CN105351162A - 一种流体机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种流体机械。本发明所提供的流体机械，包括流体机械本体、第一驱动装置、第二驱动装置和工况控制组件，其中，工况控制组件包括第一换向阀、第一调节机构和第二调节机构，其中第一换向阀与第一调节机构配合能够实现泵比例排量控制功能，第一换向阀与第二调节机构配合能够实现泵恒压切断控制功能以及马达比例排量控制功能。本发明所提供的流体机械，既能够作为泵使用，又能够作为马达使用，具有能量回收功能，而且通过第一换向阀与第一调节机构和第二调节机构的配合，能够同时实现泵比例排量控制功能、马达比例排量控制功能和泵恒压切断控制功能，且结构简单，控制精度较高。

Description

一种流体机械

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种流体机械。

背景技术

现有技术中，许多工程机械面临着如何节约能源的问题。例如，汽车起重机和垃圾运输车等轮式行走类工程机械，产品数量大，耗油高，排放差，这些都导致其节能问题亟待解决。

而通过设计适当的装置对能量进行回收利用是解决上述节能问题的一种有效的技术手段。

斜盘式轴向柱塞泵和斜盘式轴向柱塞马达是工程机械中常用的流体机械，由于其具有体积小、重量轻、功率密度大、易于控制等优点，因此被广泛应用于各种液压系统中。

图1-2示出了斜盘式轴向柱塞泵的工作原理。图3-5示出了斜盘式轴向柱塞马达的工作原理。由图1-5可以看出，斜盘式轴向柱塞泵和斜盘式轴向柱塞马达均包括斜盘1’、柱塞2’、缸体3’、配油盘4’和传动轴5’，所不同的是二者斜盘1’所倾斜的方向相反，例如，在图1中，斜盘式轴向柱塞泵的斜盘1’向左侧偏转δ角，这样在传动轴5’旋转时，吸油口b从油箱吸油，并从压油口a排出，而在图中3中，斜盘式轴向柱塞马达的斜盘1’向右侧偏转β角，这样在传动轴5’同方向旋转时，压油口a进油，并从回油口b排出。

据此可以看出，当传动轴恒定在一种旋向(左旋或右旋)且高压油口不变时，若想实现泵工况与马达工况的切换，可以使斜盘的一端由零角度平面的一侧摆动至零角度平面的另一侧，此处的零角度平面是指经过斜盘与传动轴5’的轴线的交点且垂直于传动轴5’的轴线的平面。

然而在现有技术中，大多数斜盘式轴向柱塞泵或马达只具有相应的单一功能，即泵只能实现泵功能，马达只能实现马达功能，而无法在泵工况和马达工况之间转化，无法实现能量回收功能；或者虽然也出现了一些能够实现在泵工况和马达工况之间进行切换的液压元件，但是现有的这些液压元件的结构一般较为复杂，成本较高，而且其控制效果也并不理想，例如无法同时实现泵比例排量控制功能、马达比例排量控制功能和泵恒压切断控制功能，从而导致现有的这类产品性能不佳，应用受到较大限制。其中，泵比例排量控制功能是指能够在泵工况时比例调节排量的功能，马达比例排量控制功能是指能够在马达工况时比例调节排量的功能，泵恒压切断控制功能是指在泵工况时能够在泵出口压力达到设定危险压力值后排量自动变为零的功能。

发明内容

本发明旨在提供一种流体机械，其能够在泵工况和马达工况之间切换，且能够同时实现泵比例排量控制功能、马达比例排量控制功能和泵恒压切断控制功能。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种流体机械，其包括：流体机械本体、第一驱动装置、第二驱动装置和工况控制组件，流体机械本体包括第一工作口、第二工作口和斜盘，工况控制组件包括第一换向阀、第一调节机构和第二调节机构，其中：

第一驱动装置连接在斜盘的第一端且第一驱动装置的液控端与第二工作口连通，第二驱动装置连接在斜盘的第二端且第二驱动装置的液控端与工况控制组件连接；

第一换向阀具有第一工作位和第二工作位，当处于第一工作位时第一换向阀控制第二驱动装置的液控端通过第一油路与第二工作口连接，当处于第二工作位时第一换向阀控制第二驱动装置的液控端通过第二油路与第二工作口连通；

第一调节机构设置在第一油路上，第一调节机构能够通过比例调节经由第一油路进入第二驱动装置的液控端的液压油压力来比例调节斜盘的角位移，以实现流体机械的泵比例排量控制功能，此时第一工作口进油且第二工作口出油；

第二调节机构能够控制第一换向阀在第一工作位和第二工作位之间切换，且当第一换向阀切换至第二工作位时，第二调节机构能够与第一换向阀配合调节经第二油路进入第二驱动装置的液控端的压力而实现流体机械的泵恒压切断控制功能和马达比例排量控制功能。

可选地，第一换向阀包括第一油口、第二油口和第三油口，第一换向阀的第一油口通过第二油路与第二工作口连通，第一换向阀的第二油口通过第一控制机构与第二工作口连接，第一换向阀的第三油口与第二驱动装置的液控端连通；第一换向阀处于第一工作位时第一换向阀的第一油口截止且第二油口与第三油口连通，第一换向阀处于第二工作位时第一换向阀的第一油口与第三油口连通且第二油口截止。

