CN108317063A - 基于比例直驱分体阀芯压力阀的无级变压力航空泵 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种基于比例直驱分体阀芯压力阀的无级变压力航空泵，包括比例直驱分体阀芯压力阀、航空柱塞泵、随动活塞缸、复位弹簧；所述比例直驱分体阀芯压力阀包括湿式比例电磁铁、分体阀芯、输入油口、输出油口、左端控制油口、右端控制油口和卸油口；所述分体阀芯包括第一阀芯和第二阀芯，所述第二阀芯圆端面积大于第一阀芯圆端面积。所述无级变压力航空泵在电磁铁无控制输入时，在带载工况下，柱塞泵输出压力保持恒定压力21MPa，在电磁铁有控制输入时，柱塞泵输出压力实现21MPa到35MPa的无级调节。

Description

基于比例直驱分体阀芯压力阀的无级变压力航空泵

技术领域

本公开涉及一种航空泵，尤其涉及一种基于比例直驱分体阀芯压力阀的无级变压力航空泵。

背景技术

对于机载液压能源系统，出于机动性和减重的迫切需求，飞机液压系统逐步向高压大功率密度方向发展，航空柱塞泵压力等级也由21MPa增至28MPa和35MPa，但是目前飞机液压系统中航空泵几乎均采用恒压变量泵，在不同飞行剖面工况下，例如爬升、巡航、作战以及着陆刹车等，负载对流量压力的需求差异很大，绝大多数时间并不需要保持超高压状态，高压体制反而会造成能量的浪费，同时长时间的高压会导致容积元件内泄漏和液压阀压降节流损失的增大，产生的热量可能会引发油液变质和密封失效等问题。目前有文献公开了双级变压泵，但是仍然存在大量无效效率以及压力切换过程的压力超调问题。目前本申请人已授权发明专利“直驱型电控比例无级调压变量柱塞泵(ZL2015102609377)”，经实验样机验证，存在减压半桥分压非线性，减压半桥流量泄露，阀芯面积差无法实现等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供一种基于比例直驱分体阀芯压力阀的无级变压力航空泵，通过以下技术方案实现。

基于比例直驱分体阀芯压力阀的无级变压力航空泵，包括比例直驱分体阀芯压力阀、航空柱塞泵、随动活塞缸、复位弹簧；

所述比例直驱分体阀芯压力阀包括分体阀芯、输入油口、输出油口、左端控制油口和右端控制油口；

所述航空柱塞泵的高压输出油分三支油路；第一支油路通向负载；第二支油路通过所述左端控制油口和右端控制油口分别通向所述比例直驱分体阀芯压力阀的阀芯的左端和右端；第三支油路通向所述比例直驱分体阀芯压力阀的输入油口，所述比例直驱分体阀芯压力阀的输出油口通向所述随动活塞缸；

所述随动活塞缸的输出轴与所述航空柱塞泵的斜盘连接，所述随动活塞缸的输出轴还与所述复位弹簧连接，所述随动活塞缸通过推动所述斜盘控制所述航空柱塞泵的排量，所述复位弹簧用于使得所述随动活塞缸复位。

进一步地，所述比例直驱分体阀芯压力阀的分体阀芯包括第一阀芯和第二阀芯；所述第一阀芯包括第一活塞和第二活塞，所述第二阀芯包括第三活塞，第一活塞和第二活塞的圆端面积相同，第三活塞的圆端面积大于所述第一活塞和第二活塞的圆端面积。

进一步地，所述第二支油路设置有第一阻尼孔，所述第二支油路经过所述第一阻尼孔后再通过所述左端控制油口和右端控制油口分别通向所述比例直驱分体阀芯压力阀的第一阀芯的左端和第二阀芯的右端。

进一步地，所述第三支油路通向所述比例直驱分体阀芯压力阀的输入油口，所述比例直驱分体阀芯压力阀的输出油口，经第二阻尼孔通向所述随动活塞缸。

进一步地，所述比例直驱分体阀芯压力阀还包括比例电磁铁、推杆和调压弹簧，所述调压弹簧套设在所述推杆上；所述比例电磁铁驱动所述推杆，所述推杆向所述比例直驱分体阀芯压力阀的阀芯提供推力；所述调压弹簧向所述比例直驱分体阀芯压力阀的阀芯提供预紧力。

