CN107228103A - 一种降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置，该控制装置安装在主油路的旁路，所述控制装置包括与主油路连通的压力脉动控制阀、分别与所述压力脉动控制阀另外两个出口连通的辅油泵和油箱、用于测量主油路内油压的压力传感器以及与压力传感器连接用于控制压力脉动控制阀开闭的控制器。与现有技术相比，本发明能够通过控制器控制压力脉动控制阀的工作位置来进行补油或者溢流，不仅能够消除压力脉动波的谷值，同时也能消除压力脉动波的峰值；且本发明的控制装置不需要设计特定的元件或者装置，设备简单，结构紧凑，成本较低。

Description

一种降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置

技术领域

本发明涉及压力脉动控制装置，具体涉及一种降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置.

背景技术

斜盘式轴向柱塞泵具有高压、大功率、易于变量、可靠性高等优点而广泛应用于液压系统中。然而，由于其工作原理，斜盘式轴向柱塞泵在吸、排油时不可避免的将会产生流量脉动。斜盘式轴向柱塞泵吸油、排油是通过柱塞在缸体中做周期性往复运动引起密封容积变化实现的。柱塞泵输出的流量为各个在排油区柱塞的排油量和，因此柱塞泵输出流量随着柱塞相对斜盘的位置变化而变化，即柱塞泵输出的流量本身是脉动的。此外，由于斜盘式轴向柱塞泵吸油压力和排油压力存在很大的压差，当处在吸油区的柱塞向排油区过渡时，部分排油区的高压油液将流入压力较低的柱塞中，即所谓的流量倒灌现象。因柱塞泵吸、排油而引起的流量脉动将会使液压系统产生压力脉动，流量/压力脉动将引起系统和液压管路的振动，使得液压系统产生振动和噪声。同时，流量/压力脉动将降低液压系统的性能，加速元件的老化和失效。因此降低轴向柱塞泵压力脉动有利于提升泵源输出油液压力性能以及提升液压系统的品质，具有较强的实用价值。

针对液压系统产生的压力和流量脉动，国内外学者提出了很多种解决方法，但归纳起来，流体脉动衰减主要可分为被动控制和主动控制两种。

目前，液压管路流体脉动被动控制的衰减器的形式主要可以分为三类:第一种是利用能量吸收原理的阻性脉动衰减器；第二种是利用压力或流量脉动波相互抵消或利用谐振吸收能量，从而衰减流体脉动的抗性脉动衰减器；第三种是利用阻性、抗性各自特点，将它们组合成的阻抗复合型脉动衰减器。但被动控制只适用于削减某一特定频带内的流体脉动，而且由于实际的液压系统的许多不确定因素，使这种控制容易受到外界干扰的影响。此外，阻、抗性脉动衰减器结构参数固定，不具备自适应滤波的能力，难以满足实际要求。

流体脉动主动控制是通过增加一些装置来产生与源压力脉动频率、幅值都相等，但是相位不同的压力波，通过此压力波与源压力波叠加而消减系统中的压力与流量脉动。主动控制主要可以分为三类:(1)在管道中直接加装一个伺服作动器，通过伺服作动器产生压力脉动波抵消原液压系统中的压力脉动；(2)在管道外壁安装压电陶瓷之类的智能材料作动器，通过作动器的运动使管壁发生弹性变形，从而在管道内产生压力脉动波；(3)基于旁路溢流原理，从主管路中引出一条分支管路，然后在分支管路上安装由智能材料驱动的伺服阀，节流阀或者消振阀。通过控制阀的运动，从而消减主管路的流量脉动。但是这些主动控制方法也有一些缺点:(1)当加装伺服作动器时，由于要产生幅值大小相等、相位相差的次级脉动波，这就使得作动器体积较大；又由于在高压液压系统中，作动器要承受很大的负载，使得其驱动电压或磁场强度非常大，会引起作动器过热等一系列问题；(2)因为管路中的高压流体会使管道刚度变大，因此若要管道发生变形，则要很大的执行力，因此利用液压系统管壁的变形来产生压力脉动波的流体脉动主动控制不适用于高压系统，一般应用于低压的液压管路系统；(3)虽然主动控制消除脉动的效果比被动控制的较好，但相应的主动控制系统复杂、成本昂贵，因此还没广泛的应用于实际中；(4)现在的液压系统(比如飞机的液压系统)柱塞泵转速越来越快，因此产生的流量脉动频率也越来越高，这就成为制约基于旁路溢流原理的流体脉动主动控制发展的瓶颈。

