CN106958546A - 数字型液压变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字型液压变压器，其主体包括由n个齿轮泵/马达单元组成的分流/集流系统和二组分别由n个二位三通电磁开关阀组成的控制阀组；所述n个齿轮泵/马达单元通过通体螺丝和紧固螺母并排固定，其排量顺次按照2的指数规律配置，n为大于2的整数；所述入口控制阀组的n个二位三通电磁开关阀的状态对应一个n位二进制数N_i,所述出口控制阀组的n个二位三通电磁阀的状态对应一个n位二进制数N_o；通过对所述入口控制阀组和输出口控制阀组工作状态进行二进制数字控制，实现外接负载油口和外接油源口之间的压力和流量转换。本发明结构紧凑，变压比调整方便省力，变压比范围大，无外泄漏，能量损失小。

Description

数字型液压变压器

技术领域

本发明涉及一种液压装置，尤其涉及一种数字型液压变压器，用于液压系统中对变负载执行元件进行无节流损失的压力和流量控制。

背景技术

液压变压器是指在液压传动中能够实现压力转换的一种液压元件。可以从液压恒压网络系统中无节流损失地获取能量，对执行元件进行运动控制。现有的液压变压器可分为定变压比的液压缸式液压变压器和变压比可调的液压马达+泵式液压变压器以及柱塞泵/马达复合结构液压变压器三类。第一类采用二个单杆液压缸并将其活塞杆刚性连接在一起的结构，由于两侧活塞的有效作用面积不同，因此两侧腔室内的压力不同，这样便实现了变压，但其变压比只能是固定值；第二类采用轴向柱塞泵和轴向柱塞马达通过刚性轴机械地连接在一起的结构形式，该变压器变压比可调，但结构复杂，且泄漏和能量损失都很大。第三类液压变压器将泵、马达有机地集成为一体，在结构上与斜轴式轴向柱塞马达基本相同，主要区别在配流盘的结构形式不同，配流盘上有三个形状相同的腰形槽，分别连接到高压、负载和低压油路，通过改变配流盘的旋转角度来控制油源和负载之间的流量比，进而调节输出压力的大小。这种变压器结构紧凑，效率较高，但受结构限制，变压比范围有限，需要专门的变压比调整动力机构。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供一种新的数字型液压变压器，该液压变压器具有更大的变压比范围，并能采用二进制数字对变压比进行控制，实现液压系统压力和流量转换。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种数字型液压变压器，其主体包括由n个齿轮泵/马达单元组成的分流/ 集流系统和二组分别由n个二位三通电磁开关阀组成的控制阀组；所述n个齿轮泵/马达单元通过通体螺丝和紧固螺母并排固定，其排量顺次按照2的指数规律配置，n为大于2的整数；所述齿轮泵/马达单元是由壳体、主动齿轮、从动齿轮、左端盖、左端盖密封环、右端盖、右端盖密封环、浮动侧板和轴套轴瓦组成，主动齿轮和从动齿轮相互啮合，在壳体上对应啮合区两侧分别开有一个输入油口和一个输出油口；相邻齿轮泵/马达单元的主动齿轮轴通过机械连接刚性联接在一起，使各齿轮泵/马达单元同步转动；

所述控制阀组包括入口控制阀组和出口控制阀组，所述入口控制阀组中包括n个二位三通电磁开关阀，分别控制各齿轮泵/马达单元的输入油口在油源压力油和低压油之间切换；每个二位三通电磁开关阀的工作状态采用二进制数“0”和“1”表示，当状态为“0”时，电磁铁失电，对应的齿轮泵/马达单元的输入油口接入低压油；当状态为“1”时，电磁铁得电，对应的齿轮泵/马达单元的输入油口接入油源压力油；所述出口控制阀组中包括n个二位三通电磁开关阀，分别控制各齿轮泵/马达单元的输出油口在负载压力油和低压油之间切换；每个二位三通电磁开关阀的工作状态采用二进制数“0”和“1”表示，当状态为“0”时，电磁铁失电，对应的齿轮泵/马达单元的输出油口接入低压油；当状态为“1”时，电磁铁得电，对应的齿轮泵/马达单元的输出油口接入负载压力油；所述入口控制阀组的n个二位三通电磁开关阀的状态对应一个n位二进制数N_i,所述出口控制阀组的n个二位三通电磁开关阀的状态对应一个n位二进制数N_o；通过对所述入口控制阀组和出口控制阀组工作状态进行二进制数字控制，实现外接负载油口和外接油源口之间的压力和流量转换，转换关系为：

