CN106286184A - 一种用于轴向柱塞泵的恒功率变量机构 - Google Patents

一种用于轴向柱塞泵的恒功率变量机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于轴向柱塞泵的恒功率变量机构，所述恒功率变量机构包括斜盘、限位块、负载柱塞体、负载柱塞活塞、杠杆齿轮、控制柱塞体、控制柱塞活塞、控制杆和负载杆，其中所述负载柱塞体与控制柱塞体固定在壳体上，并绕固定点旋转；所述负载柱塞活塞与负载杆铰接；所述控制柱塞活塞与控制杆铰接，负载杆与控制杆固定在杠杆齿轮上，杠杆齿轮与斜盘上齿轮啮合，斜盘支撑在壳体上并可以绕支撑旋转。本发明通过改变控制压力，使轴向柱塞泵工作在不同的恒功率状态，实现恒功率控制，结构简单，便于加工，实用性强。

Description

一种用于轴向柱塞泵的恒功率变量机构
技术领域
本发明涉及一种轴向柱塞泵的恒功率变量机构，特别是一种用于斜盘式轴向柱塞泵的恒功率变量机构，属于液压泵变量控制。
背景技术
为使原动机工作在最佳工况下，减少原动机的能耗，工程机械中常使用恒功率变量泵。目前，恒功率变量机构主要包括三种形式，利用多弹簧的位移直接反馈机构，利用多弹簧的位移一力反馈机构，以及利用杠杆原理的恒功率控制机构。采用多弹簧的控制方式都是让压力流量呈不同斜率的多条直线变化，通过多条直线来近似双曲线，实际上并不是真正意义上的恒功率控制；而利用杠杆原理的恒功率控制机构，理论上是可以让压力一流量呈双曲线变化的，但该恒功率变量机构以伺服阀、伺服阀控柱塞为主要控制元件，制造精度要求以及成本较高，且对系统清洁要求较为苛刻，限制了其应用范围。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷，提供一种结构简单可靠、控制精度高、响应速度快的轴向柱塞泵恒功率变量机构。
其具体技术方案如下。
一种用于轴向柱塞泵的恒功率变量机构，包括斜盘、限位块、负载柱塞体、负载柱塞活塞、杠杆齿轮、控制柱塞体、控制柱塞活塞、控制杆和负载杆，负载柱塞体与控制柱塞体固定在壳体上，并可以绕固定点旋转，负载柱塞活塞与负载杆铰接，控制柱塞活塞与控制杆铰接，控制杆与负载杆固定在杠杆齿轮上，杠杆齿轮与斜盘上齿轮啮合，斜盘支撑在壳体上并可以绕支撑旋转。
进一步附加技术特征如下。
所述负载柱塞体固定点与负载柱塞活塞的铰接点在同一个圆周上，圆心位于杠杆齿轮的中心处。
所述控制柱塞体固定点与控制柱塞活塞的铰接点在同一个圆周上，圆心位于杠杆齿轮的中心处。
所述杠杆齿轮与斜盘上齿轮传动比为2:1。
所述控制柱塞活塞与控制杆之间的夹角为负载柱塞活塞与负载杆之间夹角的余角。
所述控制杆与负载杆的方向均在杠杆齿轮的半径方向上。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下。
本机构采用两个柱塞作用在一个杠杆上并驱动杠杆齿轮旋转一定角度，旋转的杠杆齿轮带动驱动斜盘实现轴向柱塞泵的排量变化。通过将控制柱塞的固定点和铰接点置于以杠杆齿轮中心为圆心的圆上，并将负载柱塞的固定点和铰接点置于其同心圆上，使得在控制压力一定时，随着负载压力的升高按照反比例函数曲线减小轴向柱塞泵的排量，从而实现轴向柱塞泵工作在恒功率状态，并且通过改变控制压力，可使轴向柱塞泵工作在不同的恒功率状态；同时，本发明不需要采用伺服阀、伺服柱塞等伺服元件，只需要保证控制柱塞与负载柱塞的固定位置与作用位置，结构简单，便于加工，对液压系统的要求降低。
附图说明
图1 本恒功率变量机构的控制结构原理图。
图2 本恒功率变量机构的结构图。图中是本机构处于排量最大位置。
图3 本轴向柱塞泵处于最小排量位置时机构的状态结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的描述。
