CN113357115A - 一种数字电控泵及其变量伺服控制机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字电控泵及其变量伺服控制机构，包括斜盘；偏置活塞缸，所述偏置活塞缸内设有可轴向滑动的偏置活塞；第一压力室，该第一压力室形成于所述偏置活塞与所述偏置活塞缸之间；变量活塞缸，所述变量活塞缸内设有可轴向滑动的变量活塞，所述变量活塞的面积大于所述偏置活塞的面积；第二压力室，该第二压力室形成于所述变量活塞与所述变量活塞缸之间，且所述第一、第二压力室与同一压力源连通；还包括释压机构，所述释压机构与变量活塞相关联，平衡变量活塞与偏置活塞所受的轴向压力。本发明通过设置释压机构，配合变量活塞构成油泵的伺服变量机械反馈机构，去掉了油泵控制阀，提升控制响应特性的同时，使油泵结构更加紧凑。

Description

一种数字电控泵及其变量伺服控制机构
技术领域
本发明属于数字液压元件技术领域，尤其是涉及一种数字电控泵及其变量伺服控制机构。
背景技术
汽车、机床锻压、冶金、船舶等行业中广泛应用轴向柱塞泵，该轴向柱塞泵利用电动机进行驱动，排出用于驱动各种液压驱动器的工作流体。
目前，随着微控制器技术的发展成熟，微控制器的处理能力越来越强大，使得油泵控制技术的软件化，变得具有可实施性。但是基于传统电比例技术加机械反馈机构，发展而来的轴向柱塞泵，无法满足数字油泵对响应速度的需求。传统的电控泵使用油泵控制阀控制排量，使得中间控制环节复杂，控制响应特性不足，并且零部件数量多。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种控制响应特性高的变量伺服控制机构及采用该变量伺服控制机构的数字电控泵。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种变量伺服控制机构，包括
斜盘；
偏置活塞缸，所述偏置活塞缸内设置有可沿着偏置活塞缸的内壁长度方向滑动的偏置活塞，所述偏置活塞通过第一顶杆与所述斜盘相连；
第一压力室，该第一压力室形成于所述偏置活塞与所述偏置活塞缸之间；
变量活塞缸，所述变量活塞缸内设置有可轴向滑动的变量活塞，该变量活塞通过第二顶杆与所述斜盘相连，所述变量活塞的受压面积大于所述偏置活塞的受压面积；
第二压力室，该第二压力室形成于所述变量活塞与所述变量活塞缸之间，且所述第一、第二压力室与同一个压力源连通；
还包括释压机构，所述释压机构与变量活塞相关联，用于当所述变量活塞运动到预设的位置后，平衡变量活塞与偏置活塞所受的轴向压力。
通过第一压力室与第二压力室连通，使得第一压力室与第二压力室内的工作流体压强相同，并且变量活塞的受压面积大于所述偏置活塞的受压面积，使得变量活塞的输出轴向力大于偏置活塞的输出轴向力，进而使得作用在斜盘上的力矩不为零，斜盘在轴承的支撑下偏转，实现油泵排量的可调。通过设置释压机构，并集成在变量活塞上，配合变量活塞构成油泵的伺服变量机械反馈机构，去掉了油泵控制阀，简化中间控制环节，提升控制响应特性的同时，减少了零部件数量，使油泵结构更加紧凑。
优选的，所述第一顶杆和第二顶杆相对设置于所述斜盘的两侧。
优选的，所述释压机构包括设于所述变量活塞内的释压通道和可滑动套设于所述变量活塞上的伺服套，所述释压通道的进液端与第二压力室连通，且该释压通道的出液端开设于所述变量活塞侧壁上。
优选的，所述释压通道包括沿所述变量活塞轴向设置的轴向流道和沿所述变量活塞径向设置的径向流道，所述轴向流道与所述第二压力室相连通。
优选的，还包括用于驱动所述伺服套滑动的调节机构，所述调节机构包括沿所述伺服套的长度方向设于所述伺服套上的齿条、与所述齿条啮合的主动齿轮、用于驱动所述主动齿轮转动的驱动件。