可选地，第一换向阀的第三油口与第二驱动装置的液控端之间的连接油路上设有第一阻尼结构。

可选地，第一换向阀还包括用于控制第一换向阀在第一工作位和第二工作位之间切换的第一控制端和第二控制端，当第一换向阀的第一控制端的液压油的作用力与第一换向阀的第二控制端的液压油的作用力之差小于或等于第一设定值时第一换向阀处于第一工作位，当第一换向阀的第一控制端的液压油的作用力与第一换向阀的第二控制端的液压油的作用力之差大于第一设定值时第一换向阀切换至第二工作位。

可选地，第二调节机构包括溢流阀，溢流阀的进油口通过第二阻尼结构与第二工作口连通，并且溢流阀的进油口同时与第一换向阀的第二控制端连通，溢流阀的出油口与油箱连通，第一换向阀的第一控制端与第二工作口连通，以通过控制溢流阀是否打开溢流来控制第一换向阀是否由第一工作位切换至第二工作位。

可选地，溢流阀包括用于调节溢流阀的溢流压力的溢流压力控制端，溢流压力控制端能够在泵工况时调节溢流阀的溢流压力等于设定危险压力，以实现泵恒压切断控制功能。

可选地，溢流压力控制端还能够调节溢流阀的溢流压力小于第二工作口的压力，并且溢流压力控制端能够通过比例调节第一换向阀在第二工作位的阀口开口大小来比例调节经由第二油路进入第二驱动装置的液控端内的液压油压力来实现马达比例排量控制功能。

可选地，工况控制组件还包括斜盘角度传感器，斜盘角度传感器用于在流体机械处于马达工况时将斜盘的角位移反馈至溢流压力控制端。

可选地，溢流压力控制端为比例电控端，通过比例调节溢流压力控制端的通电量能够比例调节第一换向阀在第二工作位的阀口开口大小。

可选地，溢流压力控制端为反比例电控端，以使溢流阀的溢流压力与溢流压力控制端的通电量成反比。

可选地，第二换向阀包括第一油口、第二油口和第一控制端，第二换向阀的第一油口与第二工作口连通，第二换向阀的第二油口与第一换向阀的第二油口连通；第二换向阀具有第一工作位，第二换向阀处于第一工作位时第二换向阀的第一油口与第二油口连通；第二换向阀的第一控制端能够通过比例调节第二换向阀处于第一工作位时的阀口开口大小来比例调节经由第一油路进入第二驱动装置的液控端内的液压油压力，从而实现泵比例排量控制功能。

可选地，工况控制组件还包括斜盘角位移反馈机构，斜盘角位移反馈机构能够将斜盘在泵工况时的角位移反馈至第二换向阀的与其第一控制端相对的第二控制端。

可选地，第二换向阀的第二控制端设有反馈弹簧，斜盘角位移反馈机构能够将斜盘在泵工况时的角位移转化为反馈弹簧的变形量。

可选地，第二换向阀还包括第三油口，第二换向阀的第三油口与油箱连通，第二换向阀处于第一工作位时第二换向阀的第三油口截止，第二换向阀还具有第二工作位，第二换向阀处于第二工作位时第二换向阀的第一油口截止且第二油口与第三油口连通；第二换向阀的第一控制端能够在第一换向阀处于第一工作位时控制第一换向阀切换至第二工作位，以实现流体机械的泵最大排量控制功能。

可选地，第一驱动装置包括第一柱塞缸，第一柱塞缸的柱塞与斜盘的第一端连接，第一驱动装置的液控端设置在第一柱塞缸的无杆腔以使第一柱塞缸的无杆腔与第二工作口连通，且第一柱塞缸的无杆腔内设有复位弹簧；和/或，第二驱动装置包括第二柱塞缸，第二柱塞缸的柱塞与斜盘的第二端连接，第二驱动装置的液控端设置在第二柱塞缸的无杆腔以使第二柱塞缸的无杆腔与第一换向阀连接。

本发明所提供的流体机械，既能够作为泵使用，又能够作为马达使用，具有能量回收功能，而且通过第一换向阀与第一调节机构和第二调节机构的配合，能够同时实现泵比例排量控制功能、马达比例排量控制功能和泵恒压切断控制功能，使本发明的流体机械功能更加多样，更能够满足实际需求，且结构简单，控制精度较高。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出轴向柱塞泵的工作原理图。

图2示出图1的A-A剖视图。

图3示出轴向柱塞马达的工作原理图。

图4示出图3的B-B剖视图。

图5示出图3的C-C剖视图。

图6示出本发明一实施例的流体机械的液压原理图。

图中：

1’、斜盘；2’、柱塞；3’、缸体；4’、配油盘；5’、传动轴；

1、流体机械本体；2、第一柱塞缸；21、复位弹簧；3、第二柱塞缸；4、第一阻尼结构；5、斜盘角位移反馈机构；6、反馈弹簧；7、溢流阀；8、第一换向阀；9、第二换向阀；10、斜盘角度传感器；11、第二阻尼结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