实施一种用于轴向柱塞泵的恒功率变量机构，液压泵工作在恒功率状况时，液压泵的出口压力与液压泵流量的乘积为一恒值。一般情况下，驱动液压泵的原动机转速恒定，而由轴向柱塞泵的结构特点可知，轴向柱塞泵的排量与斜盘（轴）倾角的正切成正比，因此当轴向液压泵工作在恒功率状况时，泵出口压力与泵斜盘（轴）倾角的正切的乘积为一恒值。此外，轴向柱塞泵的功率需要由控制压力来调节，即恒值的大小由控制压力来确定，因此本发明提出了一种新型的轴向柱塞泵恒功率变量机构，变量机构原理如附图1所示。负载柱塞活塞与控制柱塞活塞分别作用于杠杆的两端，负载柱塞体与控制柱塞体固定于同一点上，杠杆绕中心转动，柱塞体的固定点、杠杆的端点均在以杠杆中点为原点的圆周上，负载柱塞与杠杆之间的夹角为，由此负载柱塞与控制柱塞的轴线永远垂直，负载柱塞的作用力对杠杆中心的转矩与的正弦成正比，控制柱塞的作用力对杠杆中心的转矩与的余弦成正比，杠杆稳定时，负载柱塞作用力与夹角正切的乘积等于控制柱塞的作用力，通过合理选择控制柱塞和负载柱塞的内径比即可实现泵出口压力与夹角的正切的乘积为一与控制压力成正比的恒值。由此可见，可以通过控制负载柱塞与杠杆之间的夹角来控制泵斜盘（轴）的倾角，实现轴向柱塞泵的恒功率控制。
根据附图1所示的控制原理，负载柱塞与杠杆之间的夹角为杠杆转角的一半。一般轴向柱塞泵的斜盘倾角在0~25角范围内变化，当斜盘倾角很小时，控制柱塞体与负载柱塞体容易产生干涉。此外，由于两个控制臂作用在同一个半径上，只能通过改变控制柱塞与负载柱塞的直径比来实现控制压力对轴向柱塞泵功率的控制增益。根据上述问题，进一步优选，提出的本发明结构如附图2所示。一种轴向柱塞泵的恒功率变量机构，包括斜盘1、限位块2、负载柱塞体3、负载柱塞活塞4、杠杆齿轮5、控制柱塞体6、控制柱塞活塞7、控制杆8和负载杆9，控制杆8与负载杆9固定在杠杆齿轮5上，方向沿着杠杆齿轮5的半径方向，负载柱塞体3与控制柱塞体6固定在壳体上，并可以绕固定点旋转，负载柱塞活塞4与负载杆9铰接，控制柱塞活塞7与控制杆8铰接，杠杆齿轮5与斜盘1上齿轮啮合，齿轮传动比为2：1，斜盘1支撑在壳体上并可以绕支撑旋转。所述负载柱塞体3的固定点与负载柱塞活塞4的铰接点在同一个圆周上，圆心位于杠杆齿轮5的中心处，所述控制柱塞体6的固定点与控制柱塞活塞7的铰接点在同一个圆周上，圆心位于杠杆齿轮5的中心处，控制柱塞活塞7与控制杆8之间的夹角为负载柱塞活塞4与负载杆9之间夹角的余角。轴向柱塞泵的出口压力作用于负载柱塞，先导控制压力作用于控制柱塞。
所述轴向柱塞泵的恒功率控制机构通过杠杆齿轮与斜盘之间的齿轮传动，使得斜盘倾角与控制角等效转化，实现附图1所示控制原理对斜盘倾角的控制。所述轴向柱塞泵的恒功率控制机构通过将控制杆和负载杆置于不同方向上，为了仍可以实现附图1所示的控制原理，改变负载柱塞与控制柱塞的位置与作用方向，从而避免了在斜盘倾角很小时，负载柱塞与控制柱塞的干涉问题。此外，所述轴向柱塞泵的恒功率控制机构改变负载柱塞与控制柱塞的作用半径，使得控制柱塞与负载柱塞的直径为整数值，更利于加工制造。
实施例1
在先导控制压力一定，而负载增大时，轴向柱塞泵的出口压力升高，负载柱塞作用力对杠杆齿轮5中心的转矩增大，使杠杆齿轮逆时针旋转，负载柱塞活塞4伸出，控制柱塞活塞7缩回，负载柱塞活塞4与负载杆9之间夹角减小，从而负载柱塞作用力对杠杆齿轮5中心的转矩按正弦函数规律减小，控制柱塞作用力对杠杆齿轮5中心的转矩按照余弦函数规律增加，直至达到新的平衡，与此同时，杠杆齿轮5通过齿轮传动带动斜盘1顺时针旋转，减小轴向柱塞泵的排量，使轴向柱塞泵工作在恒功率状态。
实施例2
在先导控制压力一定，而负载减小时，轴向柱塞泵的出口压力降低，负载柱塞作用力对杠杆齿轮5中心的转矩减小，使杠杆齿轮5顺时针旋转，负载柱塞活塞4缩回，控制柱塞活塞7伸出，负载柱塞活塞4与负载杆9之间夹角增大，从而负载柱塞作用力对杠杆齿轮5中心的转矩按正弦函数规律增大，控制柱塞作用力对杠杆齿轮5中心的转矩按照余弦函数规律减小，直至达到新的平衡，与此同时，杠杆齿轮5通过齿轮传动带动斜盘1（轴）逆时针旋转，增大轴向柱塞泵的排量，使轴向柱塞泵工作在恒功率状态。
实施例3
负载压力一定，控制压力升高时，控制柱塞作用力对杠杆齿轮中心的转矩增大，使杠杆齿轮5顺时针旋转，带动斜盘1逆时针旋转增大轴向柱塞泵的排量，是轴向柱塞泵的功率增大。
实施例4
负载压力一定，控制压力降低时，控制柱塞作用力对杠杆齿轮中心的转矩减小，使杠杆齿轮5逆时针旋转，带动斜盘1顺时针旋转增大轴向柱塞泵的排量，是轴向柱塞泵的功率减小。

