CN105179221B - 一种双联轴向柱塞泵恒功率调节系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双联轴向柱塞泵恒功率调节系统及其应用，包括主阀体、外弹簧调节螺钉、内弹簧调节螺钉、外弹簧调节螺母和内弹簧调节螺母，主阀体内包括外弹簧、内弹簧、补偿杆、补偿阀芯及补偿活塞，在现有恒功率调节系统的内弹簧和外弹簧处设计了一种全新的弹簧装配机构‑串并联转换器(内弹簧转换器和外弹簧转换器)，该串并联转换器可使两个弹簧在压缩过程中表现出四种弹簧刚度特性，使其表现出来的四种综合刚度系数在恒功率调节过程中，其特性曲线与理论恒功率双曲线的拟合程度更高；该机构可以大幅提高柱塞泵压力负载在15～25MPa范围工作时的能源利用率；有效的避免了柱塞泵和原动机工作在超负荷状态，提高硬件使用寿命。

Description

一种双联轴向柱塞泵恒功率调节系统及其应用

技术领域

本发明涉及一种双联轴向柱塞泵恒功率调节系统及其应用，属于液压传动部件技术领域。

背景技术

柱塞泵作为液压动力元件的主要成员，主要应用在高压、大流量、大功率的工况中；在工程机械(如液压挖掘机)应用的液压系统中，由于一个工作周期内各个执行元件所需流量变化较大，为了达到控制方便、节约能源、减少波动和协同动作的目的，越来越多的选用多联泵，其中双联轴向柱塞泵是应用范围最广的一种。

双联轴向柱塞泵通常与原动机(如柴油机)配合使用，现在市场中常见的品牌型号，如川崎重工业株式会社设计制造的K3V系列柱塞泵，在工作状态下是利用恒功率调节系统保证柱塞泵充分利用原动机的输出功率，且避免原动机处于超负荷工作状态，达到节约能源、提高工作效率的目的；恒功率调节系统的工作原理是采集工作负载压力信号，与预设的并联弹簧进行力的平衡，将输出的位移信号放大处理，进而调节柱塞泵的输出排量大小；由于两个预设的并联弹簧自由长度不同、配合安装位置不同，从而使得其工作时分为均未压缩、单个压缩、并联压缩这三个阶段。

对应于上述三个工作阶段，柱塞泵的压力负载—输出流量曲线也分为三个阶段，如图1中曲线(3)所示，若柱塞泵中内弹簧、外弹簧的刚度系数分别为k₁、k₂，该并联弹簧组工作时表现出来的综合刚度系数为k₀，那么AB段为弹簧均未压缩阶段(k₀＝∞)，BD段为弹簧单个压缩阶段(k₀＝k₁)，DE段为两个弹簧并联压缩阶段(k₀＝k₁+k₂)；直线的斜率大小与综合刚度系数k₀直接相关；图1中曲线(1)是恒功率调节过程的理论恒功率双曲线，当实际的调节曲线越靠近该理论恒功率双曲线(1)时，称为拟合程度越高，那么液压泵对原动机输出功率的利用率越高，效率越高；

观察图1中曲线(1)、(3)可知，当压力负载在15～25MPa范围工作时，其恒功率特性曲线相对于理论曲线的拟合程度不高，能源浪费现象严重；理论上讲，弹簧数量越多，其该泵的恒功率调节特性曲线就有更多的分段，也就更贴近理论恒功率双曲线，得到最理想的调节特性。但是过多的弹簧数量会增加变量机构的设计难度和成本，复杂的结构更会导致系统稳定性降低，适得其反。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种在不增加弹簧数量的基础上，使得其表现出更多弹簧刚度系数的双联轴向柱塞泵恒功率调节系统。