为了描述方便，本发明中的方位词如“左、右”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图6所示的方位或位置关系，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图6示出了本发明一个实施例的液压原理图。参照图6，本发明所提供的流体机械，包括流体机械本体1、第一驱动装置、第二驱动装置和工况控制组件，流体机械本体1包括第一工作口S、第二工作口B和斜盘，工况控制组件包括第一换向阀8、第一调节机构和第二调节机构，其中：

第一驱动装置连接在斜盘的第一端且第一驱动装置的液控端与第二工作口B连通，第二驱动装置连接在斜盘的第二端且第二驱动装置的液控端与工况控制组件连接。

第一换向阀8具有第一工作位和第二工作位，当处于第一工作位时第一换向阀8控制第二驱动装置的液控端通过第一油路与第二工作口B连接，当处于第二工作位时第一换向阀8控制第二驱动装置的液控端通过第二油路与第二工作口B连通。

第一调节机构设置在第一油路上，第一调节机构能够通过比例调节经由第一油路进入第二驱动装置的液控端的液压油压力来比例调节斜盘的角位移，以实现流体机械的泵比例排量控制功能，此时第一工作口S进油且第二工作口B出油。

第二调节机构能够控制第一换向阀8在第一工作位和第二工作位之间切换，且当第一换向阀8切换至第二工作位时，第二调节机构能够与第一换向阀8配合调节经第二油路进入第二驱动装置的液控端的压力而实现流体机械的泵恒压切断控制功能和马达比例排量控制功能。

本发明所提供的流体机械，既能够作为泵使用，又能够作为马达使用，具有能量回收功能，而且通过第一换向阀与第一调节机构和第二调节机构的配合，能够同时实现泵比例排量控制功能、马达比例排量控制功能和泵恒压切断控制功能，使本发明的流体机械功能更加多样，更能够满足实际需求，且结构简单，控制精度较高。

此外，本发明的第一调节机构还能够使第二驱动装置的液控端与油箱连通，这样使得流体机械进一步具有泵最大排量控制功能，从而使得本发明的流体机械能够作为能量回收泵使用。

接下来结合图6所述的实施例对本发明进行进一步地说明。

如图6所示，在该实施例中，流体机械包括流体机械本体1、作为第一驱动装置的第一柱塞缸2、作为第二驱动装置的第二柱塞缸3、第一换向阀8、包括第二换向阀9的第一调节机构以及包括溢流阀7的第二调节机构。在该实施例中，第一驱动装置的液控端设置在第一柱塞缸2的无杆腔，第二驱动装置的液控端设置在第二柱塞缸3的无杆腔，第一油路为第二工作口B与第一换向阀8之间设有第二换向阀9的油路，第二油路为直接连接第二工作口B与第一换向阀8的油路。

如图6所示，在该实施例中，流体机械本体1采用斜盘式轴向柱塞泵的结构，其包括第一工作口S、第二工作口B和斜盘，这样无需对其壳体、柱塞、缸体等基础部件进行改变，结构简单，成本较低。

第一柱塞缸2的柱塞与斜盘的第一端(在图6中即为斜盘的上端)连接，第一柱塞缸2的无杆腔与与第二工作口B直接连通，且第一柱塞缸2的无杆腔内设有复位弹簧21，该复位弹簧21用于对斜盘的第一端施加使斜盘保持在初始位置的作用力。

第二柱塞缸3的柱塞与斜盘的第二端(在图6中即为斜盘的下端)连接，且第二柱塞缸3的无杆腔与第一换向阀8连接。为了简化结构且便于控制，在该实施例中，第二柱塞缸3的柱塞直径大于第一柱塞缸2的柱塞直径，这样可以更方便地通过控制第二柱塞缸3的无杆腔与第一柱塞缸2的无杆腔内的液压油压力之差来控制斜盘的摆角变化。

为了描述方便，在接下来的描述中，将图6中斜盘第二端向零角度平面右侧摆动的极限位置定义为第一角度位置(即图6所示的位置)，而将斜盘第二端向零角度平面左侧摆动的极限位置定义为第二角度位置，并将斜盘处于零角度平面内时的位置定义为零角度位置，此处的零角度平面仍然指经过斜盘与流体机械本体1的传动轴轴线的交点且与传动轴轴线相垂直的平面。

在该实施例中，斜盘的第二端初始处于零角度平面右侧且位于第一角度位置，此时处于泵工况且处于泵最大排量工况，第一工作口S进油，第二工作口B出油，在第二工作口B的压力达到设定危险压力时控制斜盘的第二端摆动至零角度位置，则能够实现泵恒压切断控制功能；通过控制斜盘的第二端由零角度平面右侧摆动至零角度平面左侧可以使流体机械由泵工况切换至马达工况，此时第二工作口B进油，第一工作口S出油；而通过比例调节斜盘的第二端在零角度平面右侧和零角度平面左侧的角位移，则能够实现流体机械的泵比例排量控制功能和马达比例排量控制功能。