式中：P_i是油源压力油的压力，P_o是负载压力油的油液压力，Q_i是外接油源压力油的流量，Q_o是负载压力油的流量。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种数字型液压变压器，与现有技术相比具有这样的有益效果：

本发明具有更大的变压比范围，理论上可达并能采用二进制数字对变压比进行控制，实现液压系统压力和流量转换；效率高，方便可靠。本发明比前述第一类液压变压器配置灵活，通过数字量控制可以方便满足多种变压比要求；本发明比前述第二类液压变压器结构紧凑，变压比调整方便省力，变压比范围大，无外泄漏，能量损失小。本发明比前述第三类液压变压器结构简单，变压比范围大，不必采用柱塞式泵/马达结构,不需专门变压比调整动力机构，响应快动态性能好。

附图说明

图1是数字型液压变压器结构图的主视图；

图2是数字型液压变压器结构图的俯视图；

图3是数字型液压变压器的液压原理图；

图4是一个优选实施方案。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的一种数字型液压变压器，如图1和图2所示，其主体包括由齿轮泵/马达单元m₁、齿轮泵/马达单元m₂、齿轮泵/马达单元m₃…齿轮泵/马达单元m_n共n个齿轮泵/马达单元组成的分流/集流系统和二组分别由n个二位三通电磁开关阀组成的控制阀组，所述n个齿轮泵/马达单元通过通体螺丝1和紧固螺母 2并排固定，其排量顺次按照2的指数规律配置，n为大于2的整数；所述齿轮泵/马达单元是由壳体12、主动齿轮11、从动齿轮10、左端盖3、左端盖密封环4、右端盖5、右端盖密封环9、浮动侧板7和轴套轴瓦8组成；主动齿轮11 和从动齿轮10相互啮合，在壳体12上对应啮合区两侧分别开有一个输入油口 20和一个输出油口13，如图2所示；相邻齿轮泵/马达单元的主动齿轮轴用花键轴套6相互刚性连接，使各齿轮泵/马达单元同步转动。

