CN107725300B - 一种变量柱塞泵的防倒灌方法以及防倒灌变量柱塞泵 - Google Patents

一种变量柱塞泵的防倒灌方法以及防倒灌变量柱塞泵 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变量柱塞泵的防倒灌方法，通过斜盘平面的法向矢量Q与缸体的中心轴Z之间的三维随动角β，使滑履在斜盘平面上的随动轴P可以随斜盘倾角γ的变化做空间旋转，从而实现预压角α的随动变化；防倒灌变量柱塞泵,包括沿中心轴Z旋转的缸体，缸体内设有柱塞，柱塞和缸体之间设有容积可变的柱塞腔，柱塞下端依次设有滑履和可沿回转轴Y旋转的斜盘，斜盘顶部设有与滑履配合的斜盘平面，所述斜盘平面的法向矢量Q与缸体的中心轴Z之间设有与斜盘倾角γ配合的三维随动角β。本发明通过三维随动角β实现了预压角α的随动变化，使柱塞腔在斜盘倾角的全范围内均能够得到足够的预压压力，从而避免高压油的倒灌现象。

Description

一种变量柱塞泵的防倒灌方法以及防倒灌变量柱塞泵
技术领域
本发明属于柱塞泵领域，特别是一种变量柱塞泵的防倒灌方法以及防倒灌变量柱塞泵。
背景技术
变量柱塞泵是一种依靠柱塞经斜盘在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、排油作用的液压泵，并且变量柱塞泵可以通过改变斜盘的旋转角度来调节柱塞泵的进、出油量。但由于现有柱塞泵的设计大多是针对斜盘处于倾角最大时的工作状态，使柱塞泵在小排量、低转速的状态下会因为工作容腔内的预压不足导致柱塞泵在出油时会出现泵口高压油的倒灌现象，从而使柱塞泵在输出小流量时存在流量和压力不稳定的问题，并带有过多杂乱的非周期频率波，降低了液压系统对流量的控制精确性。
目前在许多主机的工况动作中，精细的动作往往要求柱塞泵处于小排量、低转速的工作状态，并对主机液压系统的控制精度要求较高；因此需要一种可以在斜盘的全倾角范围内防止泵出口高压油出现倒灌现象的变量柱塞泵，从而使柱塞泵能够改善泵输出流量和压力的脉动特性并能够满足主机系统的微动作特性的最低条件，有利于主机液压系统达到更高的控制精确度。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种变量柱塞泵的防倒灌方法以及防倒灌变量柱塞泵。本发明可以使柱塞泵在斜盘倾角的全范围内避免高压油的倒灌现象。
本发明的技术方案：一种变量柱塞泵的防倒灌方法，在斜盘的回转中心上建立一个基准坐标系，斜盘平面的法向矢量Q与缸体的中心轴Z之间设有与斜盘倾角γ配合的三维随动角β，使随动轴P随斜盘倾角γ的变化做空间旋转，从而使变量柱塞泵能够通过自动调节的预压角α避免高压油在斜盘处于不同倾角时的倒灌现象。
前述的一种变量柱塞泵的防倒灌方法中，所述随动轴P为滑履在斜盘平面上的椭圆运动轨迹中最高点与最低点的连线，所述预压角α为随动轴P按缸体旋向与柱塞腔在进入吸油口或出油口时的夹角。
前述的一种变量柱塞泵的防倒灌方法中，当柱塞腔处于单向阀组所在的过渡区时，分油盘内的单向阀组通过判断柱塞腔与外界的油压差完成对柱塞腔的吸油或排油动作，从而使柱塞泵能够随斜盘倾角γ的变化最大化的保证柱塞腔的吸、排油需求。
前述的一种变量柱塞泵的防倒灌方法中，当柱塞腔处于分油盘内的阻尼孔所在的过渡区时，阻尼孔对柱塞腔起到卸荷作用，避免柱塞腔在接通吸油口或出油口时因压差过大出现吸空或憋压的现象。
实现前述的一种变量柱塞泵的防倒灌方法所用的防倒灌变量柱塞泵中，包括沿中心轴Z旋转的缸体，缸体内设有柱塞，柱塞和缸体之间设有容积可变的柱塞腔，柱塞下端依次设有滑履和可沿回转轴Y旋转的斜盘，斜盘顶部设有与滑履配合的斜盘平面，所述斜盘平面的法向矢量Q与缸体的中心轴Z之间设有与斜盘倾角γ配合的三维随动角β。
前述的防倒灌变量柱塞泵中，所述斜盘倾角γ为斜盘平面与水平面之间形成的夹角。