具体地，如图6所示，在该实施例中，第一换向阀8包括第一油口、第二油口和第三油口，第一换向阀8的第一油口通过第二油路与第二工作口B连通，第一换向阀8的第二油口通过第二换向阀9与第二工作口B连接，第一换向阀8的第三油口与第二柱塞缸3的无杆腔连通；第一换向阀8具有第一工作位和第二工作位，当第一换向阀8处于第一工作位(即图6中的右位)时，第一换向阀8的第一油口截止且第二油口与第三油口连通，以使第二柱塞缸3的无杆腔能够通过第一油路与第二工作口B连通；而当第一换向阀8处于第二工作位(即图6中的左位)时，第一换向阀8的第一油口与第三油口连通且第二油口截止，这样第二柱塞缸3的无杆腔能够通过第二油路与第二工作口B连通。

在该实施例中，在第二柱塞缸3的无杆腔与第一换向阀8的第三油口之间的连通通路上设有第一阻尼结构4，该第一阻尼结构4能够调节流体机械的比例排量控制的响应时间，减少其他扰动所带来的压力波动的影响，使流体机械工作更加稳定可靠。

此外，第一换向阀8具有第一控制端和第二控制端，其中第一控制端设置在第一换向阀8的非弹簧腔一端，第二控制端则设置在第一换向阀8的弹簧腔一端，这样当第一换向阀8的第一控制端的液压油的作用力与第一换向阀8的第二控制端的液压油的作用力之差小于或等于第一设定值时第一换向阀8处于第一工作位，而当第一换向阀8的第一控制端的液压油的作用力与第一换向阀8的第二控制端的液压油的作用力之差大于第一设定值时第一换向阀8切换至第二工作位，此处的第一设定值即为第一换向阀8的弹簧的初始弹性力。

在该实施例中，第一换向阀8的换向通过设置在第一换向阀8的第二控制端的溢流阀7来实现。如图6所示，溢流阀7的进油口与第一换向阀8的第二控制端连通，并且溢流阀7的进油口同时通过第二阻尼结构11与第二工作口B连通，溢流阀7的出油口通过泄油口L或L1与油箱连通，第一换向阀8的第一控制端与第二工作口B连通。基于该设置，可以通过控制溢流阀7是否打开溢流来控制第一换向阀8是否由第一工作位切换至第二工作位，当第二工作口B的压力达到溢流阀7的溢流压力时，溢流阀7会打开溢流，则第二阻尼结构11两端产生压力差，即第一换向阀8的第一控制端和第二控制端之间产生压力差，当该压力差大于第一换向阀8的弹簧的弹性力时，则第一换向阀8从第一工作位切换至第二工作位，使第二柱塞缸3的无杆腔由通过第一油路与第二工作口B连通切换至通过第二油路与第二工作口B连通。

进一步地，为了使溢流阀7能够满足泵工况和马达工况的不同需求，在该实施例中，溢流阀7包括溢流压力控制端Y1，该溢流压力控制端Y1用于调节溢流阀7的溢流压力。

在该实施例中，泵恒压切断控制功能通过溢流阀7与第一换向阀8的配合来实现。具体地，在泵工况时，调节溢流压力控制端Y1使溢流阀7的溢流压力等于流体机械的设定危险压力(设定危险压力是指在第二工作口B的压力低于该压力时处于泵工况的流体机械能够安全工作的压力)，这样在泵工况时，若第二工口B的压力低于设定危险压力时，流体机械处于正常工作状态，第二工作口B为执行机构供油，而一旦第二工作口B的压力达到设定危险压力，则溢流阀7打开溢流，溢流阀7控制第一换向阀8切换至第二工作位，此时进入第二柱塞缸3的无杆腔内的液压油压力能够克服第一柱塞缸2等对斜盘施加的阻力而使斜盘的第二端摆动至零角度位置，则第二工作口B无法再输出液压油，即流体机械的排量变为零，从而实现流体机械的泵恒压切断控制功能。

此外，在该实施例中，马达比例排量控制功能也通过溢流阀7与第一换向阀8的配合来实现。具体地，将溢流压力控制端Y1设置为能够比例调节溢流阀7的溢流压力，且当流体机械需要切换至马达工况时，调节溢流压力控制端Y1使溢流阀7的溢流压力始终低于第二工作口B的压力，即，使溢流阀7处于打开溢流状态，则溢流阀7能够控制第一换向阀8工作在第二工作位，此时，再通过溢流压力控制端Y1比例调节溢流阀7的溢流压力，则可以比例调节第一换向阀8在第二工作位的阀口开口大小，并使得进入第二柱塞缸3的无杆腔内的液压油压力能够克服第一柱塞缸2等对斜盘施加的阻力而驱动斜盘第二端在零角度平面左侧呈比例摆动，从而通过比例调节斜盘在零角度平面左侧的角位移来比例调节马达工况时流体机械的排量，进而实现流体机械的马达比例排量控制功能。