进一步地，所述比例电磁铁为湿式电磁铁，进入第一阀芯左腔的压力油液能够经推杆间隙流入比例电磁铁，推杆被油膜润滑。

进一步地，所述第一阀芯中第一活塞和第二活塞通过连接杆固定连接，所述连接杆具有伸出所述第二活塞的右端的伸出部，所述伸出部与所述第二阀芯的左端分体接触。

进一步地，所述比例直驱分体阀芯压力阀还包括泄油口；所述泄油口用于将所述第一活塞和第二活塞之间的油液，以及第二活塞与第三活塞之间的油液泄出。

进一步地，所述比例直驱分体阀芯压力阀具有壳体，所述比例电磁铁、推杆、调压弹簧、第一阀芯、第二阀芯均配置在所述壳体内。

进一步地，所述推杆、第一阀芯和第二阀芯均为整体圆柱型车削件。

进一步地，在比例电磁铁无控制输入时，在带载工况下，柱塞泵输出压力保持恒定压力21MPa，在电磁铁有控制输入时，柱塞泵输出压力实现21MPa到35MPa的无级调节。

本公开的有益效果

与现有技术相比，本公开的有益效果是：①实现航空泵出口压力的无级调节，更好的实现液压能源与负载的匹配，减少不必要的功率损耗。②压力阀由湿式比例电磁铁直接驱动，推杆受摩擦力小，可实现精确力控制，且阀芯采用分体结构设计，结构简单，易工程实现，无外部泄露，同时减小了变量机构的体积和重量。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本公开具体实施方式的无级变压力航空泵的结构原理图一；

图2是本公开具体实施方式的无级变压力航空泵的结构原理图二；

图3是本公开具体实施方式的无级变压力航空泵的分体阀芯的半剖面示意图；

图4是本公开具体实施方式的无级变压力航空泵的阀芯左位工作状态示意图；

图5是本公开具体实施方式的无级变压力航空泵的阀芯右位工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

如图1-5所示，本具体实施方式的基于比例直驱分体阀芯压力阀的无级变压力航空泵，包括比例直驱分体阀芯压力阀1、航空柱塞泵2、随动活塞缸3、复位弹簧4；

比例直驱分体阀芯压力阀1包括阀芯、输入油口106、输出油口107、左端控制油口109和右端控制油口108；

航空柱塞泵2的高压输出油分三支油路；第一支油路通向负载9；第二支油路通过左端控制油口109和右端控制油口108分别通向比例直驱分体阀芯压力阀1的阀芯的左端和右端；第三支油路通向比例直驱分体阀芯压力阀1的输入油口106，比例直驱分体阀芯压力阀1的输出油口107通向随动活塞缸3；

随动活塞缸3的输出轴与航空柱塞泵2的斜盘连接，随动活塞缸3的输出轴还与复位弹簧4连接，随动活塞缸3通过推动斜盘控制航空柱塞泵2的排量，复位弹簧4用于使得随动活塞缸3复位。

如图2所示，比例直驱分体阀芯压力阀1的阀芯包括第一阀芯104和第二阀芯105；第一阀芯104包括第一活塞和第二活塞，第二阀芯105包括第三活塞，第一活塞和第二活塞的圆端面积相同，第三活塞的圆端面积大于第一活塞和第二活塞的圆端面积。第一活塞、第二活塞和第三活塞均为圆柱状，第一活塞、第二活塞和第三活塞均具有两个圆端。

如图2所示，第二支油路设置有第一阻尼孔112，第二支油路经过第一阻尼孔112后再通过左端控制油口109和右端控制油口108分别通向比例直驱分体阀芯压力阀1的第一阀芯的左端(位于第一活塞的左侧)和第二阀芯的右端(位于第三活塞的右侧)。

如图2所示，第三支油路通向比例直驱分体阀芯压力阀1的输入油口106，比例直驱分体阀芯压力阀1的输出油口107经第二阻尼孔113通向随动活塞缸3。

如图2-3所示，比例直驱分体阀芯压力阀1还包括湿式比例电磁铁101、推杆102和调压弹簧103，调压弹簧103套设在推杆102上；湿式比例电磁铁101驱动推杆102，推杆向比例直驱分体阀芯压力阀1的阀芯提供推力；调压弹簧103向比例直驱分体阀芯压力阀1的阀芯提供预紧力。

