CN1082149A - 数字式轴向柱塞变量泵的变量机构 - Google Patents

Abstract

本发明是一种数字式轴向柱塞变量泵中用以控 制流量大小的变量机构。主要特点是随动元件中伺 服活塞的上下端面各开设有通油孔，包括步进电机在 内的执行元件均密封在位于随动元件上部的密封体 中，同时，还包括一组复零机构。只要在开机时调整 一次零点，即可使柱塞变量泵按设定的流量要求正常 运行。本发明结构紧凑，易于操作，信号反馈迅速、准 确，运转稳定，适于注塑机、压力机、轧钢机等轻工、钢 铁、食品行业使用。

Description

本发明涉及泵，是一种控制轴向柱塞变量泵流量大小的变量调节机构。

传统的轴向柱塞变量泵，由带有倾斜转盘的变量泵和变量调节机构所组成。其变量调节机构的随动元件是一种用手工调节的变量调节阀，包括与泵体结合成一体的阀体、设置在阀体中并与变量泵之倾斜转盘式变量头相铰接的变量活塞和与调节手柄相连的伺服活塞。调节时，根据泵的流量操作其手柄，使手柄的角位移变为伺服活塞及变量活塞的直线位移，以调节斜盘的摆角而改变泵的排量。中国“液压工业”杂志于1991年3月第47页上刊出了一篇用单片机控制泵的变量机构的文章，它述说了以步进电机作为执行元件，带动随动元件-变量调节阀工作的变量机构，此步进电机运行的方向和大小则由单片机发出的脉冲序列来控制。但此变量机构中的随动元件仍沿用原有手工调节时用的变量调节阀。这种由单片机控制、步进电机和变量调节阀执行的变量机构还存在一些缺陷：首先，变量调节阀中的变量活塞呈台阶形结构（形成上大下小的两段式结构），则要求阀体内腔也呈相应的台阶形。这种变量活塞和阀体具有两级同心的结构，使加工变得困难;其次，因该变量机构中的步进电机设置在变量调节阀阀体之外端，步进电机的伸出轴与变量调节阀中伺服活塞的拉杆之间通过螺旋付连结，并且拉杆要伸出于阀体上端的密封腔，则必然要在拉杆与阀盖之间装置密封圈。这样的结构，当系统压力上升时，密封圈会变形，作用在拉杆上的摩擦力必然增大，这就近迫使该结构必需选用功率较大的步进电机，而且，驱动该步进电机转动的功率放大器的功率也必需相应增大，加上由于工作时需要不断调节泵的流量，拉杆与密封圈也容易损坏，引起漏油;再有，这样的变量机构，在具体应用中只能与流量计组合在一起使用，否则不能测出其某时刻的流量。众所周知，一般情况下用流量计测量是一个不断接近的测量过程，需要有一段时间才能测得准确的结果，测定从一种流动状态转换到另一种流动状态的流量时，需要不断进行，以把流量计测得的流量与单片机的输入流量进行比较，但流量计的测量时间长，它需要测量许多次才能达到，远跟不上单片机的处理速度，所以很有必要对测量装置进行改进。

本发明提供了一种适于数字式轴向柱塞变量泵用的变量机构，它简化了现有执行元件、随动元件及信号反馈元件结构，消除了与步进电机主轴和伺服活塞相连的拉杆的摩擦影响，达到结构紧凑，节约电能，测量方便、迅速、控制精确的目的。

为达到上述目的，本发明对随动元件中的伺服活塞作了改进，在伺服活塞的上、下端各开设有数条轴向通油孔，通过这些通油孔使油液能从伺服活塞端面外侧流入端面内侧的凹槽中，并且，由于在伺服活塞上开设了这些通油孔，就可把变量活塞设计成上、下相同的圆柱体。如此所述的伺服活塞及变量活塞，在平衡状态时，伺服活塞的上、下端部正好堵住变量活塞（或衬套）上之上、下对称分布的泄油孔，而当步进电机转动而使伺服活塞向上运动时，上泄油孔被打开，变量活塞上腔的油液流流经伺服活塞上的通油孔而从上泄油孔中排出，则变量活塞上腔中的油压小于下腔中的油压，于是变量活塞也向上移动，其移动量等于伺服活塞的移动量;反之，当伺服活塞向下运动时，变量活塞也同样向下移动一段同样距离。为适应伺服活塞和变量活塞这一结构改变，本发明在变量调节阀的进油单向阀后面之进入变量活塞上、下腔的油路中，各设置了一只固定节流阀，以控制进入变量活塞上、下腔的流量。本发明中把由伺服电机、螺旋付和拉杆构成的执行元件密封装置在变量调节阀的上腔上，以变动密封为静密封，消除拉杆因密封垫圈的存在而产生的摩擦力，即在变量调节阀上端部设置一由密封壳体、支承座和密封垫构成的上密封腔，步进电机安装在支承座上，其主轴通过由推力螺杆和推力螺母组成的螺旋付与伺服活塞的拉杆相连。因此，由于执行元件都设置在密封腔里，就不会发生因系统压力上升而需增大步进电机输出力距的现象，步进电机的输出力距只要能克服螺旋付间、推力螺母与键槽间、伺服活塞与变量活塞间的摩擦力、和克服设置在伺服活塞下端的弹簧的弹力即可，所以，本发明中可选用较小输出功率的步进电机。