要实现比例调节溢流阀7的溢流压力，溢流压力控制端Y1可以为液控、电控或者机械控制端，只要其能够比例调节溢流阀7的溢流压力即可。在该实施例中，如图6所示，溢流压力控制端Y1为比例电控端，这样通过比例调节溢流压力控制端Y1的通电量则能够比例调节第一换向阀8在第二工作位的阀口开口大小，进而方便且高精度地实现对流体机械在马达工况时排量的比例调节。

由图6可知，在该实施例中，工况控制组件还包括斜盘角度传感器10，该斜盘角度传感器10用于在流体机械处于马达工况时将斜盘的角位移反馈至溢流压力控制端Y1，这样可以在马达工况时依据该反馈信号来实时比例调节溢流压力控制端Y1的通电量，从而形成对第一换向阀8在第二工作位的阀口开口大小比例调节的闭环控制，进一步提高马达工况比例排量控制的精确性。

本发明的溢流压力控制端Y1可以设置为正比例电控端，使溢流阀7的溢流压力与溢流压力控制端Y1的通电量呈正比例变化，即溢流压力控制端Y1的通电量越大，溢流阀7的溢流压力越大；也可以设置为反比例电控端，使溢流阀7的溢流压力与溢流压力控制端Y1的通电量呈反比例变化，即溢流压力控制端Y1的通电量越大，溢流阀7的溢流压力越小。在该实施例中，溢流压力控制端Y1设置为反比例电控端，这样设置的好处在于，由于在泵工况时需要溢流阀7具有较大的溢流压力，且本发明流体机械处于泵工况的时间较长，因此，将溢流压力控制端Y1设置为反比例电控端，则溢流压力控制端Y1通以较小电流就可以使溢流阀7具有较高的溢流压力，从而可以避免溢流阀7因需要长时间通以较大电流而产生较多热量影响溢流阀7的使用寿命，此外，将溢流压力控制端Y1设置为反比例电控端，还可以避免溢流压力控制端Y1因为意外情况失电而导致溢流阀7意外溢流的情况发生，从而能够避免因斜盘摆角突然减小而给系统带来的安全隐患，进一步提高本发明流体机械的工作可靠性。

在该实施例中，第二换向阀9一方面能够通过比例调节经由第一油路进入第二柱塞缸3的无杆腔内的液压油压力来比例调节斜盘的第二端在零角度平面右侧的角位移，从而实现流体机械的泵比例排量控制功能；另一方面，第二换向阀9还能够通过使第二柱塞缸3的无杆腔与油箱连通来实现流体机械的泵最大排量控制功能。

具体地，如图6所示，第二换向阀9包括第一油口、第二油口、第三油口和第一控制端Y2，其中，第二换向阀9的第一油口与第二工作口B连通，第二换向阀9的第二油口与第一换向阀8的第二油口连通，第二换向阀9的第三油口与油箱连通；第二换向阀9的第一控制端Y2能够控制第二换向阀9在第一工作位和第二工作位之间切换，当第二换向阀9处于第一工作位(即图6中的右位)时，第二换向阀9的第一油口与第二油口连通且第三油口截止，这样当第一换向阀9也处于第一工作位时，第二工作口B则能够通过第二换向阀9的第一工作位以及第一换向阀8的第一工作位与第二柱塞缸3的无杆腔连通；而当第二换向阀9处于第二工作位(即图6中的左位)时，第二换向阀9的第一油口截止且第二油口与第三油口连通，这样当第一换向阀8也处于第一工作位时，第二柱塞缸3的无杆腔则能够通过第一换向阀8的第一工作位以及第二换向阀9的第二工作位与油箱连通，从而将第二柱塞缸3的无杆腔内的液压油泄流至油箱，解除第二柱塞缸3对斜盘施加的使斜盘第二端离开第一角度位置的作用力，进而使斜盘第二端在第一柱塞缸2的作用下保持在第一角度位置，第二工作口B输出最大排量，实现流体机械的泵最大排量控制功能；同时，在该实施例中，第二换向阀9的第一控制端Y2为比例电控端，其能够比例调节第二换向阀9处于第一工作位时的阀口开口大小，从而能够比例调节经由第一油路进入第二柱塞缸3的无杆腔内的液压油压力，使得第二柱塞缸3能够克服第一柱塞缸2等对斜盘的阻力而驱动斜盘的第二端在零角度平面的右侧成比例摆动，从而使得流体机械的排量成比例变化，进而实现流体机械的泵比例排量控制功能。