前述的防倒灌变量柱塞泵中，所述缸体顶部设有分油盘，分油盘上设有吸油口和出油口，吸油口和出油口之间设有过渡区，吸油口和出油口按柱塞腔旋转方向一侧的过渡区内设有单向阀组。
前述的防倒灌变量柱塞泵中，所述单向阀组包括阀座，阀座内设有钢球，阀座一端设有导油管，导油管上设有与柱塞腔配合的通油孔。
前述的防倒灌变量柱塞泵中，所述吸油口和出油口按柱塞腔旋转方向另一侧的过渡区内设有贯穿分油盘的阻尼孔。
在现有技术中，由于斜盘在旋转时其斜盘平面的法向矢量始终和缸体的旋转轴Z处在同一平面内，导致预压角α在斜盘处于不同斜度时均为固定值，使柱塞腔在斜盘处于倾角较小的状态时不能得到足够的预压压力，从而出现出油口处高压油的倒灌现象。与现有技术相比，本发明通过与斜盘倾角γ配合改变的三维随动角β，使斜盘平面上的随动轴P可以随斜盘倾角γ的变化实现空间旋转，从而使柱塞腔在斜盘处于不同倾角时均能够得到对应的预压角α，保证了柱塞泵在斜盘倾角的全范围内均可以有效避免外界高压油的倒灌现象，提高了主泵系统对流量的输出精确性；通过单向阀组可以使柱塞腔在过渡区内能够根据压差自动完成吸油和排油的工作，保证了柱塞泵在防倒灌的同时能够最大化的完成吸排油工作，并能够避免因压差过大导致柱塞腔内出现进口吸空和出口憋压的问题，提高了柱塞泵的稳定性和安全性。此外，本发明通过阻尼孔可以对柱塞腔起到卸荷作用，避免柱塞腔在进入吸油口或出油口时因压差过大出现吸空或憋压的问题，使柱塞泵具有低音降噪的特点。
附图说明
图1是斜盘的结构示意图；
图2是分油盘的配油示意图；
图3是预压角α和转动角αp的连续预压曲线图；
图4是本发明的结构示意图；
图5是单向阀组的结构示意图。
附图中的标记为：1-缸体，2-柱塞，3-滑履，4-斜盘，5-分油盘，6-单向阀组，101-柱塞腔，401-斜盘平面，402-法向矢量Q，403-斜盘倾角γ，404-三维随动角β，405-随动轴P，406-预压角α，407-转动角αp，408-椭圆运动轨迹，501-吸油口，502-出油口，503-过渡区，504-阻尼孔，601-阀座，602-钢球，603-导油管，604-通油孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种变量柱塞泵的防倒灌方法，构成如图1和2所示，其特征在于：在斜盘4的回转中心O上建立一个基准坐标系，其中Z轴为缸体1的旋转轴，Y轴为斜盘4的回转轴，Y轴与Z轴的交点为斜盘4的旋转中心O，旋转中心O上设有与YOZ平面垂直的X轴，斜盘平面401的法向矢量Q402与缸体1的中心轴Z之间设有与斜盘倾角γ403配合的三维随动角β404；当斜盘4处于零位时，斜盘平面401的法向矢量Q402的函数形式为：
其中βx0、βy0、βz0是法向矢量Q402在斜盘4处于零位时的初始角度；
当斜盘4绕Y轴旋转时，法向矢量Q402的函数形式为：
其中Ay、By、Cy是斜盘绕Y轴旋转时，法向矢量Q402在坐标轴上产生的变量因子；
斜盘平面401的方程式为：
f(βx0)*Ay*X+f(βy0)*By*Y+f(βz0)*Cy*Z+d＝0。
其中d为斜盘平面401至旋转中心O的垂直距离，随动轴P405与XOZ平面的夹角为转动角αp407，其求解函数为：
αp＝atan(f(βx0)*Ay/f(βy0)/By)
当Ay和By随斜盘倾角γ变化时，转动角αp407也随之变化；只需设计好法向矢量Q402在斜盘平面401处于零位时的初始角度，便能获得柱塞腔101在斜盘4处于不同状态下所需的预压角α406；并且由于斜盘倾角γ403、缸体1和柱塞2的结构参数已被限定，从而在指定压力级别下可以得到柱塞腔101所需的预压角α406和斜盘倾角γ403的连续预压关系曲线。因此，当斜盘4处于零位时只需选择合适的三维初始角(三维初始角为三维随动角β404在斜盘倾角γ为0°时的初始角度)，便可以使转动角αp407的曲线与预压角α406连续预压关系曲线近似重合，从而实现预压角α406的随动变化；如图3所示，其中实线为预压角α406在不同斜盘倾角γ403时的连续预压曲线，虚线为转动角αp407在随不同斜盘倾角γ403时的连续预压曲线。