本发明中的信号反馈元件是一种设置在变量调节阀体上的复零机构，由杠杆、复零轴和信号传感机构组成，复零轴以垂直于变量活塞轴向位置安装在阀体的轴座上，杠杆安装在复零轴的一端并与随动元件的变量活塞相连，信号传感机构安装在复零轴的另一端，它与单片机的I  O通道相电连接。这样的信号反馈元件，当变量活塞上下移动带动杠杆运动时，杠杆又带动复零轴转动，装在复零轴端部的信号传感机构即把信号传给单片机。因此，只要将步进电机从零起所走的步数与泵流量大小之间的一一对应关系贮入单片机的内存中，工作开始时使变量活塞处于使泵的输出流量接近于零的位置，则在正式开机后，柱塞变量泵的工作状态完全由单片机调节控制。

上述信号传感机构，可以采用光电传感器，也可是渐近开关或行程开关。最方便、准确可靠的是光电传感器。

由上见，本发明的优点是，由于在伺服活塞上开制了轴向通油孔，使整个随动元件结构简化，加工方便，运转稳定;把步进电机等执行元件密封在密封腔中，既解决了一般的漏油问题，又可选择较小输出功率的步进电机及与之相电连接的功率放大器，使结构紧凑，节省能源;复零机构式信号传感装置既克服了使用流量计时存在的缺点，又其结构极为简单，成本也低，使用中只要开机时找一次零点并设定泵的工作流量后，即可使柱塞变量泵按单片机的指令工作，并且从一种流量转换到另一种流量的时间极快。

附图说明：

图1为本发明的结构剖视图。

图2为本发明中随动系统的伺服活塞部分的局部剖视图。

现结合附图所示实施例对本发明作进一步说明。

由图1见，本实施例的变量机构设置在轴向柱塞变量泵27的左部，包括主要由变量活塞3、伺服活塞12等构成的变量调节阀-随动元件，主要由伺服电机19、螺旋付等构成的执行元件和由复零轴7、杠杆机构6及光电传感器构成的信号反馈元件。变量调节阀下端部的进油油路与轴向柱塞变量泵27的油路28相通，并在单向阀31之后部的压力油路中设置有两只固定节流器32，其中一只节流器32控制流向变量活塞3底部的油液流，另一只节流器32控制流向变量活塞3上部的油液流。由图1、图2见，装置在变量活塞3内腔中的伺服活塞12两端均开制有轴向的通油孔13，使伺服活塞12端面外侧的油液能流入端面内侧的油槽中;伺服活塞12之外侧设置一个活塞套11，其上开制有与变量活塞上之泄油通道14相通的泄油孔;伺服活塞12之上端面上设置有与推力螺母17相连的拉杆，下端面与压缩弹簧10相接触。本实用新型中把变量活塞3设计成圆柱形，它与轴向柱塞变量泵27的斜盘式变量头29相铰链。

再由图1见，变量调节阀之阀体2上端固装着被密封的执行元件：步进电机19安装在支承座16上后用密封壳体20封罩，支承座16又固装在阀体2之端部，固定密封面处均设置有密封垫24，步进电机19的进线与功率放大器21相电连接，功率放大器21接入单片机22上;步进电机19的轴座上连有推力螺杆18及与之相旋合的推力螺母17，此推力螺母17又与从伺服活塞12上端面伸出之拉杆相连接。推力螺母17上制有键槽，其中置有键，则它只能上下移动而不能转动。如上所述的变量调节阀，其上、下端部形成具有压力油油压的上油腔15和下油腔1，压力油能由下腔1通过位于变量活塞3上的伺服通道4流至伺服活塞12的底部，另一路压力油经固定节流器32及位于阀体2上的压力油通道5后流至伺服活塞12的上部，上腔15和下腔1中的压力油形成一定的压差或处于平衡。

图1中示出本实施例的信号反馈元件是一种设置在变量调节阀阀体2的一侧的复零机构，由复零轴7、杠杆机构6、光电盘8和光电管9构成。复零轴7设置在位于阀体2上的轴座中，能于其中转动;杠杆机构6设置在复零轴7的右端，并与变量活塞3相触连;光电盘8设置在复零轴7的另一端，其上开有一缺口，光电管9则设置在位于光电盘8上缺口的相应位置处的管架上，并与单板机22的I/O接口相电连接。如此所述的复零机构，当变量活塞3发生上、下移动时，即带动杠杆机构6转动，因杠杆机构6固装在复零轴7上，则复零轴7也转动，位于此复零轴7左端的光电盘8转动的结果，使光电管9的光路发生通与不通的信号，该信号传给单片机，即能控制执行元件和随动元件动作，从而控制轴向柱塞变量泵27的运转状况。图中图号25为泄油管路，26为系统油管路。

Claims (2)

1、一种数字式轴向柱塞变量泵的变量机构，包括受单片机控制的、由步进电机及连接在其主轴上的螺旋付构成的执行元件，受执行机构带动、由阀体、变量活塞和伺服活塞构成的随动元件；变量活塞与轴向柱式泵的斜盘式变量头相铰连，其特征在于：

(A)伺服活塞12的上、下端各开设有数条轴向通油孔13；

(B)步进电机19安装在支承座16上后用密封壳体20封罩，支承座16又固装在阀体2之端部，固定密封面处均设置有密封垫24；

(C)还包括一组设置在随动元件之阀体2一侧的复零机构，该复零机构的复零轴7设置在位于阀体2上的轴座中，复零轴7的一端固装有与变量活塞3相触连的杠杆机构6，另一端固装有与单片机的I/O通道相连接的信号反馈元件。

2、根据权利要求1所述的变量机构，其特征是所说的信号反馈元件是一种由光电盘8及光电管9组成的光电传感器，光电盘8固装在复零轴7的端部，光电管9设置在位于泵的输出流量为零时光电盘8上缺口相应位置处的管架上。

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