为了实现更精确的泵比例排量控制，如图6所示，在该实施例中，工况控制组件还包括斜盘角位移反馈机构5，且在第二换向阀9的与其第一控制端Y2相对的第二控制端设有反馈弹簧6，其中，斜盘角位移反馈机构5的第一端与第一柱塞缸2的柱塞连接，斜盘角位移反馈机构5的第二端与反馈弹簧6连接，这样当斜盘的第二端在零角度平面的右侧摆动时，第一柱塞缸2的柱塞发生相应的位移，带动斜盘角位移反馈机构5的第一端移动，斜盘角位移反馈机构5的第二端于是对反馈弹簧6产生作用力，从而将斜盘在泵工况时的角位移反馈至第二换向阀9的第二控制端，形成对经由第一油路进入第二柱塞缸3的无杆腔内的液压油压力的“位置-力反馈的闭环控制”，再依据该反馈弹簧6的作用力变化来调节第二换向阀9的第一控制端Y2的通电量，就能够实现对第二换向阀9在第一工作位时的阀口开口大小更精确地比例控制，进一步提高泵比例排量控制的控制精度。另一方面，形成上述闭环控制还能够使泵比例排量控制不受第二工作口B压力波动的影响，原因如下：当第二换向阀9的第一控制端Y2给定电流时，斜盘保持在一定的角度位置，此时如果第二工作口B的压力发生波动，若没有形成闭环控制，则第二换向阀9的第一工作位的阀口开口大小不会随第二工作口B压力波动发生变化，这就导致第二柱塞缸3无杆腔内的液压油压力会随第二工作口B压力波动发生变化，使得斜盘摆角会受到第二工作口B压力波动的影响，控制精度降低；而一旦形成闭环控制，则当第二工作口B的压力发生波动时，斜盘的角位移会引起第二换向阀9在第一工作位的阀口开口大小的变化，使得第二柱塞缸3无杆腔内的液压油压力随之发生变化，斜盘于是能够在动态变化中恢复到原先的角度位置，也即此时斜盘摆角不再受第二工作口B压力波动的影响，控制精度进一步提高。当然，斜盘角位移反馈机构5不限于该实施例的结构形式，只要能够将斜盘在泵工况时的角位移反馈至第二换向阀9的第二控制端以形成闭环控制的斜盘角位移反馈机构5都在本发明的保护范围之内。

基于图6所示的液压回路，本发明流体机械的工作原理如下：

(1)当流体机械无转速输入时，第二柱塞缸3的无杆腔内无液压油输入，第二柱塞缸3的柱塞伸出位移为0，第一柱塞缸2无杆腔内虽然也无压力油输入，但由于第一柱塞缸2无杆腔内设有复位弹簧21，因此，第一柱塞缸2的柱塞会在复位弹簧21的作用下伸出使斜盘的第二端处于第一角度位置，此时流体机械处于泵工况的最大排量位置。

(2)默认工况为泵工况，在该工况下，能够实现泵比例排量控制功能以及泵恒压切断控制功能。具体实现过程如下：溢流阀7的溢流压力控制端Y1失电，使溢流阀7的溢流压力等于设定危险压力；给流体机械输入转速，油箱内的油从第一工作口S进入流体机械本体1，并从流体机械本体1的第二工作口B流出，而从该第二工作口B流出的液压油被分为五路，第一路从第二工作口B输出至执行机构；第二路到达第一柱塞缸2的无杆腔，与第一柱塞缸2无杆腔内的复位弹簧21一起对斜盘的第一端施加作用力；第三路到达第一换向阀8的第一控制端，第四路经过第二阻尼11到达第一换向阀8的第二控制端以及溢流阀7的进油口，由于此时溢流阀7的溢流压力等于设定危险压力，则当第二工作口B的压力未达到设定危险压力时，溢流阀7不溢流，第二阻尼11两端不产生压力差，第一换向阀8的第一控制端和第二控制端液压油压力相等，第一换向阀8在第二控制端的弹簧的作用下处于第一工作位，此时使第二换向阀9处于第一工作位，则第五路液压油能够经由第二换向阀9的第一工作位及第一换向阀8的第一工作位进入第二柱塞缸3的无杆腔内，对斜盘的第二端施加作用力，当第二柱塞缸3无杆腔内的液压油作用力与第一柱塞缸2无杆腔内的液压油作用力之差大于复位弹簧21等对斜盘施加的阻力后，第二柱塞缸3驱动斜盘的第二端由第一角度位置向零角度位置摆动，泵的排量逐渐减小，在此过程中，第二换向阀9的第一控制端Y2和反馈弹簧6共同比例调节第二换向阀9在第一工作位的阀口开口大小，更为精确地比例调节由第二工作口B进入第二柱塞缸3无杆腔内的液压油压力，从而更为精确地比例调节斜盘的第二端在零角度平面右侧的角位移，实现流体机械的泵比例排量控制功能。而当第二工作口B的压力达到设定危险压力时，溢流阀7打开溢流，第一阻尼11两端产生压力差，第一换向阀8换向至第二工作位，第二工作口B的液压油不再通过第二换向阀9，而是直接经由第二油路和第一换向阀8的第二工作位到达第二柱塞缸3的无杆腔内，第二柱塞缸3驱动斜盘的第二端摆动至零角度位置，第二工作口B于是不再输出流量至执行机构，也即流体机械能够在第二工作口B压力达到设定危险压力时排量自动变为零，从而实现流体机械的泵恒压切断控制功能，防止超载，提高流体机械的工作安全性。