优选的，所述偏置活塞连接有第一弹性件，当偏置活塞相对偏置活塞缸滑动时，该第一弹性件一端随偏置活塞运动而产生形变。
优选的，所述伺服套一端连接有第二弹性件，当伺服套相对变量活塞滑动时，该第二弹性件一端随伺服套运动而产生形变。
本发明还公开了一种数字电控泵，包括如上述的一种变量伺服控制机构，该数字电控泵还包括
泵体
驱动轴，该驱动件由主电机驱动转动；
缸体，所述缸体随驱动轴同步转动；
多个柱塞，多个柱塞均收纳于所述缸体内设置的多个膛室，且该多个膛室环绕所述驱动轴间隔设置，该膛室与柱塞之间形成有容积室；
所述斜盘上设有与所述柱塞相连的连接面，可偏转的支承于所述驱动轴上，所述斜盘随着所述驱动轴和缸体的旋转而使柱塞往复移动，以使所述容积室扩张、收缩。
优选的，所述泵体上设有供缸体滑动接触的配流盘，该配流盘上设有供工作液体排出的排出口，所述泵体上还设有连通排出口和液压驱动器的出液流路。
优选的，所述第一、第二压力室均与所述排出口或出液流路连通。
综上所述，本发明通过第一压力室与第二压力室连通，使得第一压力室与第二压力室内的工作流体压强相同，并且变量活塞的受压面积大于所述偏置活塞的受压面积，使得变量活塞的输出轴向力大于偏置活塞的输出轴向力，进而使得作用在斜盘上的力矩不为零，斜盘在轴承的支撑下偏转，实现油泵排量的可调。通过设置释压机构，并集成在变量活塞上，配合变量活塞构成油泵的伺服变量机械反馈机构，去掉了油泵控制阀，简化中间控制环节，提升控制响应特性的同时，减少了零部件数量，使油泵结构更加紧凑。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A处的放大图。
图3为图1中斜盘在停机状态处于最大偏角的结构示意图。
图4为图3中B处的放大图。
图5为图1中第一弹性件另一安装位置的结构示意图。
图6为图1中第二弹性件另一安装位置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明专利方案，下面将结合本发明专利实施例中的附图，对本发明专利实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
参考图1，一种数字电控泵及其变量伺服控制机构，该数字电控泵利用主电机(未图示)进行驱动，包括泵体10和收纳于泵体10内空间的驱动轴20、缸体30、膛室31、柱塞32及斜盘40；所述驱动轴20由泵体10进行支承，并从泵体10内向外部突出，与作为动力源的主电机(未图示)相连，在主电机(未图示)驱动下相对泵体10转动以传递动力；所述缸体30由驱动轴20驱动相对泵体10旋转；所述膛室31设有多个，形成于缸体30内部，该膛室31与驱动轴20大致平行设置，且多个膛室31环绕驱动轴20间隔设置；所述柱塞32可滑动插入至所述膛室31内，在膛室31与柱塞32之间形成容积室33，该柱塞32自膛室31内突出，并且该柱塞32一端借助与斜盘40接触的滑靴41被支承于斜盘40上；在缸体30旋转时，柱塞32追随斜盘40而往复移动，从而使容积室33扩张、收缩；所述斜盘40上设有与所述柱塞32相连的连接面，该斜盘40通过轴承42可偏转的支承于所述驱动轴20上，且所述斜盘40上与驱动轴20同步转动。
参考图1，在一些实施例中，所述泵体10的上设有供缸体30滑动接触的配流盘(未图示)，在配流盘(未图示)上形成有与各容积室33相连通的吸入口(未图示)和排出口(未图示)；在泵体10内，缸体30每旋转一周，各柱塞32在膛室31中往复移动一次，在容积室33的吸入行程中，来自工作流体箱(未图示)的工作流体经由配管(未图示)和泵体10内的进液流路(未图示)，并从配流盘吸入口(未图示)被吸入至容积室33中；在容积室33的排出行程中，从容积室33中的流体通过配流盘排出口(未图示)排出，经由泵体10内的出液流路11和配管(未图示)被引导至液压驱动器。