所述控制阀组包括入口控制阀组19和出口控制阀组14，如图2、图3所示, 在所述n个齿轮泵/马达单元的入口侧设置入口控制阀组19，在每个齿轮泵/马达单元的入口侧设置一个二位三通电磁开关阀；在齿轮泵/马达单元m₁的入口侧设置二位三通电磁开关阀x₁，二位三通电磁开关阀x₁的A₁₁口连接齿轮泵/马达单元m₁的输入油口20，入口控制阀组的其它n-1个二位三通电磁开关阀亦做同样的连接；二位三通电磁开关阀x₁的P₁₁口与入口控制阀组的其它n-1个二位三通电磁开关阀的P₁₂口、P₁₃口…P_1n口通过阀块连接在一起，并汇总为外接油源口 P口18；二位三通电磁开关阀x₁的T₁₁口与入口控制阀组的其它n-1个二位三通电磁开关阀的T₁₂口、T₁₃口…T_1n口通过阀块连接在一起，并连接到第一外接低压口T口17；所述入口控制阀组19的每个二位三通电磁开关阀的工作状态采用二进制数“0”和“1”表示，当状态为“0”时，电磁铁失电，对应的齿轮泵/马达单元的输入油口接入低压油；当状态为“1”时，电磁铁得电，对应的齿轮泵 /马达单元的输入油口接入油源压力油；在所述n个齿轮泵/马达单元的出口侧设置出口控制阀组14，在每个齿轮泵/马达单元的出口侧设置一个二位三通电磁开关阀；在齿轮泵/马达单元m₁的出口侧设置二位三通电磁开关阀y₁，二位三通电磁开关阀y₁的A₂₁口连接齿轮泵/马达单元m₁的输出油口13，所述出口控制阀组的其它n-1个二位三通电磁开关阀亦做同样的连接；二位三通电磁开关阀y₁的P₂₁口与出口控制阀组的其它n-1个二位三通电磁开关阀的P₂₂口、P₂₃口…P_2n口通过阀块连接在一起，并汇总为外接负载油口A口15；二位三通电磁开关阀 y₁的T₂₁口与出口控制阀组的其它n-1个二位三通电磁开关阀的T₂₂口、T₂₃口…T_2n口通过阀块连接在一起，并连接到第二外接低压口T口16；第一外接低压口T 口17与第二外接低压口T口16通过外管路连接在一起；所述出口控制阀组的每个二位三通电磁开关阀的工作状态采用二进制数“0”和“1”表示，当状态为“0”时，电磁铁失电，对应的齿轮泵/马达单元的出口接入低压油；当状态为“1”时，电磁铁得电，对应的齿轮泵/马达单元的出口接入负载压力油；所述入口控制阀组的n个二位三通电磁开关阀的状态对应一个n位二进制数N_i,所述出口控制阀组的n个二位三通电磁阀的状态对应一个n位二进制数N_o；通过对入口控制阀组和出口控制阀组工作状态进行二进制数字控制，实现外接负载油口A口15和外接油源口P口18之间的压力和流量转换，转换关系为：

式中：P_i是外接油源口P口18处的油液压力，P_o是外接负载油口A口15处的油液压力，Q_i是外接油源口P口18处的油液流量，Q_o是外接负载油口A口15处的油液流量。

实施例：

如图4所示是本发明的一个优选实施方案，一种数字型液压变压器，其主体包括由四联齿轮泵/马达单元105组成的分流/集流系统和分别由四个二位三通电磁开关阀组成的入口控制阀组及由四个二位三通电磁开关阀组成的出口控制阀组；所述四联齿轮泵/马达105包括第一齿轮泵/马达单元M₁、第二齿轮泵/ 马达单元M₂、第三齿轮泵/马达单元M₃和第四齿轮泵/马达单元M₄，所述四联齿轮泵/马达105中相邻齿轮泵/马达单元的主动齿轮轴用花键轴套相互连接，使四个齿轮泵/马达单元105同步转动；所述第一齿轮泵/马达单元M₁、第二齿轮泵/马达单元M₂、第三齿轮泵/马达单元M₃和第四齿轮泵/马达单元M₄的排量按照1：2：4：8配置；

所述齿轮泵/马达单元，如图1—2所示，是由壳体12、主动齿轮11、从动齿轮10、左端盖3、左端盖密封环4、右端盖5、右端盖密封环9、浮动侧板7 和轴套轴瓦8组成；主动齿轮11和从动齿轮10相互啮合，在壳体12上对应啮合区两侧分别开有一个输入油口20和一个输出油口13；