所述随动轴P405为滑履3在斜盘平面401上的椭圆运动轨迹408中最高点与最低点的连线，所述预压角α406为随动轴P405按缸体1旋向与柱塞腔101在进入吸油口501或出油口502时的夹角。
当柱塞腔101处于分油盘5内的单向阀组6所在的过渡区503时，分油盘5内的单向阀组6通过判断柱塞腔101与外界的油压差完成对柱塞腔101的吸油或排油动作，从而使柱塞泵能够随斜盘倾角γ403的变化最大化的保证柱塞腔101的吸、排油需求。
当柱塞腔101处于分油盘5内的阻尼孔504所在的过渡区503时，阻尼孔504对柱塞腔101起到卸荷作用，避免柱塞腔101因压差过大出现吸空或憋压的情况。
实现一种变量柱塞泵的防倒灌方法所用的防倒灌变量柱塞泵，构成如图4所示，包括沿中心轴Z旋转的缸体1，缸体1内设有柱塞2，柱塞2和缸体1之间设有容积可变的柱塞腔101，柱塞2下端依次设有滑履3和可沿回转轴Y旋转的斜盘4，斜盘4顶部设有与滑履3配合的斜盘平面401，所述斜盘平面401的法向矢量Q402与缸体1的中心轴Z之间设有与斜盘倾角γ403配合的三维随动角β404，三维随动角β404在YOZ平面和XOZ平面上的投影均随斜盘倾角γ403不断变化。
所述斜盘倾角γ403为斜盘平面401与水平面之间形成的夹角，斜盘倾角γ403的范围控制在1°～16°(目前变量柱塞泵所需的斜斜盘倾角γ均≤16°，但本发明可以适用于更大的斜盘倾角γ)。
所述缸体1顶部设有分油盘5，分油盘5上设有吸油口501和出油口502，吸油口501和出油口502之间设有过渡区503，吸油口501和出油口502按柱塞腔101旋转方向一侧的过渡区503内设有单向阀组6。
所述吸油口501向出油口502之间的单向阀组6，构成如图5所示，包括阀座601，阀座601一侧经斜槽设有与吸油口501相连的通孔，阀座601内设有钢球602，阀座601另一侧经对称设置的通道连接有导油管603，导油管603上设有与柱塞腔101配合的通油孔604；所述出油口502向吸油口501之间的单向阀组6，包括阀座601，阀座601一侧经对称设置的通道连接有与出油口502相连的通孔，阀座601内设有钢球602，阀座601另一侧经斜槽连接有导油管603，导油管603上设有与柱塞腔101配合的通油孔604。
所述吸油口501和出油口502按柱塞腔101旋转方向另一侧的过渡区503内设有贯穿分油盘5的阻尼孔504。
本发明的工作原理：本发明将斜盘4经Y轴旋转到位后，将缸体1按顺时针方向沿中心轴Z旋转，使滑履3在斜盘平面401上按椭圆运动轨迹408转动，并带动柱塞2在柱塞腔101内上下滑动，从而使柱塞腔101进行吸油和排油工作。在斜盘4沿Y轴旋转时，三维随动角β404可以使随动轴P405在斜盘4的旋转中心O上与斜盘倾角γ403配合旋转，从而使柱塞泵吸、排油的分界线可以随斜盘4的倾角自动变化。
如图2所示，当斜盘倾角γ403较小时，转动角αp407为最大值，柱塞腔101在穿过吸油口501后需要通过带有转动角αp407的过渡区才能进入出油口502，使柱塞2在小排量的情况下有足够的预压角α406对柱塞腔101内的液压油进行预压，从而避免了因预压不足导致的高压油倒灌现象。当柱塞腔101穿过由吸油口501向出油口502之间过渡区503时，此时柱塞腔101处于加压排油状态，通过单向阀组6内的钢球602可以有效阻止柱塞腔101内的液压油经与吸油口501相连的阀座601和吸油口501向外排出，保证了柱塞腔101在由吸油口501向出油口502之间过渡区503时能够稳定预压；同理，柱塞腔101在穿过出油口502后也能得到提前降压。