参考图1，在一些实施例中，为使该电控泵的排量可变，所述泵体10上还设有用于调节斜盘40偏转角度的变量控制机构，通过改变斜盘40的偏转角度，进而改变柱塞32在吸入行程、排出行程中的移动距离。所述变量控制机构包括偏置活塞缸51、变量活塞缸53、偏置活塞52及变量活塞54；所述偏置活塞缸51与变量活塞缸53相对设置于驱动轴20的两侧；所述偏置活塞52可滑动设于偏置活塞缸51内，该偏置活塞52与偏置活塞缸51之间形成第一压力室511，且所述偏置活塞52通过第一顶杆55与斜盘40相连；所述变量活塞54可滑动设于变量活塞缸53内，该变量活塞54与变量活塞缸53之间形成第二压力室531，且所述变量活塞54通过第二顶杆56与斜盘40相连；所述第一顶杆55与第二顶杆56相对设置于斜盘40的两侧。
参考图1，在一些实施例中，所述第一、第二压力室均与出液流路或配流盘排出口(未图示)连通，使得第一压力室511和第二压力室531内工作流体的压强相同；所述变量活塞54的受压面积大于所述偏置活塞52的受压面积，使得变量活塞54的输出轴向力大于偏置活塞52的输出轴向力，进而使得作用在斜盘40上的力矩不为零，斜盘40在轴承42的支撑下偏转，改变柱塞32的轴向移动行程，实现油泵排量的可调。
参考图1、图2，在一些实施例中，为实现斜盘40在偏转至设定位置后自动保持稳定，所述泵体10上还设有释压机构，用于当所述变量活塞54运动到设定位置后，对变量活塞54所受的液压力进行释放，平衡变量活塞与偏置活塞所受的轴向压力。所述释压机构包括释压通道61和伺服套62；所述释压通道61的进液端与第二压力室531连通，且该释压通道61的出液端开设于所述变量活塞54侧壁上，该释压通道61包括轴向流道611及径向流道622；所述轴向流道611沿变量活塞54的轴向开设于变量活塞54内部，且该轴向流道611一端与第二压力室531连通；所述径向流道622沿变量活塞54的径向开设于变量活塞54内部，该径向流道622一端与轴向流道611连通；所述泵体10内设有与径向流道622另一端连通的纳油腔(未图示)，该纳油腔(未图示)用于接收从径向流道622排出的工作流体；所说伺服套62可滑动套设于变量活塞54。
当该电控泵处于停机状态，伺服套62遮挡径向流道622以隔绝纳油腔和径向流道622。变量活塞54在液压力的作用下背向第二压力室531轴向伸出后，使得径向流道622从伺服套62的遮挡状态切换至与纳油腔(未图示)导通状态，从而将第二压力室531内的液压油泄掉，维持变量活塞54和偏置活塞52所受液压力的平衡，进而使得变量活塞54停留在伺服套62的设定位置，通过以上过程，使得斜盘40保持在变量活塞54和偏置活塞52的推力相平衡的偏转角度，实现电控泵在指定的排量下工作。因伺服套62与变量活塞54滑动连接，通过调节伺服套62的位置即可间接设定斜盘40的偏转角度，通过伺服套62配合变量活塞54构成油泵的伺服变量机械反馈机构，去掉了油泵控制阀，提升控制响应特性的同时，减少了零部件数量，使油泵结构更加紧凑。
参考图2，在一些实施例中，当径向流道612处于和纳油腔(未图示)处于导通状态时，伺服套62对径向流道612的出液端进行部分遮挡，即可平衡偏置活塞52与变量活塞54的轴向压力，便于电控泵在工作状态下调节斜盘40的角度，实现电控泵排量的实时调节。当电控泵处于稳定工作状态下，调整伺服套62相对变量活塞54背向变量活塞缸53方向移动，伺服套62对径向流道612出液端的遮挡量增大，使得径向流道612的泄流量减少，变量活塞54所受的轴向力大于偏置活塞52所受的轴向力，推动变量活塞54背向变量活塞缸53运动至径向流道612出液端被伺服套部分遮挡位置，从而使得斜盘40的偏置角度增大，提高电控泵的排量。当电控泵处于稳定工作状态下，调整伺服套62相对变量活塞54朝向变量活塞缸53方向移动，伺服套62对径向流道612出液端的遮挡量减少，使得径向流道612的泄流量增大，变量活塞54所受的轴向力小于偏置活塞52所受的轴向力，偏置活塞52通过斜盘40推动变量活塞54朝向变量活塞缸53运动，直至径向流道612出液端被伺服套62部分遮挡位置，从而使得斜盘40的偏置角度减小，降低电控泵的排量。