(3)泵最大排量工况，在该工况下，斜盘的第二端始终处于第一角度位置。具体实现过程如下：对第二换向阀9的第一控制端Y2通以最大电流，使第二换向阀9切换至第二工作位，并使第一换向阀8仍处于第一工作位，则此时第二柱塞缸3的无杆腔与第二工作口B不再连通，而是通过第一换向阀8的第一工作位以及第二换向阀9的第二工作位与油箱连通，于是第二柱塞缸3无杆腔内的液压油泄流至油箱，第二柱塞缸3的活塞杆完全收回，斜盘只受到第一柱塞缸3的作用力从而斜盘第二端处于初始的第一角度位置，使得第二工作口B输出排量达到最大，可见，在这种情况下，流体机械始终处于泵最大排量工作状态，从而使流体机械具有泵最大排量控制功能，可作为能量回收泵使用。

(4)马达工况，在该工况下，能够实现马达比例排量控制功能。具体实现过程如下：调节溢流阀压力控制端Y1的通电量，使溢流阀7的溢流压力始终小于第二工作口B的压力，则溢流阀7溢流，第一换向阀8切换至第二工作位，第二工作口B的液压油直接经由第二油路和第一换向阀8的第二工作位到达第二柱塞缸3的无杆腔内，并推动斜盘的第二端摆动至零角度平面的左侧，此时依据斜盘角度传感器10所反馈的斜盘的角位移变化比例调节溢流阀压力控制端Y1的通电量，则能够比例调节第一换向阀8在第二工作位的阀口开口大小，从而能够对斜盘第二端在零角度平面左侧的角位移进行更加精确地比例调节，进而实现更加精确的马达比例排量控制功能。此外，在该工况下，可以给第二换向阀9的第一控制端Y2通以最大电流，使第二换向阀9处于第二工作位，进一步避免第二换向阀9对斜盘摆动的影响，从而简化控制方式。

综上，本发明基于普通的斜盘式轴向柱塞泵的本体，通过增设换向阀、溢流阀、角度传感器等，使流体机械不仅同时具有泵功能和马达功能，而且通过对内部控制逻辑的设计，实现了泵比例排量控制功能、马达比例排量控制功能以及泵恒压切断控制功能等多种功能的变量控制，且彼此之间互不干扰，控制精度高，结构简单，成本较低。

该流体机械可以应用于公路行驶类车辆或工程机械产品的制动能量回收液压系统或其他势能(或惯性能)能量回收系统，有效解决这些工程机械的节能问题。

以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种流体机械，其特征在于，包括：流体机械本体(1)、第一驱动装置、第二驱动装置和工况控制组件，所述流体机械本体(1)包括第一工作口(S)、第二工作口(B)和斜盘，所述工况控制组件包括第一换向阀(8)、第一调节机构和第二调节机构，其中：

所述第一驱动装置连接在所述斜盘的第一端且所述第一驱动装置的液控端与所述第二工作口(B)连通，所述第二驱动装置连接在所述斜盘的第二端且所述第二驱动装置的液控端与所述工况控制组件连接；

所述第一换向阀(8)具有第一工作位和第二工作位，当处于第一工作位时所述第一换向阀(8)控制所述第二驱动装置的液控端通过第一油路与所述第二工作口(B)连接，当处于第二工作位时所述第一换向阀(8)控制所述第二驱动装置的液控端通过第二油路与所述第二工作口(B)连通；

所述第一调节机构设置在所述第一油路上，所述第一调节机构能够通过比例调节经由所述第一油路进入所述第二驱动装置的液控端的液压油压力来比例调节所述斜盘的角位移，以实现所述流体机械的泵比例排量控制功能，此时所述第一工作口(S)进油且所述第二工作口(B)出油；

所述第二调节机构能够控制所述第一换向阀(8)在第一工作位和第二工作位之间切换，且当所述第一换向阀(8)切换至第二工作位时，所述第二调节机构能够与所述第一换向阀(8)配合调节经所述第二油路进入所述第二驱动装置的液控端的压力而实现所述流体机械的泵恒压切断控制功能和马达比例排量控制功能。

2.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所述第一换向阀(8)包括第一油口、第二油口和第三油口，所述第一换向阀(8)的第一油口通过所述第二油路与所述第二工作口(B)连通，所述第一换向阀(8)的第二油口通过所述第一控制机构与所述第二工作口(B)连接，所述第一换向阀(8)的第三油口与所述第二驱动装置的液控端连通；所述第一换向阀(8)处于第一工作位时所述第一换向阀(8)的第一油口截止且第二油口与第三油口连通，所述第一换向阀(8)处于第二工作位时所述第一换向阀(8)的第一油口与第三油口连通且第二油口截止。

3.根据权利要求2所述的流体机械，其特征在于，所述第一换向阀(8)的第三油口与所述第二驱动装置的液控端之间的连接油路上设有第一阻尼结构(4)。

4.根据权利要求2所述的流体机械，其特征在于，所述第一换向阀(8)还包括用于控制所述第一换向阀(8)在第一工作位和第二工作位之间切换的第一控制端和第二控制端，当所述第一换向阀(8)的第一控制端的液压油的作用力与所述第一换向阀(8)的第二控制端的液压油的作用力之差小于或等于第一设定值时所述第一换向阀(8)处于第一工作位，当所述第一换向阀(8)的第一控制端的液压油的作用力与所述第一换向阀(8)的第二控制端的液压油的作用力之差大于所述第一设定值时所述第一换向阀(8)切换至第二工作位。

