CN110685879B - 一种连续比例调节流量的斜轴式柱塞泵变量机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种连续比例调节流量的斜轴式柱塞泵变量机构，该机构将传统液压控制的变量机构替换为含有滚珠丝杠的闭环控制变量机构，通过采用滚轴丝杠作为变量机构，采用伺服电机可以提高控制精度和流量控制的准确度。本发明结构更加简单、紧凑，且响应速度快，动作灵敏，利用滚珠丝杠有效的提高了泵的响应速度和精准度，提高了泵的使用价值。

Description

一种连续比例调节流量的斜轴式柱塞泵变量机构
技术领域
本发明属于液压柱塞泵领域，具体涉及一种连续比例调节流量的斜轴式柱塞泵变量机构。
背景技术
斜轴式柱塞泵具有抗冲击性能好、排量大、抗污染能力强、容积效率和机械效率高等优点，在工作环境恶劣，功率较大的工程机械得到广泛应用。
现有斜轴式柱塞泵依靠变量机构驱动配流盘使其倾角发生变化，进而改变泵的排量。斜轴式柱塞泵的控制方式按控制目的分为恒压控制、恒流量控制、恒功率控制等。目前机械领域主要为液压控制柱塞缸变量机构，这类变量泵由于其容积效率高，运转平稳，工作压力高而被广泛应用。但用活塞推动配流盘实现变量，结构复杂、效率低下，灵敏度低，较难实现对配流盘和缸体的高精度控制，对液压油的污染较敏感，造价也相对较高。
发明内容
为解决上述斜轴式柱塞泵变量机构存在的不足，本发明提出一种连续比例调节流量的斜轴式柱塞泵变量机构，该机构采用含有滚珠丝杠的闭环控制变量机构，实现对泵流量的精确控制。本发明具有结构简单、响应速度快、动作灵敏等优势。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种连续比例调节流量的斜轴式柱塞泵变量机构，包括：配流盘(1)、缸体(2)、中心轴(3)、泵壳体(7)，还包括角接触球轴承(4)、滚珠丝杠(5)、第一轴承端盖(6)、滚珠螺母(8)、伺服电机(9)、压力传感器(10)、摆角传感器(11)、控制器(12)、伺服驱动器(13)、联轴器(14)和密封圈(15)、第二轴承端盖(16)、轴承(17)；
所述的中心轴一端穿过配流盘和缸体的中心孔与滚珠螺母连接，滚珠螺母安装在滚珠丝杠上，滚珠丝杠上端通过角接触球轴承与密封圈固定在壳体上，滚珠丝杠的下端通过轴承固定在壳体底端，滚珠丝杠的上端和伺服电机的转轴端通过联轴器连接，伺服电机与伺服驱动器连接；伺服电机驱动滚珠丝杠旋转，带动滚珠螺母沿滚珠丝杠上下移动，从而改变配流盘和缸体的角度，改变泵的排量；压力传感器安装在泵的出口处用以检测泵出口的压力值，摆角传感器安装在泵的壳体上并与配流盘连接用以检测配流盘及缸体的角度变化，压力传感器、摆角传感器和伺服驱动器均与控制器相连，压力传感器和摆角传感器的检测信号均传递给控制器，控制器进行分析比较后，将控制信号传递到伺服驱动器，分别通过伺服驱动器改变伺服电机的转角和转速来实现对斜轴式柱塞泵变量装置的控制，使其根据实际工况需要调节输出流量和功率大小。
本发明相比现有技术有如下优点：
与现有技术相比，本发明通过采用滚轴丝杠作为变量机构，采用伺服电机可以提高控制精度和流量控制的准确度；与活塞式变量机构相比，本发明结构更加简单、紧凑，且响应速度快，动作灵敏，利用滚珠丝杠有效的提高了泵的响应速度和精准度，提高了泵的使用价值。
附图说明
图1为本发明斜轴式柱塞泵变量机构的结构示意图；
图2为本发明的伺服驱动器的工作原理图；
图3为本发明的控制器的结构原理图。
图中：1-配流盘，2-缸体，3-中心轴，4-角接触球轴承，5-滚珠丝杠，6-第一轴承端盖，7-泵壳体，8-滚珠螺母，9-伺服电机，10-压力传感器，11-摆角传感器，12-控制器，13-伺服驱动器，14-联轴器，15-密封圈，16-第二轴承端盖，17-轴承。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行进一步详细说明。