当斜盘倾角γ403较大时，转动角αp407为最小值，此时柱塞腔101在穿过吸油口501后只需通过由X轴向出油口502之间的过渡区便可以直接进入出油口502；当柱塞腔101处于由吸油口501向X轴之间的过渡区时，柱塞腔101仍处于低压吸油状态，此时外界的高压油可以经单向阀组6继续进入柱塞腔101内，从而使柱塞腔101在斜盘4处于最大倾角时能够最大化的完成吸油需求；同理，柱塞腔101在穿过出油口502后也能继续进行排油工作。
因此，当斜盘4处于任意倾角时，三维随动角β404可以随斜盘倾角γ403的不同角度改变转动角αp407的角度，从而使柱塞腔101在不同状态时能够得到足够的预压，实现了柱塞泵在斜盘倾角γ403的全范围内的防倒灌作用；并且通过单向阀组6可以自动判断柱塞腔101内的状态，使柱塞泵能够最大化的完成吸、排油工作。在柱塞腔101在进入吸油口501和出油口502前，通过阻尼孔504可以提前对柱塞腔101起到卸荷作用，避免因柱塞腔101在进入吸油口或出油口时因压差过大出现吸空或憋压的问题。

Claims (8)

1.一种变量柱塞泵的防倒灌方法，其特征在于：在斜盘的回转中心上建立一个基准坐标系，斜盘平面的法向矢量Q与缸体的中心轴Z之间设有与斜盘倾角γ配合的三维随动角β，使随动轴P随斜盘倾角γ的变化做空间旋转，从而使变量柱塞泵能够通过自动调节的预压角α来避免高压油在斜盘处于不同倾角时的倒灌现象；
所述随动轴P为滑履在斜盘平面上的椭圆运动轨迹中最高点与最低点的连线，所述预压角α为随动轴P按缸体旋向与柱塞腔在进入吸油口或出油口时的夹角。
2.根据权利要求1所述的一种变量柱塞泵的防倒灌方法，其特征在于：当柱塞腔处于分油盘内的单向阀组所在的过渡区时，单向阀组通过判断柱塞腔与外界的油压差完成对柱塞腔的吸油或排油动作，从而使柱塞泵能够随斜盘倾角的变化最大化的保证柱塞腔的吸、排油需求。
3.根据权利要求2所述的一种变量柱塞泵的防倒灌方法，其特征在于：当柱塞腔处于分油盘内的阻尼孔所在的过渡区时，阻尼孔对柱塞腔起到卸荷作用，避免柱塞腔在接通吸油口或出油口时因压差过大出现吸空或憋压的现象。
4.实现权利要求1-3任一权利要求所述的一种变量柱塞泵的防倒灌方法所用的防倒灌变量柱塞泵，其特征在于：包括沿中心轴Z旋转的缸体(1)，缸体(1)内设有柱塞(2)，柱塞(2)和缸体(1)之间设有容积可变的柱塞腔(101)，柱塞(2)下端依次设有滑履(3)和可沿回转轴Y旋转的斜盘(4)，斜盘(4)顶部设有与滑履(3)配合的斜盘平面(401)，所述斜盘平面(401)的法向矢量Q(402)与缸体(1)的中心轴Z之间设有与斜盘倾角γ(403)配合的三维随动角β(404)。
5.根据权利要求4所述的防倒灌变量柱塞泵，其特征在于：所述斜盘倾角γ(403)为斜盘平面(401)与水平面之间的夹角。
6.根据权利要求5所述的防倒灌变量柱塞泵，其特征在于：所述缸体(1)顶部设有分油盘(5)，分油盘(5)上设有吸油口(501)和出油口(502)，吸油口(501)和出油口(502)之间设有过渡区(503)，吸油口(501)和出油口(502)按柱塞腔(101)旋转方向一侧的过渡区(503)内设有单向阀组(6)。
7.根据权利要求6所述的防倒灌变量柱塞泵，其特征在于：所述单向阀组(6)包括阀座(601)，阀座(601)内设有钢球(602)，阀座(601)一端设有导油管(603)，导油管(603)上设有与柱塞腔(101)配合的通油孔(604)。
8.根据权利要求7所述的防倒灌变量柱塞泵，其特征在于：所述吸油口(501)和出油口(502)按柱塞腔(101)旋转方向另一侧的过渡区(503)内设有贯穿分油盘(5)的阻尼孔(504)。
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