本发明还提供一种包含上述双联轴向柱塞泵恒功率调节系统的调节器。

本发明还提供一种包含上述调节器的双联轴向柱塞泵。

本发明的技术方案如下：

一种双联轴向柱塞泵恒功率调节系统，包括主阀体、外弹簧调节螺钉、内弹簧调节螺钉、外弹簧调节螺母和内弹簧调节螺母，主阀体内包括外弹簧、内弹簧、补偿杆、补偿阀芯及补偿活塞，在主阀体的两端设置有液压侧盖和弹簧侧盖，外弹簧调节螺钉通过弹簧侧盖安装在主阀体上并通过外弹簧调节螺母进行固定，内弹簧调节螺钉贯穿外弹簧调节螺钉并通过内弹簧调节螺母进行固定，其特征在于，主阀体内还包括内弹簧转换器、外弹簧转换器和弹簧座，内弹簧位于内弹簧转换器与弹簧座之间，内弹簧转换器贯穿外弹簧及外弹簧转换器，外弹簧的一端与外弹簧调节螺钉接触、另一端与外弹簧转换器接触，外弹簧转换器与内弹簧转换器相配合接触，内弹簧转换器与内弹簧调节螺钉、弹簧座之间均留有间隙。

优选的，所述内弹簧转换器的外形为圆柱体，圆柱体包含一空腔，内弹簧置于空腔内，内弹簧调节螺钉的一端贯穿内弹簧转换器及内弹簧。

优选的，所述外弹簧转换器为设有阶梯孔的圆环，所述内弹簧转换器的一端边缘处设有向外延伸的凸缘，当外弹簧转换器与内弹簧转换器相配合接触时，凸缘位于阶梯孔内。此设计的好处在于，通过凸缘与阶梯孔的接触配合，可使外弹簧转换器与内弹簧转换器配合更为紧密，配合精度更高。

优选的，所述弹簧座的一侧设有锥形凹槽，另一侧设有凸台，在凸台的外侧设有一圈可容纳凸缘的凹槽，凸台嵌入内弹簧，所述补偿杆的一端位于锥形凹槽内。

一种调节器，包括上述的恒功率调节系统、负流量反馈调节系统和阀控缸位置随动系统，所述负流量反馈调节系统包括负流量反馈油缸，所述阀控缸位置随动系统包括伺服阀、反馈杆、伺服柱塞和差动缸；补偿杆和负流量反馈油缸分别与伺服阀连接，用于控制伺服阀的阀芯运动，伺服柱塞设置在差动缸内并通过反馈杆与伺服阀连接，伺服柱塞通过反馈杆控制伺服阀的阀芯运动。

一种双联轴向柱塞泵，包括上述所述的调节器。

一种双联轴向柱塞泵的工作方法，包括以下步骤，

当柱塞泵的工作压力从空载开始逐渐升高，且未达到设定的柱塞泵工况功率时，柱塞泵的出口压力随之增大，补偿阀芯上所受的力也逐渐增大，但此时补偿阀芯产生向左的作用力依然小于内弹簧和外弹簧向右的预紧力，补偿杆不产生位移，伺服阀和伺服柱塞均未移动，柱塞泵仍然以最大排量输出；

随着柱塞泵的工作压力继续升高，且达到了设定的柱塞泵工况功率时，柱塞泵的出口压力也随之增大，补偿阀芯上所受的力也逐渐增大，此时补偿阀芯产生向左的作用力克服内弹簧和外弹簧向右的预紧力，补偿杆向左产生位移并相应推动内弹簧转换器向左移动，补偿杆向左移动时带动伺服阀并通过伺服阀的作用使得伺服柱塞的大腔端接通高压油，伺服柱塞向右产生位移，进而减小柱塞泵斜盘倾角，减少柱塞泵的排量；

随着柱塞泵的工作压力继续升高，补偿杆继续向左移动，直至内弹簧转换器与内弹簧调节螺钉接触；

随着柱塞泵的工作压力继续升高，补偿杆继续向左移动，由于内弹簧转换器已经与固定的内弹簧调节螺钉接触，此时只有内弹簧被继续压缩；

随着柱塞泵的工作压力继续升高，补偿杆继续向左移动，当弹簧座和外弹簧转换器接触时，凸缘和阶梯孔逐渐脱离不再接触，外弹簧转换器单独向左移动，弹簧座同时压缩内弹簧和外弹簧；