所述入口控制阀组包括第一二位三通电磁开关阀101(以下简称第一阀101)、第二二位三通电磁开关阀102(以下简称第二阀102)、第三二位三通电磁开关阀103(以下简称第三阀103)和第四二位三通电磁开关阀104(以下简称第四阀104)；所述出口控制阀组包括第五二位三通电磁开关阀106(以下简称第五阀106)、第六二位三通电磁开关阀107(以下简称第六阀107)、第七二位三通电磁开关阀108(以下简称第七阀108)和第八二位三通电磁开关阀109(以下简称第八阀109)；如图4所示，在所述第一齿轮泵/马达单元M₁的输入油口设置第一阀101，第一阀101的A₂₁₁口连接所述第一齿轮泵/马达单元M₁的输入油口；在所述第二齿轮泵/马达单元M₂的输入油口设置第二阀102，第二阀102 的A₂₁₂口连接所述第二齿轮泵/马达单元M₂的输入油口；在所述第三齿轮泵/马达单元M₃的输入油口设置第三阀103，第三阀103的A₂₁₃口连接所述第三齿轮泵/ 马达单元M₃的输入油口；在所述第四齿轮泵/马达单元M₄的输入油口设置第四阀 104，第四阀104的A₂₁₄口连接所述第四齿轮泵/马达单元M₄的输入油口；所述入口控制阀组四个二位三通电磁开关阀的P₂₁₁口、P₂₁₂口、P₂₁₃口和P₂₁₄口通过阀块连接在一起，并汇总为外接油源口P口18；所述入口控制阀组四个二位三通电磁开关阀的T₂₁₁口、T₂₁₂口、T₂₁₃口和T₂₁₄口通过阀块连接在一起，并连接到第一外接低压口T口17；在所述第一齿轮泵/马达单元M₁的输出油口设置第五阀106，第五阀106的A₂₂₁口连接所述第一齿轮泵/马达单元M₁的输出油口；在所述第二齿轮泵/马达单元M₂的输出油口设置第六阀107，第六阀107的A₂₂₂口连接所述第二齿轮泵/马达单元M₂的输出油口；在所述第三齿轮泵/马达单元M₃的输出油口设置第七阀108，第七阀108的A₂₂₃口连接所述第一齿轮泵/马达单元M₃的输出油口；在所述第四齿轮泵/马达单元M₄的输出油口设置第八阀109，第八阀109 的A₂₂₄口连接所述第四齿轮泵/马达单元M₄的输出油口；所述出口控制阀组四个二位三通电磁开关阀的P₂₂₁口、P₂₂₂口、P₂₂₃口和P₂₂₄口通过阀块连接在一起，并汇总为外接负载油口A口15；所述出口控制阀组四个二位三通电磁开关阀的油口T₂₂₁口、T₂₂₂口、T₂₂₃口、T₂₂₄口通过阀块连接在一起，并连接到第二外接低压口 T口16；第一外接低压口T口17和第二外接低压口T口16通过外管路连接在一起；所述第一至第八二位三通电磁开关阀的工作状态均采用二进制数“0”和“1”表示，通过对入口控制阀组和出口控制阀组的工作状态进行二进制数字控制，入口控制阀组的状态组合对应四位二进制数N_i，出口控制阀组的状态组合对应四位二进制数N_o，实现外接负载油口和外接油源口之间的压力和流量转换。

在这个优选实施方案中，电机112带动恒压变量柱塞泵113作为恒压油源，恒压变量柱塞泵113的进油口通过吸油过滤器111与第一油箱连接，恒压变量柱塞泵113输出的压力油进入数字型液压变压器的外接油源口P口18；数字型液压变压器的外接负载口A口15接单作用液压缸114，数字型液压变压器两个外接低压口T16相连，接回油箱；第一齿轮泵/马达单元M₁(以下简称M₁联)、第二齿轮泵/马达单元M₂(以下简称M₂联)、第三齿轮泵/马达单元M₃(以下简称M₃联)和第四齿轮泵/马达单元M₄(以下简称M₄联)的排量按照1：2：4：8 配置；通过对入口控制阀组和出口控制阀组进行二进制数字控制，实现对液压缸压力的控制，驱动单作用液压缸进行动作。当N_i＝1111，No＝1111时，第一阀 101、第二阀102、第三阀103、第四阀104、第五阀106、第六阀107、第七阀 108和第八阀109全部得电时，Po＝15/15P_i，数字型液压变压器同步转动并没有起到变压的作用。当N_i＝1111，No＝1000时，入口控制阀组中第一阀101、第二阀102、第三阀103和第四阀104全部得电，出口控制阀组中只有第八阀109得电，此时M₁联、M₂联、和M₃联处于马达工况，M₄联处于泵工况，对应的M₂联、 M₃联和M₄联数字型变压器输出扭矩给M₄联，Po＝15/8P_i，该工况下的数字型液压变压器都处于增压状态，可以推动更大的负载，但输出的流量减小。当N_i＝1000， N_o＝1111时，入口控制阀组中第四阀104得电，出口控制阀组中第五阀106、第六阀107、第七阀108和第八阀109全部得电，此时M₁联、M₂联、和M₃联处于泵工况，M₄联处于马达工况，Po＝8/15P_i，该工况下的数字型液压变压器都处于减压状态，可以输出更大的流量，但输出的压力减小。理论变压比范围1/15～15，调整精度为P_i/15。