如图3所示，第一活塞1041和第二活塞1042通过连接杆1043固定连接，连接杆1043具有伸出第二活塞1042的右端的伸出部，伸出部与第三活塞的左端分体接触。连接杆1043可由第一活塞1041的右端伸出，穿过所述第二活塞1042，并从第二活塞1042的右端伸出，连接杆1043不伸出所述第一活塞1041的左端，第一活塞、第二活塞、连接杆三者固定连接，连接杆1043为圆柱形状。作为替换，且更优的，第一活塞、第二活塞和连接杆为整体圆柱车削件。

如图2、4-5所示，比例直驱分体阀芯压力阀1还包括泄油口110，111；泄油口110用于将第一活塞和第二活塞之间的油液泄出，泄油口111用于将第二活塞与第三活塞之间的油液泄出。

如图1-2所示，比例直驱分体阀芯压力阀1具有壳体，壳体分为左段、中间段和右段；湿式比例电磁铁101、推杆102、调压弹簧103、第一阀芯104、第二阀芯105均配置在壳体内。比例电磁铁101、推杆102、调压弹簧103配置在壳体的左段的内部，第一阀芯104配置在壳体的中间段的内部，第二阀芯105配置在壳体的右端的内部。壳体的各段优选圆柱形状，第一阀芯104所对应的壳体的圆柱段(即中间段)的直径小于第二阀芯105所对应的壳体的圆柱段(即右段)的直径。输入油口106、输出油口107、左端控制油口109、卸油口110、卸油口111均配置在壳体的中间段的周向；输入油口106的数目为2个以上(图2示出了2个)，沿壳体的圆柱段周向均匀配置；左端控制油口109的数目为2个以上(图2示出了2个)，沿壳体的圆柱段周向均匀配置；卸油口110的数目为2个以上(图2示出了2个)，沿壳体的圆柱段周向均匀配置；输出油口107的数目为1个，配置在壳体圆柱段的径向底部；卸油口111的数目为1个，配置在壳体圆柱段的径向底部；控制油口108配置在壳体的右圆端的中心位置；左端控制油口109、输入油口106、输出油口107、卸油口110、卸油口111沿壳体的中间圆柱段的轴向从左至右依次配置。

如图2所示，无级变压力航空泵还包括第一油箱5、第二油箱和第三油箱；第一油箱5与泄油口110，111连通；第二油箱与负载9连通，第三油箱与航空柱塞泵2连通。

如图2所示，第一活塞与第二活塞之间形成腔体，第二活塞与第三活塞之间形成腔体。第一阀芯104和第二阀芯105均与壳体无缝接触，即第一活塞、第二活塞和第三活塞均与壳体的内壁无缝接触。

如图2、4-5，输入油口106能够与第一活塞和第二活塞之间的腔体连通，输出油口107也能够与第一活塞和第二活塞之间的腔体连通。

更为详细的，

如图2所示，所述航空柱塞泵2的高压输出油分三支油路，第一路通向负载9，第二路经过阻尼孔112后，通过右端控制油口108和左端控制油口109同时通向压力阀1的阀芯两端(即第一活塞左侧，第三活塞右侧；第一活塞、第二活塞、第三活塞在图1-5中分别标示为活塞一、活塞二、活塞三)，第三路通向压力阀1的输入油口106，压力阀1的输出油口107经过阻尼孔113通向随动活塞缸3，阻尼孔112和阻尼孔113起稳定作用，防止调节过程过于剧烈从而导致振荡，随动缸3的输出轴与航空柱塞泵2的斜盘和复位弹簧4连接，压力阀1的泄油口110和泄油口111与油箱5相通。其中航空柱塞泵2的高压输油口压力用Ps表示，第一活塞和第三活塞的圆端面积用A0表示，第三活塞的圆端面积用A1表示，且A1>A0。

本具体实施方式中，压力阀1由比例电磁铁101直接驱动，无先导结构，压力阀1的阀芯采用分体结构设计，工艺上易实现加工制造及公差配合，利用不同阀芯(104和105)的面积差(A1-A0)减少阀芯所需的驱动力，进一步减小阀芯驱动装置的体积和重量。如图3所示，第一阀芯104(图中标示为阀芯一)由第一活塞1041、第二活塞1042和连接杆1043构成，优选为整体圆柱车削件，第二阀芯(图中标示为阀芯二)则由第三活塞(图中标示为活塞三)构成。

在分体阀芯和面积差结构基础上，本具体实施方式中电磁铁101为内部充液压油液的湿式比例电磁铁，且电磁铁101内部充液压力对电磁铁输出力无影响，油膜润滑下，电磁铁101输出杆所受摩擦力小，保证了输出力线性度，实现对阀芯驱动力的准确控制。