当柱塞泵的工作压力降低，则柱塞泵的出口压力随之减小，其调节过程与柱塞泵工作压力升高时的调节过程相反。

本发明的有益效果在于：

本发明通过改进双联轴向柱塞泵内部的恒功率调节系统，在内弹簧和外弹簧处设计了一种全新的弹簧装配机构-串并联转换器(内弹簧转换器和外弹簧转换器)，该串并联转换器可使两个弹簧在压缩过程中表现出四种弹簧刚度特性，使其表现出来的四种综合刚度系数在恒功率调节过程中，其特性曲线与理论恒功率双曲线的拟合程度更高；该机构可以大幅提高柱塞泵压力负载在15～25MPa范围工作时的能源利用率；有效的避免了柱塞泵和原动机工作在超负荷状态，提高硬件使用寿命。

附图说明

图1为压力负载-输出流量特性曲线；

图2为调节器的原理图；

图3为恒功率调节系统的结构示意图；

图4为补偿杆的结构示意图；

图5为补偿阀芯的结构示意图；

图6a为弹簧座的主视图；

图6b为弹簧座的右视剖视图；

图7a为内弹簧转换器的主视图；

图7b为内弹簧转换器的左视剖视图；

图8a为外弹簧转换器的主视图；

图8b为外弹簧转换器的左视剖视图；

图9为内弹簧和外弹簧串联连接压缩时的状态图；

图10为内弹簧被压缩时的状态图；

图11为内弹簧被压缩结束/内弹簧和外弹簧并联连接开始压缩时的状态图；

图12为内弹簧和外弹簧并联连接压缩结束时的状态图；

图13为本发明中双联轴向柱塞泵的职能方块图；

其中：1、先导泵；2、后泵；3、前泵；4、原动机；5、差动缸；6、负流量反馈油缸；7、弹簧力补偿机构；8、液压力补偿机构；9、电磁比例减压阀；10、伺服阀；11、反馈杆；12、伺服柱塞；001、主阀体；002、液压侧盖；701、内弹簧调节螺钉；702、内弹簧调节螺母；703、外弹簧调节螺钉；704、外弹簧调节螺母；705、弹簧侧盖；706、外弹簧；707、内弹簧转换器；708、内弹簧；709、外弹簧转换器；710、弹簧座；801、补偿杆；802、补偿阀芯；803、补偿阀套；804、补偿堵塞；805、补偿活塞；8011、圆弧顶头；8012、环形凹槽；8013、补偿杆尾座；8021、补偿阀芯圆弧顶头；8022、本泵作用面；8023、他泵作用面；8024、补偿阀芯尾座；7101、凸台；7102、内弹簧右接触座；7103、并联挤压面；7104、锥形凹槽；7105、凹槽；7071、限位端面；7072、装配孔；7073、内弹簧左接触座；7074、凸缘；7091、外弹簧右接触座；7092、并联压缩面；7093、阶梯孔；

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

本实施例提供一种双联轴向柱塞泵恒功率调节系统，该恒功率调节系统为柱塞泵上调节器内的恒功率调节系统，其具体结构如图3所示，在主阀体001内主要由弹簧力补偿机构7和液压力补偿机构8组成，其中弹簧力补偿机构7是由内弹簧调节螺钉701、内弹簧调节螺母702、外弹簧调节螺钉703、外弹簧调节螺母704、弹簧侧盖705、外弹簧706、内弹簧转换器707、内弹簧708、外弹簧转换器709、弹簧座710和密封圈等附件构成的。液压力补偿机构8是由补偿杆801、补偿阀芯802、补偿阀套803、补偿堵塞804、补偿活塞805和密封圈等附件构成的。

在主阀体001的两端安装弹簧侧盖705和液压侧盖002，内弹簧708位于内弹簧转换器707与弹簧座710之间，内弹簧转换器707贯穿外弹簧706及外弹簧转换器709，外弹簧706的一端与弹簧侧盖705接触、另一端与外弹簧转换器709接触，外弹簧转换器709与内弹簧转换器707相配合接触，内弹簧转换器707与内弹簧调节螺钉701、弹簧座710之间均留有间隙。