Claims (2)

1.一种数字型液压变压器，其特征在于，其主体包括由n个齿轮泵/马达单元组成的分流/集流系统和二组分别由n个二位三通电磁开关阀组成的控制阀组；所述n个齿轮泵/马达单元通过通体螺丝和紧固螺母并排固定，其排量顺次按照2的指数规律配置，n为大于2的整数；所述齿轮泵/马达单元是由壳体、主动齿轮、从动齿轮、左端盖、左端盖密封环、右端盖、右端盖密封环、浮动侧板和轴套轴瓦组成，主动齿轮和从动齿轮相互啮合，在壳体上对应啮合区两侧分别开有一个输入油口和一个输出油口；相邻齿轮泵/马达单元的主动齿轮轴通过机械连接刚性联接在一起，使各齿轮泵/马达单元同步转动；

所述控制阀组包括入口控制阀组和出口控制阀组，所述入口控制阀组中包括n个二位三通电磁开关阀，分别控制各齿轮泵/马达单元的输入油口在油源压力油和低压油之间切换；每个二位三通电磁开关阀的工作状态采用二进制数“0”和“1”表示，当状态为“0”时，电磁铁失电，对应的齿轮泵/马达单元的输入油口接入低压油；当状态为“1”时，电磁铁得电，对应的齿轮泵/马达单元的输入油口接入油源压力油；所述出口控制阀组中包括n个二位三通电磁开关阀，分别控制各齿轮泵/马达单元的输出油口在负载压力油和低压油之间切换；每个二位三通电磁开关阀的工作状态采用二进制数“0”和“1”表示，当状态为“0”时，电磁铁失电，对应的齿轮泵/马达单元的输出油口接入低压油；当状态为“1”时，电磁铁得电，对应的齿轮泵/马达单元的输出油口接入负载压力油；所述入口控制阀组的n个二位三通电磁开关阀的状态对应一个n位二进制数N_i,所述出口控制阀组的n个二位三通电磁开关阀的状态对应一个n位二进制数N_o；通过对所述入口控制阀组和出口控制阀组工作状态进行二进制数字控制，实现外接负载油口和外接油源口之间的压力和流量转换。

2.根据权利要求1所述的一种数字型液压变压器，其特征在于：其主体包括由四联齿轮泵/马达单元(105)组成的分流/集流系统和分别由四个二位三通电磁开关阀组成的入口控制阀组及由四个二位三通电磁开关阀组成的出口控制阀组；所述四联齿轮泵/马达(105)包括第一齿轮泵/马达单元(M₁)、第二齿轮泵/马达单元(M₂)、第三齿轮泵/马达单元(M₃)和第四齿轮泵/马达单元(M₄)，所述四联齿轮泵/马达(105)中相邻齿轮泵/马达单元的主动齿轮轴用花键轴套相互连接，使四个齿轮泵/马达单元(105)同步转动；所述第一齿轮泵/马达单元(M₁)、第二齿轮泵/马达单元(M₂)、第三齿轮泵/马达单元(M₃)和第四齿轮泵/马达单元(M₄)的排量按照1：2：4：8配置；