5.根据权利要求4所述的流体机械，其特征在于，所述第二调节机构包括溢流阀(7)，所述溢流阀(7)的进油口通过第二阻尼结构(11)与所述第二工作口(B)连通，并且所述溢流阀(7)的进油口同时与所述第一换向阀(8)的第二控制端连通，所述溢流阀(7)的出油口与油箱连通，所述第一换向阀(8)的第一控制端与所述第二工作口(B)连通，以通过控制所述溢流阀(7)是否打开溢流来控制所述第一换向阀(8)是否由第一工作位切换至第二工作位。

6.根据权利要求5所述的流体机械，其特征在于，所述溢流阀(7)包括用于调节所述溢流阀(7)的溢流压力的溢流压力控制端(Y1)，所述溢流压力控制端(Y1)能够在泵工况时调节所述溢流阀(7)的溢流压力等于设定危险压力，以实现所述泵恒压切断控制功能。

7.根据权利要求6所述的流体机械，其特征在于，所述溢流压力控制端(Y1)还能够调节所述溢流阀(7)的溢流压力小于所述第二工作口(B)的压力，并且所述溢流压力控制端(Y1)能够通过比例调节所述第一换向阀(8)在第二工作位的阀口开口大小来比例调节经由所述第二油路进入所述第二驱动装置的液控端内的液压油压力来实现所述马达比例排量控制功能。

8.根据权利要求7所述的流体机械，其特征在于，所述工况控制组件还包括斜盘角度传感器(10)，所述斜盘角度传感器(10)用于在所述流体机械处于马达工况时将所述斜盘的角位移反馈至所述溢流压力控制端(Y1)。

9.根据权利要求7所述的流体机械，其特征在于，所述溢流压力控制端(Y1)为比例电控端，通过比例调节所述溢流压力控制端(Y1)的通电量能够比例调节所述第一换向阀(8)在第二工作位的阀口开口大小。

10.根据权利要求9所述的流体机械，其特征在于，所述溢流压力控制端(Y1)为反比例电控端，以使所述溢流阀(7)的溢流压力与所述溢流压力控制端(Y1)的通电量成反比。

11.根据权利要求2-10任一所述的流体机械，其特征在于，所述第二换向阀(9)包括第一油口、第二油口和第一控制端(Y2)，所述第二换向阀(9)的第一油口与所述第二工作口(B)连通，所述第二换向阀(9)的第二油口与所述第一换向阀(8)的第二油口连通；所述第二换向阀(9)具有第一工作位，所述第二换向阀(9)处于第一工作位时所述第二换向阀(9)的第一油口与第二油口连通；所述第二换向阀(9)的第一控制端(Y2)能够通过比例调节所述第二换向阀(9)处于第一工作位时的阀口开口大小来比例调节经由所述第一油路进入所述第二驱动装置的液控端内的液压油压力，从而实现泵比例排量控制功能。

12.根据权利要求11所述的流体机械，其特征在于，所述工况控制组件还包括斜盘角位移反馈机构(5)，所述斜盘角位移反馈机构(5)能够将所述斜盘在泵工况时的角位移反馈至所述第二换向阀(9)的与其第一控制端(Y2)相对的第二控制端。

13.根据权利要求12所述的流体机械，其特征在于，所述第二换向阀(9)的第二控制端设有反馈弹簧(6)，所述斜盘角位移反馈机构(5)能够将所述斜盘在泵工况时的角位移转化为所述反馈弹簧(6)的变形量。

14.根据权利要求11所述的流体机械，其特征在于，所述第二换向阀(9)还包括第三油口，所述第二换向阀(9)的第三油口与油箱连通，所述第二换向阀(9)处于第一工作位时所述第二换向阀(9)的第三油口截止，所述第二换向阀(9)还具有第二工作位，所述第二换向阀(9)处于第二工作位时所述第二换向阀(9)的第一油口截止且第二油口与第三油口连通；所述第二换向阀(9)的第一控制端(Y2)能够在所述第一换向阀(8)处于第一工作位时控制所述第一换向阀(9)切换至第二工作位，以实现所述流体机械的泵最大排量控制功能。

15.根据权利要求1-10任一所述的流体机械，其特征在于，所述第一驱动装置包括第一柱塞缸(2)，所述第一柱塞缸(2)的柱塞与所述斜盘的第一端连接，所述第一驱动装置的液控端设置在所述第一柱塞缸(2)的无杆腔以使所述第一柱塞缸(2)的无杆腔与所述第二工作口(B)连通，且所述第一柱塞缸(2)的无杆腔内设有复位弹簧(21)；和/或，所述第二驱动装置包括第二柱塞缸(3)，所述第二柱塞缸(3)的柱塞与所述斜盘的第二端连接，所述第二驱动装置的液控端设置在所述第二柱塞缸(3)的无杆腔以使所述第二柱塞缸(3)的无杆腔与所述第一换向阀(8)连接。