外弹簧调节螺钉703由弹簧侧盖705安装在主阀体001上并通过外弹簧调节螺母704螺纹连接进行固定；内弹簧调节螺钉701为阶梯轴形状，其包括一个轴肩，内弹簧调节螺钉701的一端贯穿外弹簧调节螺钉703、内弹簧转换器707和内弹簧708，另一端通过内弹簧调节螺母702螺纹连接进行固定，内弹簧调节螺钉701的轴肩与内弹簧转换器707及外弹簧调节螺钉703之间均留有间隙，通过调节外弹簧螺钉和内弹簧螺钉在主阀体内的进入量来调节外弹簧和内弹簧的预紧力。

其中，内弹簧转换器的外形为圆柱体，如图7a、图7b所示，圆柱体包含一空腔和连通空腔的装配孔，内弹簧置于空腔内左侧的内弹簧左接触座7073上，内弹簧调节螺钉701的一端贯穿内弹簧转换器的装配孔7072后置于内弹簧708内。

外弹簧转换器709为设有阶梯孔的圆环，如图8a和图8b所示，圆柱体的一端边缘处设有向外延伸的凸缘7074，当外弹簧转换器709与内弹簧转换器707相配合接触时，凸缘7074位于阶梯孔7093内。通过凸缘与阶梯孔的接触配合，可使外弹簧转换器与内弹簧转换器配合更为紧密，配合精度更高。

如图6a、图6b所示，弹簧座710的一侧设有锥形凹槽7104，另一侧设有凸台7101，在凸台7101的外侧设有一圈可容纳凸缘7074的凹槽7105，凸台7101嵌入内弹簧708。补偿杆801的结构如图4所示，包括锥形的圆弧顶头8011、环形凹槽8012和补偿杆尾座8013，补偿杆左端的锥形圆弧顶头8011位于锥形凹槽7104内与其相配合，环形凹槽8012与阀控缸位置随动系统中伺服阀10的阀芯相连，右端的补偿杆尾座8013受到补偿阀芯802左端的补偿阀芯圆弧顶头8021的作用力。

如图6a和图6b所示，弹簧座710受到左端两个弹簧力的作用，其中凸台7101与内弹簧708的内圆配合，内弹簧右接触座7102与内弹簧的右端面配合接触，起到支撑内弹簧708的作用，并联挤压面7103与外弹簧转换器709的并联压缩面7092配合接触，其锥形凹槽7104与补偿杆的锥形圆弧顶头8011配合接触；

内弹簧708、外弹簧706、内弹簧转换器707和外弹簧转换器709共同组成了一个串并联转换器。内弹簧转换器707的限位端面7071与内弹簧调节螺钉701轴肩的距离决定了内弹簧708和外弹簧706处于串联工作状态的压力范围，装配孔7072与内弹簧调节螺钉701配合安装，内弹簧左接触座7073与内弹簧的左端面接触，凸缘7074与阶梯孔7093配合接触；

外弹簧转换器709的外弹簧右接触座7091和外弹簧706的右端面接触，并联压缩面7092与并联挤压面7103可以配合接触，阶梯孔7093与凸缘7074配合安装；

补偿阀芯802是一个阶梯环形结构，位于补偿阀套803内，其结构如图5所示，左端的补偿阀芯圆弧顶头8021与补偿杆尾座8013接触，中部的两个环形的本泵作用面8022和他泵作用面8023分别通有(双联轴向柱塞泵)前泵3和后泵2的出口压力P₁、P₂，右端的补偿阀芯尾座8024受到补偿活塞805的作用力，补偿活塞805通过外套补偿堵塞804置于补偿阀套803内，补偿阀套803位于主阀体001内。其中补偿活塞805的左端为连接油箱的低压油，右端的液压压力来自柱塞泵上的电磁比例减压阀9的电磁比例减压阀出口压力P_f。