所述入口控制阀组包括第一二位三通电磁开关阀(101)、第二二位三通电磁开关阀(102、)第三二位三通电磁开关阀(103)和第四二位三通电磁开关阀(104)；所述出口控制阀组包括第五二位三通电磁开关阀(106)、第六二位三通电磁开关阀(107)、第七二位三通电磁开关阀(108)和第八二位三通电磁开关阀(109)；在所述第一齿轮泵/马达单元(M₁)的输入油口设置第一二位三通电磁开关阀(101)，第一二位三通电磁开关阀(101)的A₂₁₁口连接所述第一齿轮泵/马达单元(M₁)的输入油口；在所述第二齿轮泵/马达单元(M₂)的输入油口设置第二二位三通电磁开关阀(102)，第二二位三通电磁开关阀(102)的A₂₁₂口连接所述第二齿轮泵/马达单元(M₂)的输入油口；在所述第三齿轮泵/马达单元(M₃)的输入油口设置第三二位三通电磁开关阀(103)，第三二位三通电磁开关阀(103)的A₂₁₃口连接所述第三齿轮泵/马达单元(M₃)的输入油口；在所述第四齿轮泵/马达单元(M₄)的输入油口设置第四二位三通电磁开关阀(104)，第四二位三通电磁开关阀(104)的A₂₁₄口连接所述第四齿轮泵/马达单元(M₄)的输入油口；所述入口控制阀组四个二位三通电磁开关阀的P₂₁₁口、P₂₁₂口、P₂₁₃口和P₂₁₄口通过阀块连接在一起，并汇总为外接油源口P口(18)；所述入口控制阀组四个二位三通电磁开关阀的T₂₁₁口、T₂₁₂口、T₂₁₃口和T₂₁₄口通过阀块连接在一起，并连接到第一外接低压口T口(17)；在所述第一齿轮泵/马达单元(M₁)的输出油口设置第五二位三通电磁开关阀(106)，第五二位三通电磁开关阀(106)的A₂₂₁油口连接所述第一齿轮泵/马达单元(M₁)的输出油口；在所述第二齿轮泵/马达单元(M₂)的输出油口设置第六二位三通电磁开关阀(107，)第六二位三通电磁开关阀(107)的A₂₂₂口连接所述第二齿轮泵/马达单元(M₂)的输出油口；在所述第三齿轮泵/马达单元(M₃)的输出油口设置第七二位三通电磁开关阀(108)，第七二位三通电磁开关阀(108)的A₂₂₃口连接所述第一齿轮泵/马达单元(M₃)的输出油口；在所述第四齿轮泵/马达单元(M₄)的输出油口设置第八二位三通电磁开关阀(109，)第八二位三通电磁开关阀(109)的A₂₂₄口连接所述第四齿轮泵/马达单元(M₄)的输出油口；所述出口控制阀组四个二位三通电磁开关阀的P₂₂₁口、P₂₂₂口、P₂₂₃口和P₂₂₄口通过阀块连接在一起，并汇总为外接负载油口A口(15)；所述出口控制阀组四个二位三通电磁开关阀的油口T₂₂₁口、T₂₂₂口、T₂₂₃口、T₂₂₄口通过阀块连接在一起，并连接到第二外接低压口T口(16)；第一外接低压口T口(17)和第二外接低压口T口(16)通过外管路连接在一起；所述第一～第八二位三通电磁开关阀的工作状态均采用二进制数“0”和“1”表示，通过对入口控制阀组和出口控制阀组的工作状态进行二进制数字控制，入口控制阀组的状态组合对应四位二进制数N_i，出口控制阀组的状态组合对应四位二进制数N_o，实现外接负载油口和外接油源口之间的压力和流量转换。