参考图1，在一些实施例中，所述斜盘40在停机状态下与驱动轴20垂直设置，在对斜盘40的偏转角度进行调节时，变量活塞54工作时对斜盘40向偏转角变大的方向施力，此时配流盘排出口(未图示)位于缸体30靠近偏置活塞缸51一侧，柱塞32在随刚缸体30转动至靠近偏置活塞52一侧时，该柱塞32运动至排出行程中，将容积室33内的工作流体压入配流盘排出口(未图示)，继而通过出液流路11a排出泵体10。
另外，参考图3，在其他实施例中，所述斜盘40b在停机状态下相对驱动轴20处于最大偏角状态，变量活塞54工作时对斜盘40b向偏转角度变小的方向施力，此时配流盘排出口(未图示)位于缸体30靠近变量活塞54一侧，柱塞32在转动至靠近变量活塞54一侧时，该柱塞32运动至排出行程中，将容积室33内的工作流体压入配流盘排出口(未图示)，继而通过出液流路11b排出泵体10。
参考图4，当径向流道612处于和纳油腔(未图示)处于导通状态时，伺服套62对径向流道612的出液端进行部分遮挡，即可平衡偏置活塞52与变量活塞54的轴向压力，便于电控泵在工作状态下调节斜盘40b的角度，实现电控泵排量的实时调节。当电控泵处于稳定工作状态下，调整伺服套62相对变量活塞54背向变量活塞缸53方向移动，伺服套62对径向流道612出液端的遮挡量增大，使得径向流道612的泄流量减少，变量活塞54所受的轴向力大于偏置活塞52所受的轴向力，推动变量活塞54背向变量活塞缸53运动至径向流道612出液端被伺服套部分遮挡位置，从而使得斜盘40b的偏置角度增大，降低电控泵的排量。当电控泵处于稳定工作状态下，调整伺服套62相对变量活塞54朝向变量活塞缸53方向移动，伺服套62对径向流道612出液端的遮挡量减少，使得径向流道612的泄流量增大，变量活塞54所受的轴向力小于偏置活塞52所受的轴向力，偏置活塞52通过斜盘40b推动变量活塞54朝向变量活塞缸53运动，直至径向流道612出液端被伺服套62部分遮挡位置，从而使得斜盘40b的偏置角度减小，提高电控泵的排量。
参考图1，在一些实施例中，所述偏置活塞52上设有延伸部521，所述延伸部521与偏置活塞缸51之间设有第一弹性件57a,该第一弹性件57a设为弹簧，当偏置活塞52相对偏置活塞缸51滑动时，该第一弹性件57a一端随偏置活塞52运动而被压缩，当该电控泵停机后，偏置活塞52在第一弹性件57a的作用下复位进入待机状态。
另外，参考图5，在其他实施例中，所述偏置活塞52上设有延伸部521，所述延伸部521背向所述第一压力室521一端连接有第一弹性件57b，该第一弹性件57b设为弹簧，所述第一弹性件57b一端与泵体10相连，当偏置活塞52相对偏置活塞缸51滑动时，该第一弹性件57b一端随偏置活塞52运动而被拉伸，当该电控泵停机后，偏置活塞52在第一弹性件57b的作用下复位进入待机状态。
参考图1，在一些实施例中，所述伺服套62一端设有控制所述伺服套62复位的第二弹性件63a，该第二性件63a设为弹簧，所述第二弹性件63a一端与泵体10相连，当变量活塞54相对变量活塞缸53滑动时，该第二弹性件63a一端随变量活塞54运动而压缩，当该电控泵停机后，伺服套62在第二弹性件63a的作用下恢复零位。
另外，参考图6，在其他实施例中，所述伺服套62与变量活塞缸53之间设有第二弹性件63b，该第二性件63b设为弹簧，当变量活塞54相对变量活塞缸53滑动时，该第二弹性件63b一端随变量活塞54运动而拉伸，当该电控泵停机后，伺服套62在第二弹性件63b的作用下恢复零位。