本实施例提供的恒功率调节系统，在传统恒功率调节系统的基础上，设计了一种全新的弹簧装配机构-串并联转换器(内弹簧转换器和外弹簧转换器)，该串并联转换器可使两个弹簧在压缩过程中表现出四种弹簧刚度特性，使其表现出来的四种综合刚度系数在恒功率调节过程中，其特性曲线与理论恒功率双曲线的拟合程度更高；该机构可以大幅提高柱塞泵压力负载在15～25MPa范围工作时的能源利用率；有效的避免了柱塞泵和原动机工作在超负荷状态，提高硬件使用寿命。

实施例2：

本实施例提供一种双联轴向柱塞泵上所用的调节器，该调节器包括实施例1所述的双联轴向柱塞泵恒功率调节系统(由弹簧力补偿机构7、液压力补偿机构8组成)、一个负流量反馈调节系统(由负流量反馈油缸6组成)和一套阀控缸位置随动系统(主要由差动缸5、伺服阀10、反馈杆11、伺服柱塞12组成)。负流量反馈油缸6与阀控缸位置随动系统中的伺服阀10进行连接，用于控制伺服阀10的阀芯运动，恒功率调节系统通过其液压补偿机构8的补偿杆801与阀控缸位置随动系统中的伺服阀10进行连接，用补偿杆的运动来控制伺服阀10的阀芯运动，伺服柱塞12设置在差动缸5内并通过反馈杆11与伺服阀10连接，伺服柱塞12通过反馈杆11控制伺服阀10的阀芯运动，恒功率调节系统与负流量反馈系统之间无连接关系，同时恒功率调节系统与负流量反馈系统会通过其他的控制方式保证只有一个在工作。

实施例3：

本实施例提供一种双联轴向柱塞泵，结构如图2所示，其包括先导泵1、主泵(前泵3和后泵2)、电磁比例减压阀9，在前泵3和后泵2上各安装一个如实施例2所述的调节器。

在实际的液压动力系统中，双联轴向柱塞泵通常与原动机连接，本实施例中原动机选为柴油机，原动机4通过输入轴拖动两个串联的柱塞通轴式后泵2、前泵3和安装在尾部的先导泵1，其中柱塞泵为工作执行元件提供高压动力油，先导齿轮泵为控制油路提供高压油。前泵3和后泵2分别配置了如实施例2所述的调节器1和调节器2。

电磁比例减压阀9可以随着输入电流i的变化，得到不同的电磁比例减压阀出口压力P_f，从而设定柱塞泵工况功率W_C的大小。为了延长原动机的使用寿命，原则上规定柱塞泵工况功率W_C应该小于原动机额定功率W_M。

在实际的工程应用中，当柱塞泵的工作负载压力较小时，液压泵的实际输出功率W_O未达到设定的工况功率W_C，此时柱塞泵保持最大排量输出，以实现“轻载快速”的作业要求。随着负载压力的不断变大，液压泵的实际输出功率W_O达到了设定的工况功率W_C，若此时负载压力继续增大，则柱塞泵调节器会通过恒功率调节系统的作用，令柱塞泵的输出流量减小，从而避免原动机4超负荷工作，实现了“重载慢速”的自我保护工作模式。

恒功率调节系统将前泵3和后泵2的负载压力P₁、P₂作为控制信号，调节柱塞泵的输出排量，此种控制方式称为交叉功率控制策略，其优点是可以保证整个液压泵输出的总功率恒定，并且当其中一个泵所需功率减小时，另一泵可以自动利用剩余功率，充分利用原动机4功率。恒功率控制的目的是通过调节柱塞泵排量的方式，保证柱塞泵在工作过程中，既能与原动机4的输出功率之间建立良好的匹配关系，充分利用动力能源，又能够保证原动机4的输出功率不超过额定功率，延长机电液系统的使用寿命。