一种连续比例调节流量的斜轴式柱塞泵变量机构，如图1所示，包括：配流盘1、缸体2、中心轴3、角接触球轴承4、滚珠丝杠5、第一轴承端盖6、泵壳体7、滚珠螺母8、伺服电机9、压力传感器10、摆角传感器11、控制器12、伺服驱动器13、联轴器14、密封圈15、第二轴承端盖16、轴承17。
所述的中心轴一端穿过配流盘和缸体的中心孔与滚珠螺母连接，滚珠螺母安装在滚珠丝杠上，滚珠丝杠上端通过角接触球轴承与密封圈固定在壳体上，滚珠丝杠的下端通过轴承固定在壳体底端，滚珠丝杠的上端和伺服电机的转轴端通过联轴器连接，伺服电机与伺服驱动器连接；伺服电机驱动滚珠丝杠旋转，带动滚珠螺母沿滚珠丝杠上下移动，从而改变配流盘和缸体的角度，改变泵的排量；压力传感器安装在泵的出口处用以检测泵出口的压力值，摆角传感器安装在泵的壳体上并与配流盘连接用以检测配流盘及缸体的角度变化，压力传感器、摆角传感器和伺服驱动器均与控制器相连，压力传感器和摆角传感器的检测信号均传递给控制器，控制器进行分析比较后，将控制信号传递到伺服驱动器，分别通过伺服驱动器改变伺服电机的转角和转速来实现对斜轴式柱塞泵变量装置的控制，使其根据实际工况需要调节输出流量和功率大小。
所述控制器包括A/D信号转换、D/A信号转换和CPU，所述CPU用于控制、运算、比较并输出信号，所述控制器程序中设定有预设参数，所述预设参数包括伺服电机的预设功率和不同档位，不同流量和摆角对应的所述伺服电机的不同转速和转角。
所述伺服驱动器与伺服电机集成在一起，伺服驱动器的工作原理为：采用基于矢量控制的电流、速度、位置三闭环控制算法，将输入的脉冲信号经过复杂计算，再通过相电压控制PWM来驱动交流伺服电机；伺服驱动器通过外部输入脉冲信号的频率来确定转动速度的大小，通过输入脉冲个数确定转动的角度。伺服驱动器与伺服电机构成一个完整的伺服系统。通过把伺服电机的旋转转化成滚珠螺母的直线运动。伺服电机每旋转一周，滚珠螺母就移动一个螺纹间距的距离。
其中编码器固定在电机的转轴端，通过测量伺服电机的转角和转速将信号传递给驱动器，并与脉冲信号比较计算，实现对电机的运转情况进行控制和检测。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种连续比例调节流量的斜轴式柱塞泵变量机构，包括：配流盘(1)、缸体(2)、中心轴(3)、泵壳体(7)，其特征在于：还包括角接触球轴承(4)、滚珠丝杠(5)、第一轴承端盖(6)、滚珠螺母(8)、伺服电机(9)、压力传感器(10)、摆角传感器(11)、控制器(12)、伺服驱动器(13)、联轴器(14)和密封圈(15)、第二轴承端盖(16)、轴承(17)；
所述的中心轴一端穿过配流盘和缸体的中心孔与滚珠螺母机械连接，滚珠螺母安装在滚珠丝杠上，滚珠丝杠上端通过角接触球轴承与密封圈固定在壳体上，滚珠丝杠的下端通过轴承固定在壳体底端，联轴器将滚珠丝杠的上端和伺服电机的转轴端连接固定，伺服电机与伺服驱动器连接，伺服电机驱动滚珠丝杠旋转，带动滚珠螺母沿滚珠丝杠上下移动，从而改变配流盘和缸体的角度，改变泵的排量；压力传感器安装在泵的出口处用以检测泵出口的压力值；摆角传感器安装在泵的壳体上并与配流盘连接用以检测配流盘及缸体的角度变化：压力传感器、摆角传感器和伺服驱动器均与控制器相连，检测信号均传递给控制器并分别与预设的指令值进行比较，之后把控制信号传递到伺服驱动器，分别通过伺服驱动器改变伺服电机的转角和转速来实现对变量装置的控制，保证柱塞泵可以根据实际工况需要调节输出流量和功率大小；
所述控制器包括有A/D信号转换、D/A信号转换和CPU，所述CPU用于控制、运算、比较并输出信号，所述控制器程序中设定有预设参数，所述预设参数包括伺服电机的预设功率和不同档位，不同流量和摆角对应的所述伺服电机的不同转速和转角；
所述伺服驱动器与伺服电机集成在一起，把伺服电机的旋转转化成滚珠螺母的直线运动：
电机的转轴端固定有编码器，通过测量伺服电机的转角和转速将信号传递给驱动器，并与脉冲信号比较计算，实现对电机的运转情况进行控制和检测。
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