本具体实施方式中航空柱塞泵2的输出压力可以实现例如21MPa到35MPa(当然也能实现其他输出压力范围，此处仅是为了举例)的无级调节，并且在电磁铁101完全断电的情况下，仍然可以保证21MPa的恒压保压控制。

下面结合附图2、4-5分别阐述具体实施过程：

第一过程，在电磁铁101断电或者输入电流信号为0时，在带载工况下，柱塞泵2输出压力保持恒定压力21MPa。

此时电磁铁101输出杆对压力阀1的阀芯没有力的作用，柱塞泵2输出口的油液经过阻尼孔112后的压力Ps作用于阀芯两端(第一活塞左侧，第三活塞右侧)，第三阀芯的右端的面积A1大于第一阀芯的左端的面积A0，压力阀1的阀芯两端的压力差施加给阀芯向左的力F1＝Ps*(A1-A0),本具体实施方式中，当Ps等于21MPa时，阀芯两端压力差施加给阀芯的力F1恰好与调压弹簧103设计的预紧力F2相等，所以当柱塞泵2出口压力高于21MPa时，压力油施加给阀芯的力F1大于调压弹簧103的预紧力F2，阀芯左移，如图4所示，处于左位工作状态，此时压力阀1输入油口106和输出油口107沟通，压力油进入随动活塞缸3，活塞缸3推动柱塞泵2的斜盘使柱塞泵2的排量减小，柱塞泵2的输出压力减小；相反，当柱塞泵2的出口压力低于21MPa时，压力油施加给阀芯的力F1小于调压弹簧103的预紧力，阀芯右移，如图5所示，阀芯处于右位工作状态，此时压力阀1的泄油口110和输出油口107沟通，在复位弹簧4的作用下，随动活塞缸3中的油液经输出油口107从泄油口110流回油箱5，活塞缸3复位，柱塞泵2排量增大，柱塞泵2的输出压力又会增加，在这样的负反馈调节下，柱塞泵2的输出压力便会稳定在21MPa的恒定压力。

第二过程，在电磁铁101有控制电流信号输入时，在带载工况下，柱塞泵2输出压力可以实现21MPa到35MPa的无级调节。

柱塞泵2输出压力Ps可以在21MPa到35MPa实现无级变压是由电磁铁101的比例特性实现的，设比例电磁铁101输出力为F3，输入电流为i，湿式比例电磁铁101的输出力和输入电流程线性比例关系，如下所示:

F3＝k*i

其中k为定值。如之前所述，压力阀1中调压弹簧103的预紧力F2与柱塞泵2出口压力为21MPa时相对应，即：

F2＝21MPa*(A1-A0)

阀芯两端的压力差施加给阀芯向左的力为：

F1＝Ps*(A1-A0)

若以控制柱塞泵2输出压力为35MPa时为例，阀芯受力平衡方程为

F2+F3＝F1

即：

21MPa*(A1-A0)+k*i＝35*(A1-A0)

得到此时电磁铁101需输入控制电流

i1＝{(35-21)MPa*(A1-A0)}/k

所以当柱塞泵2出口压力高于35MPa时，压力油施加给阀芯向左的力F1大于调压弹簧103的预紧力F2和电磁铁101输出力F3的合力，即(F1>F2+F3),阀芯左移，如图4所示，处于左位工作状态，此时压力阀1的输入油口106和输出油口107沟通，压力油进入随动活塞缸3，活塞缸3推动柱塞泵2斜盘使泵的排量减小，柱塞泵2的输出压力减小；相反，当柱塞泵2的出口压力低于35MPa时，压力油施加给阀芯向左的力F1小于调压弹簧103的预紧力F2和电磁铁101输出力F3的合力，即(F1<F2+F3)，阀芯右移，如图5所示，阀芯处于右位工作状态，此时压力阀1的泄油口110和输出油口107沟通，在复位弹簧4的作用下，随动活塞缸3中的油液经输出油口107从泄油口110流回油箱5，活塞缸3复位，柱塞泵2排量增大，柱塞泵2的输出压力又会增加，在这样的负反馈调节下，柱塞泵2的输出压力便会稳定在35MPa压力。

故若需柱塞泵2的输出压力为任意Ps值，且21MPa<Ps<35MPa，阀芯受力平衡方程为

F2+F3＝F1

即

21MPa*(A1-A0)+k*i＝Ps*(A1-A0)