实施例4：

一种如实施例3所述的双联轴向柱塞泵的工作方法，包括以下步骤，

a)当柱塞泵的工作压力从空载开始逐渐升高，且未达到设定的柱塞泵工况功率W_C时，前泵3、后泵2的出口压力P₁、P₂值也随之增大，补偿阀芯本泵作用面8022和他泵作用面8023上所受的力也逐渐增大，但此时补偿阀芯802产生向左的作用力依然小于内弹簧708和外弹簧706向右的预紧力，因此补偿杆801不产生位移，伺服阀10和伺服柱塞12均未移动，柱塞泵仍然以最大排量输出。其恒功率调节特性曲线对应于图1中曲线(2)的AB段。

b)当柱塞泵的工作压力继续升高，且达到了设定的柱塞泵工况功率W_C时，前泵3、后泵2的出口压力P₁、P₂值随之增大，本泵作用面8022和他泵作用面8023上所受的力也逐渐增大，此时补偿阀芯802产生向左的作用力克服内弹簧708和外弹簧706向右的预紧力，补偿杆801向左产生位移X_R，阀控缸位置随动系统通过伺服阀10的作用，使得伺服柱塞12的大腔端接通高压油，伺服柱塞12向右产生位移μ·X_R(μ为位移放大系数，该系数由内部杠杆机构决定，对于确定型号的柱塞泵，该值固定不变)，进而减小柱塞泵斜盘倾角，减少柱塞泵的排量V。其恒功率调节特性曲线对应于图1中曲线(2)的BC段。

该工况下内弹簧708的右端与内弹簧右接触座7102有相互作用力，内弹簧708的左端与内弹簧左接触座7073有相互作用力，凸缘7074与阶梯孔7093有相互作用力，外弹簧右接触座7091与外弹簧706的右端有相互作用力，外弹簧706的左端与外弹簧调节螺钉703有相互作用力，在该工况下两个弹簧同时被移动压缩，其连接方式是串联。此时，串并联转换器处于内弹簧708与外弹簧706串联的工作状态，表现出来的综合刚度系数k₀大小为(k₁为内弹簧的刚度系数，k₂为外弹簧的刚度系数)。当补偿杆801向左运动时，内弹簧706和外弹簧708被压缩，内弹簧转换器707和外弹簧转换器709也向左运动。

c)当柱塞泵的工作压力继续升高，补偿杆801继续向左移动，直至内弹簧转换器707与内弹簧调节螺钉701接触，串联工作状态结束，此刻恒功率调节特性曲线对应于图1中曲线(2)的C点。

d)当柱塞泵的工作压力继续升高，补偿杆801继续向左移动，由于此时内弹簧转换器707已经与内弹簧调节螺钉701接触，此时外弹簧706停止压缩，只有内弹簧708继续压缩，该串并联转换器处于单个弹簧被压缩的工作状态，表现出来的综合刚度系数k₀大小为k₁。其恒功率调节特性曲线对应于图1中曲线(2)的CD段。

e)当柱塞泵的工作压力继续升高，补偿杆801继续向左移动，当并联挤压面7103和并联压缩面7092接触时，凸缘7074和阶梯孔7093逐渐脱离不再接触，外弹簧转换器709也向左移动，弹簧座710同时压缩内弹簧708和外弹簧706，此时串并联转换器处于内弹簧708和外弹簧706并联的工作状态。其恒功率调节特性曲线对应于图1中曲线(2)的DE段。

f)若柱塞泵的工作压力降低，则前泵3、后泵2的出口压力P₁、P₂值随之减小，调节原理相似，其调节过程与柱塞泵工作压力升高时的调节过程相反。

外弹簧706与外弹簧调节螺钉703配合安装，通过旋转外弹簧调节螺母704可以改变串并联转换器的预紧力；内弹簧转换器707与内弹簧调节螺钉701配合安装，通过旋转内弹簧调节螺母702可以改变内弹簧调节螺钉701与内弹簧转换器707的间距，进而调节串并联转换器处于串联工作状态的负载压力范围；弹簧座710的结构尺寸设计决定了外弹簧转换器709和弹簧座710之间的距离(即并联挤压面7103和并联压缩面7092之间的间距)，该距离是决定串并联转换器处于并联工作状态压力范围的重要尺寸之一。