中国专利CN 101476571B公开了一种参数自适应调整皮囊式液压蓄能器，涉及一种基于DSP控制的可变参数皮囊式液压蓄能元件，可以在线改变充气压力、容积、工作油液阻尼和进口阻尼。该发明应用了磁流变阻尼器的工作原理改变蓄能器中的阻尼系数，从而达到吸收管路的压力脉动的目的，但是动态相应较差，难以满足高频减振的需求。

中国专利CN 205478676U公开了一种入流式流体脉动主动控制支路，设置在被控基本液压系统中的管道消振点处用以提供脉动消除或减小。利用额外的补油泵通过高频响的节流阀为系统进行补油，当压力脉动波的波谷来临时，通过主动调节节流阀开口大小，入流一定的流量来降低系统的压力脉动这种入流式控制方法虽然能够在一定程度在消除压力脉动波的谷值，但是无法消除压力脉动波的峰值。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种降低脉动效果好、适用范围广的降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置，该控制装置安装在主油路的旁路，所述控制装置包括与主油路连通的压力脉动控制阀、分别与所述压力脉动控制阀另外两个个出口连通的辅油泵和油箱、用于测量主油路内油压的压力传感器以及与压力传感器连接用于控制压力脉动控制阀开闭的控制器。

所述的压力脉动控制阀为电磁式二位三通方向阀，当压力传感器测得的主油路油压大于期望压力，所述控制器控制压力脉动控制阀与辅油泵连通的出口关闭，压力脉动控制阀与油箱连通的出口打开，此时，主油路的油液由压力脉动控制阀流入油箱，以降低主油路的油压；当压力传感器测得的主油路油压小于期望压力，所述控制器控制压力脉动控制阀与辅油泵连通的出口打开，压力脉动控制阀与油箱连通的出口关闭，此时，辅油泵输出的高压油经压力脉动控制阀进入系统，以增加主油路的油压。

所述辅油泵的输出油压大于主油路的油压。

所述压力脉动控制阀的材质为压电陶瓷材料。

所述压力脉动控制阀的开闭响应频率至少为500HZ。由于轴向柱塞泵具有很高的压力脉动频率，因此需要选择较高频率的压力脉动控制阀，使用压电陶瓷材料设计压力脉动控制阀，可以更灵敏的调节主油路的压力。

所述压力传感器的检测响应频率至少为1000HZ。由于柱塞泵具有很高的压力脉动频率，压力传感器必须具有较高的频率以能够实时跟踪泵源输出压力。

相比于采用蓄能器的被动控制方式，本发明提供的一种降低斜盘式轴向柱塞泵压力脉动的主动控制系统，在元件器方面选择了具有较高频率的压力传感器和压力脉动控制阀，具有较好的动态响应特性，因此可适用于流量脉动频率较高的管路系统，而且控制系统不需要考虑管路通径的大小。相比于采用主动控制方式，本发明所提供的一种降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置是通过压力脉动控制阀增加或者降低主油路的压力来缩小系统实际压力与设定压力的差值，不仅能够消除压力脉动波的谷值，也能消除压力脉动波的峰值。而且这个压力差值一般比较小，因此本发明涉及的降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置既适用于低压小流量的管路系统，也适用于高压大流量的管路系统，而且设备简单，结构紧凑，成本较低。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

(1)本发明涉及的降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置，能够通过控制器控制压力脉动控制阀的工作位置来进行补油或者溢流，不仅能够消除压力脉动波的谷值，同时也能消除压力脉动波的峰值；

(2)本发明涉及的降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置，在元件器方面选择了具有较高频率的压力传感器和压力脉动控制阀，具有较好的动态响应特性，因此可适用于流量脉动频率较高的管路系统；

(3)本发明涉及的降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置，是通过压力脉动控制阀增加或者降低主油路的压力来缩小系统实际压力与设定压力的差值，而压力差值一般比较小，因此本发明涉及的降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置既适用于低压小流量的管路系统，也适用于高压大流量的管路系统；

(4)本发明涉及的降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置，不需要设计特定的元件或者装置，设备简单，结构紧凑，成本较低。

附图说明

图1为本发明的连接示意图；

图2为本发明压力脉动控制阀的结构示意图；

图3为控制装置的控制流程图。

其中，1为主油路，2为压力传感器，3为控制器，4为压力脉动控制阀，5为辅油泵，6为油箱，A为工作油口，P为进油口，T为出油口，C为电控接口。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置，如图1所示，该控制装置安装在主油路1的旁路，控制装置包括与主油路1连通的压力脉动控制阀4、分别与压力脉动控制阀4另外两个个出口连通的辅油泵5和油箱6、用于测量主油路1内油压的压力传感器2以及与压力传感器2连接用于控制压力脉动控制阀4开闭的控制器3。