Claims (6)

1.一种用于轴向柱塞泵的恒功率变量机构，包括斜盘、限位块、负载柱塞体、负载柱塞活塞、杠杆齿轮、控制柱塞体、控制柱塞活塞、控制杆和负载杆；其特征在于：所述负载柱塞体（3）与控制柱塞体（6）固定在壳体上，并绕固定点旋转；所述负载柱塞活塞（4）与负载杆（9）铰接；所述控制柱塞活塞（7）与控制杆（8）铰接；所述控制杆（8）与负载杆（9）固定在杠杆齿轮（5）上；所述杠杆齿轮（5）与斜盘（1）上的齿轮啮合，斜盘（1）支撑在壳体上并绕支撑旋转。
2.根据权利要求1所述的用于轴向柱塞泵的恒功率变量机构，其特征在于：所述负载柱塞体（3）的固定点与负载柱塞活塞（4）的铰接点在同一个圆周上，圆心位于杠杆齿轮（5）的中心处。
3.根据权利要求1所述的用于轴向柱塞泵的恒功率变量机构，其特征在于：所述控制柱塞体（6）的固定点与控制柱塞活塞（7）的铰接点在同一个圆周上，圆心位于杠杆齿轮（5）的中心处。
4.根据权利要求1所述的用于轴向柱塞泵的恒功率变量机构，其特征在于：所述杠杆齿轮（5）与斜盘（1）上的齿轮的传动比为2:1。
5.根据权利要求1所述的用于轴向柱塞泵的恒功率变量机构，其特征在于：所述控制柱塞活塞（7）与控制杆（8）之间的夹角为负载柱塞活塞（4）与负载杆（9）之间夹角的余角。
6.根据权利要求1所述的用于轴向柱塞泵的恒功率变量机构，其特征在于：所述控制杆（8）与负载杆（9）固定在杠杆齿轮（5）上，控制杆（8）与负载杆（9）的方向均在杠杆齿轮（5）的半径方向上。
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