建立该双联轴向柱塞泵的数学模型，根据变量机构的工作原理，可以绘制出恒功率调节机制的职能方块图，如图13所示。

其中：(Ⅰ)电磁比例减压阀9输出特性：

P_f＝K_B·i

P_f—电磁比例减压阀9出口压力；

K_B—电磁比例减压阀的输入电流-输出压力增益系数，当电磁比例减压阀9的硬件型号确定后，该值可视为固定值；

i—电磁比例减压阀9的输入电流；

(Ⅱ)恒功率调节系统力平衡方程：

$P_f{A}_f+P_1{A}_1+P_2{A}_2=k_0{x}_R+\frac{k_1{k}_2}{k_1+k_2}{x}_p$

A_f—电磁比例减压阀出口压力P_f作用于补偿活塞805上的面积；

A₁—前泵3的负载压力P₁作用于补偿阀芯802上的面积；

A₂—后泵2的负载压力P₂作用于补偿阀芯802上的面积；

k₀—串并联转换装置的综合刚度系数；

X_R—补偿杆801向左产生的位移；

k₁—内弹簧708的刚度系数；

k₂—外弹簧706的刚度系数；

x_p—串并联转换装置的弹簧预紧长度；

(Ⅲ)阀控缸位置随动系统的位移传递关系：

x_SF＝x_max-μ·x_R

x_SF—伺服柱塞12产生的位移；

x_max—伺服柱塞12的极限位移，当x_SF＝x_max时，柱塞泵的排量达到最大值，该数值由柱塞泵结构尺寸决定，固定不变；

μ—位置随动系统的位移放大系数，该系数由内部杠杆机构决定，对于确定型号的柱塞泵，该值固定不变；

(Ⅳ)双联柱塞泵流量输出公式：

Q＝2·K_f·n·x_SF

Q—双联柱塞泵的前泵3和后泵2输出总流量；

K_f—柱塞泵的排量梯度系数，该数值由柱塞泵结构尺寸决定，固定不变；

n—柱塞泵输入轴转速；

整理上述关系式，得到如下公式：

$Q=2\·K_f\·n\·(x_{\max }-\mathrm{\μ}\frac{K_{B}i\·A_f+P_1{A}_1+P_2{A}_2-\frac{k_1{k}_2}{k_1+k_2}{x}_p}{k_0})$

假设前泵3和后泵2所受的负载压力P₁、P₂相等，即P₁＝P₂＝P₀，当电磁比例减压阀9的输入电流i固定不变，原动机4以固定转速拖动柱塞泵时，n值大小不变，那么可以得到柱塞泵输出总流量Q与负载压力P₀的关系如下：

$Q=-\frac{2\·K_f\·n\·\mathrm{\μ}(A_1+A_2)}{k_0}{P}_0+2\·K_f\·n(\mathrm{\μ}\frac{\frac{k_1{k}_2}{k_1+k_2}{x}_p-K_{B}i\·A_f}{k_0}+x_{\max })$

由上式可以看出，在柱塞泵的压力负载P₀—输出流量Q特性曲线中，直线斜率与综合刚度系数呈负倒数关系。

在以根据上述串并联机构的四种工作状态可以分析出，弹簧的综合刚度系数k₀如下：

$k_0=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\∞}\\ \frac{k_1{k}_2}{k_1+k_2}\\ k_1\\ k_1+k_2\end{array}\right.$

那么在带有弹簧串并联转换器的双联轴向柱塞泵恒功率调节系统中，其恒功率调节特性曲线由四条直线构成，那么经过精确计算和选型，控制四条直线的起始作用位置和斜率，该曲线比原有的三条直线构成的恒功率调节曲线更加柔和，更加逼近恒功率理论恒功率双曲线，如图1中的曲线(2)和曲线(1)，就可以大幅提高与恒功率理论恒功率双曲线之间的拟合程度，使得柱塞泵与原动机之间的功率匹配更加合理，充分利用能源。

Claims (7)