参考图1、图2，在一些实施例中，所述泵体10上还设有调整伺服套62位置的调节机构，所述调节机构包括齿条64、主动齿轮65及驱动件66；所述齿条64沿所述伺服套62的长度方向设于所述伺服套62上；所述主动齿轮65支承于泵体10上，且与所述齿条64啮合以驱动齿条64移动，进而改变伺服套62的位置；所述驱动件66设为伺服电机或步进电机，安装于泵体10上，用于驱动主动齿轮65转动，利用伺服电机或步进电机对位置控制的高精度特性和本身具有的位置闭环反馈特性，通过调整伺服套62的位置对斜盘40偏转角度精确控制，从而控制电控泵的排量。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变量伺服控制机构，其特征在于：包括
斜盘；
偏置活塞缸，所述偏置活塞缸内设置有可沿着偏置活塞缸的内壁长度方向滑动的偏置活塞，所述偏置活塞通过第一顶杆与所述斜盘相连；
第一压力室，该第一压力室形成于所述偏置活塞与所述偏置活塞缸之间；
变量活塞缸，所述变量活塞缸内设置有可轴向滑动的变量活塞，该变量活塞通过第二顶杆与所述斜盘相连，所述变量活塞的受压面积大于所述偏置活塞的受压面积；
第二压力室，该第二压力室形成于所述变量活塞与所述变量活塞缸之间，且所述第一、第二压力室与同一个压力源连通；
还包括释压机构，所述释压机构与变量活塞相关联，用于当所述变量活塞运动到预设的位置后，平衡变量活塞与偏置活塞所受的轴向压力。
2.根据权利要求1所述的一种变量伺服控制机构，其特征在于：所述第一顶杆和第二顶杆相对设置于所述斜盘的两侧。
3.根据权利要求1所述的一种变量伺服控制机构，其特征在于：所述释压机构包括设于所述变量活塞内的释压通道和可滑动套设于所述变量活塞上的伺服套，所述释压通道的进液端与第二压力室连通，且该释压通道的出液端开设于所述变量活塞侧壁上。
4.根据权利要求1所述的一种变量伺服控制机构，其特征在于：所述释压通道包括沿所述变量活塞轴向设置的轴向流道和沿所述变量活塞径向设置的径向流道，所述轴向流道与所述第二压力室相连通。
5.根据权利要求3所述的一种变量伺服控制机构，其特征在于：还包括用于驱动所述伺服套滑动的调节机构，所述调节机构包括沿所述伺服套的长度方向设于所述伺服套上的齿条、与所述齿条啮合的主动齿轮、用于驱动所述主动齿轮转动的驱动件。
6.根据权利要求1所述的一种变量伺服控制机构，其特征在于：所述偏置活塞连接有第一弹性件，当偏置活塞相对偏置活塞缸滑动时，该第一弹性件一端随偏置活塞运动而产生形变。
7.根据权利要求3所述的一种变量伺服控制机构，其特征在于：所述伺服套一端连接有第二弹性件，当伺服套相对变量活塞滑动时，该第二弹性件一端随伺服套运动而产生形变。
8.一种数字电控泵，其特征在于：包括如权利要求1-7所述的一种变量伺服控制机构，该数字电控泵还包括
泵体
驱动轴，该驱动件由主电机驱动转动；
缸体，所述缸体随驱动轴同步转动；
多个柱塞，多个柱塞均收纳于所述缸体内设置的多个膛室，且该多个膛室环绕所述驱动轴间隔设置，该膛室与柱塞之间形成有容积室；
所述斜盘上设有与所述柱塞相连的连接面，可偏转的支承于所述驱动轴上，所述斜盘随着所述驱动轴和缸体的旋转而使柱塞往复移动，以使所述容积室扩张、收缩。
9.根据权利要求8所述的一种变量伺服控制机构，其特征在于：所述泵体上设有供缸体滑动接触的配流盘，该配流盘上设有供工作液体排出的排出口，所述泵体上还设有连通排出口和液压驱动器的出液流路。
10.根据权利要求9所述的一种变量伺服控制机构，其特征在于：所述第一、第二压力室均与所述排出口或出液流路连通。
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