得到此时电磁铁101需输入控制电流

i＝{(Ps-21)MPa*(A1-A0)}/k，

公式表明其中柱塞泵2出口压力Ps与输入控制电流i程线性关系，当输入控制电流为i在区间[0,i1]内线性变化时，对应的柱塞泵2出口压力Ps则在区间[21MPa，35MPa]之间线性变化，从而实现柱塞泵2出口压力在21MPa与35MPa之间的无级调节。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.基于比例直驱分体阀芯压力阀的无级变压力航空泵，

其特征在于，包括比例直驱分体阀芯压力阀(1)、航空柱塞泵(2)、随动活塞缸(3)、复位弹簧(4)；

所述比例直驱分体阀芯压力阀(1)包括分体阀芯、输入油口(106)、输出油口(107)、左端控制油口(109)和右端控制油口(108)；

所述航空柱塞泵(2)的高压输出油分三支油路；第一支油路通向负载(9)；第二支油路通过所述左端控制油口(109)和右端控制油口(108)分别通向所述比例直驱分体阀芯压力阀(1)的阀芯的左端和右端；第三支油路通向所述比例直驱分体阀芯压力阀(1)的输入油口(106)，所述比例直驱分体阀芯压力阀(1)的输出油口(107)通向所述随动活塞缸(3)；所述随动活塞缸(3)的输出轴与所述航空柱塞泵(2)的斜盘连接，所述随动活塞缸(3)的输出轴还与所述复位弹簧(4)连接。

2.根据权利要求1所述的无级变压力航空泵，

其特征在于，所述比例直驱分体阀芯压力阀(1)的分体阀芯包括第一阀芯(104)和第二阀芯(105)；所述第一阀芯(104)包括第一活塞和第二活塞，所述第二阀芯(105)包括第三活塞，第一活塞和第二活塞的圆端面积相同，第三活塞的圆端面积大于所述第一活塞和第二活塞的圆端面积。

3.根据权利要求1或2所述的无级变压力航空泵，

其特征在于，所述第二支油路设置有第一阻尼孔(112)，所述第二支油路经过所述第一阻尼孔(112)后再通过所述左端控制油口(109)和右端控制油口(108)分别通向所述比例直驱分体阀芯压力阀(1)的阀芯的左端和右端。

4.根据权利要求1-3任一项所述的无级变压力航空泵，

其特征在于，所述第三支油路通向所述比例直驱分体阀芯压力阀(1)的输入油口(106)，所述比例直驱分体阀芯压力阀(1)的输出油口(107)经第二阻尼孔(113)通向所述随动活塞缸(3)。

5.根据权利要求2所述的无级变压力航空泵，

其特征在于，所述比例直驱分体阀芯压力阀(1)还包括湿式比例电磁铁(101)和推杆(102)，所述湿式比例电磁铁(101)驱动所述推杆(102)，所述推杆向所述比例直驱分体阀芯压力阀(1)的分体阀芯提供推力；进入第一阀芯(104)左腔的压力油液能够经推杆(102)间隙流入湿式比例电磁铁(101)，推杆(102)被油膜润滑。

6.根据权利要求2所述的无级变压力航空泵，

其特征在于，所述第一阀芯(104)中第一活塞(1041)和第二活塞(1042)通过连接杆(1043)固定连接，所述连接杆(1043)具有伸出所述第二活塞(1042)的右端的伸出部，所述伸出部与所述第二阀芯(105)的左端分体接触。

7.根据权利要求2所述的无级变压力航空泵，

其特征在于，所述比例直驱分体阀芯压力阀(1)还包括泄油口(110，111)；所述泄油口用于将所述第一活塞和第二活塞之间的油液，以及第二活塞与第三活塞之间的油液泄出。

8.根据权利要求5所述的无级变压力航空泵，

其特征在于，所述湿式比例电磁铁(101)无控制输入时，航空柱塞泵(2)输出压力保持恒定压力21MPa，在湿式比例电磁铁(101)有控制输入时，航空柱塞泵(2)输出压力能够实现21MPa到35MPa的无级调节。

9.根据权利要求1-8任一项所述的无级变压力航空泵，

其特征在于，所述比例直驱分体阀芯压力阀(1)具有壳体，所述湿式比例电磁铁(101)、推杆(102)、第一阀芯(104)、第二阀芯(105)均配置在所述壳体内。

10.根据权利要求6所述的无级变压力航空泵，

其特征在于，所述第一阀芯(104)和第二阀芯(105)均为整体圆柱型车削件。