作时的实际排量由所有正常排油的柱塞的排量叠加得到；

所述的二位二通电磁式截止阀，当其截止时，对应的柱塞排油时会打开相应的压油单向阀，压力油正常排出，且阻力小；当其接通时，压油单向阀关闭，柱塞不排高压油；柱塞内的液压油直接排回油箱，且阻力小；

所述数字变量泵的排量可根据液压执行元件上所带位移传感器或者速度、加速度传感器进行控制，基于传感器的反馈，通过快速确定某个柱塞是否排油，以容积调速的方式来控制执行元件的位置和速度；

所述数字变量泵，二位二通电磁式截止阀仅在需要改变变量泵的排量式才动作，排量稳定时，电磁式截止阀无动作，结构简单可靠。

2.根据权利要求1所述的一种柱塞组合式数字变量泵，其特征在于：其排量的控制精度取决于最小的柱塞的排量。

3.根据权利要求1所述的一种柱塞组合式数字变量泵，其特征在于：其排量调节的响应时间，取决于所采用的电磁式截止阀的换向时间。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种柱塞组合式数字变量泵，其特征在于：所述的数字式变量泵采用多个泵体，每个泵体可有多个柱塞，所有柱塞的吸油口均连接油箱，压油口分别组合成不同排量的多个高压输出；所有柱塞由偏心轮带动，由单个电机拖动，电机转速恒定。

5.根据权利要求4所述的一种柱塞组合式数字式变量泵，其特征在于：所述泵体有m个，共m×n个柱塞，第i个柱塞的排量取值为q _i ，则数字式变量泵的满排量为所有柱塞的排量总和q ₁ +q ₂ +…+q _i +…+q _m×n ；其排量控制的精度取决于最小柱塞的排量，其响应时间取决于电磁式截止阀的响应时间。