1.一种双联轴向柱塞泵恒功率调节系统，包括主阀体、外弹簧调节螺钉、内弹簧调节螺钉、外弹簧调节螺母和内弹簧调节螺母，主阀体内包括外弹簧、内弹簧、补偿杆、补偿阀芯及补偿活塞，在主阀体的两端设置有液压侧盖和弹簧侧盖，外弹簧调节螺钉通过弹簧侧盖安装在主阀体上并通过外弹簧调节螺母进行固定，内弹簧调节螺钉贯穿外弹簧调节螺钉并通过内弹簧调节螺母进行固定，其特征在于，主阀体内还包括内弹簧转换器、外弹簧转换器和弹簧座，内弹簧位于内弹簧转换器与弹簧座之间，内弹簧转换器贯穿外弹簧及外弹簧转换器，外弹簧的一端与外弹簧调节螺钉接触、另一端与外弹簧转换器接触，外弹簧转换器与内弹簧转换器相配合接触，内弹簧转换器与内弹簧调节螺钉、弹簧座之间均留有间隙。

2.如权利要求1所述的双联轴向柱塞泵恒功率调节系统，其特征在于，所述内弹簧转换器的外形为圆柱体，圆柱体包含一空腔，内弹簧置于空腔内，内弹簧调节螺钉的一端贯穿内弹簧转换器及内弹簧。

3.如权利要求2所述的双联轴向柱塞泵恒功率调节系统，其特征在于，所述外弹簧转换器为设有阶梯孔的圆环，所述内弹簧转换器的一端边缘处设有向外延伸的凸缘，当外弹簧转换器与内弹簧转换器相配合接触时，凸缘位于阶梯孔内。

4.如权利要求3所述的双联轴向柱塞泵恒功率调节系统，其特征在于，所述弹簧座的一侧设有锥形凹槽，另一侧设有凸台，在凸台的外侧设有一圈可容纳凸缘的凹槽，凸台嵌入内弹簧，所述补偿杆的一端位于锥形凹槽内。

5.一种调节器，包括权利要求1-4中任一项所述的恒功率调节系统，还包括负流量反馈调节系统和阀控缸位置随动系统，所述负流量反馈调节系统包括负流量反馈油缸，所述阀控缸位置随动系统包括伺服阀、反馈杆、伺服柱塞和差动缸；补偿杆和负流量反馈油缸分别与伺服阀连接，用于控制伺服阀的阀芯运动，伺服柱塞设置在差动缸内并通过反馈杆与伺服阀连接，伺服柱塞通过反馈杆控制伺服阀的阀芯运动。

6.一种双联轴向柱塞泵，包括权利要求5中所述的调节器。

7.一种如权利要求6所述的双联轴向柱塞泵的工作方法，包括以下步骤，

当柱塞泵的工作压力从空载开始逐渐升高，且未达到设定的柱塞泵工况功率时，柱塞泵的出口压力随之增大，补偿阀芯上所受的力也逐渐增大，但此时补偿阀芯产生向左的作用力依然小于内弹簧和外弹簧向右的预紧力，补偿杆不产生位移，伺服阀和伺服柱塞均未移动，柱塞泵仍然以最大排量输出；

随着柱塞泵的工作压力继续升高，且达到了设定的柱塞泵工况功率时，柱塞泵的出口压力也随之增大，补偿阀芯上所受的力也逐渐增大，此时补偿阀芯产生向左的作用力克服内弹簧和外弹簧向右的预紧力，补偿杆向左产生位移并相应推动内弹簧转换器向左移动，补偿杆向左移动时带动伺服阀并通过伺服阀的作用使得伺服柱塞的大腔端接通高压油，伺服柱塞向右产生位移，进而减小柱塞泵斜盘倾角，减少柱塞泵的排量；

随着柱塞泵的工作压力继续升高，补偿杆继续向左移动，直至内弹簧转换器与内弹簧调节螺钉接触；

随着柱塞泵的工作压力继续升高，补偿杆继续向左移动，由于内弹簧转换器已经与固定的内弹簧调节螺钉接触，此时只有内弹簧被继续压缩；

随着柱塞泵的工作压力继续升高，补偿杆继续向左移动，当弹簧座和外弹簧转换器接触时，凸缘和阶梯孔逐渐脱离不再接触，外弹簧转换器单独向左移动，弹簧座同时压缩内弹簧和外弹簧；

当柱塞泵的工作压力降低，则柱塞泵的出口压力随之减小，其调节过程与柱塞泵工作压力升高时的调节过程相反。