辅油泵5为恒压变量泵，其压力设定值大于或等于主油路1的最大油压，以保证辅油泵5的油液可以通过压力脉动控制阀4进入主油路1。辅油泵5输出的油液用于提升主油泵的波谷压力(压力传感器2检测到的泵源实际压力小于泵源期望压力)。由于柱塞泵最大脉动值要远远小于其额定流量，因此辅油泵5的额定流量要低于主油泵的额定流量，因此可选取小排量的恒压变量泵为辅油泵5。

压力传感器2用于检测主油路1的油压，并将检测到的信号传送给控制器3。由于柱塞泵具有很高的压力脉动频率，压力传感器2必须具有较高的频率以能够实时跟踪主油路1输出压力。

如图2所示为压力脉动控制阀的结构图，压力脉动控制阀4为二位三通方向阀，它包括一个工作油口A、一进油口P、一回油口T以及一个电控接口C。其中，工作油口A与主油路1连通，进油口P与辅油泵5连通，回油口T与油箱6相连，电控接口C与控制器3电联，控制器3通过电控接口C向压力脉动控制阀4传递指令。压力脉动控制阀4的工作油口A与进油口P相连时，辅油泵5内的高压油经过压力脉动控制阀4流入主油路1，主油路1油压上升；压力脉动控制阀4的工作油口A与回油口T相连时，主油路1内的油液经过压力脉动控制阀4流入油箱6，系统压力降低。由于轴向柱塞泵具有很高的压力脉动频率，因此需要选择较高频率的压力脉动控制阀4，使用压电陶瓷材料设计压力脉动控制阀4。由于辅油泵5额定流量较少，因此所需的压力脉动控制阀4额定流量较低。因此压力脉动控制阀4的选择或设计原则为高频响小流量。

控制器3接收压力传感器2检测到的系统压力，并和系统期望压力比较，在此基础上经过运算给定压力脉动控制阀4电压信号，从而控制压力脉动控制阀4的工作位置和阀芯开度，是压力脉动控制装置的核心。

压力脉动控制装置的控制流程如图3所示，先是由压力传感器2检测主油路1的压力，然后传送至控制器3，控制器3将压力传感器2检测到的系统实际压力与系统的设计压力进行对比；当压力传感器2检测到的压力大于系统的期望压力时，控制器3给定压力脉动控制阀4电信号使其工作油口A和回油口T连通，主油路1油液经过压力脉动控制阀4流入油箱6，系统压力降低。当传感器检测到的压力低于系统的期望压力时，此时控制器3给定压力脉动控制阀4电信号使其其工作油口A和进油口P，辅油泵5内的高压油经过压力脉动控制阀4流入主油路1，系统压力上升；压力传感器2实时将检测到的系统实时压力传输至控制器3中，由控制器3将所接收到的系统实时压力与系统设定压力进行对比，从而实时控制压力脉动控制阀4的工作位和开度，进而降低主油路1的压力脉动。

Claims (6)

1.一种降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置，该控制装置安装在主油路的旁路，其特征在于，所述控制装置包括与主油路连通的压力脉动控制阀、分别与所述压力脉动控制阀另外两个个出口连通的辅油泵和油箱、用于测量主油路内油压的压力传感器以及与压力传感器连接用于控制压力脉动控制阀开闭的控制器。

2.根据权利要求1所述的一种降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置，其特征在于，所述的压力脉动控制阀为电磁式二位三通方向阀，当压力传感器测得的主油路油压大于期望压力，所述控制器控制压力脉动控制阀与辅油泵连通的出口关闭，压力脉动控制阀与油箱连通的出口打开；当压力传感器测得的主油路油压小于期望压力，所述控制器控制压力脉动控制阀与辅油泵连通的出口打开，压力脉动控制阀与油箱连通的出口关闭。

3.根据权利要求1或2所述的一种降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置，其特征在于，所述辅油泵的输出油压大于主油路的油压。

4.根据权利要求1或2所述的一种降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置，其特征在于，所述压力脉动控制阀的材质为压电陶瓷材料。

5.根据权利要求4所述的一种降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置，其特征在于，所述压力脉动控制阀的开闭响应频率至少为500HZ。

6.根据权利要求1或2所述的一种降低轴向柱塞泵压力脉动的控制装置，其特征在于，所述压力传感器的检测响应频率至少为1000HZ。