CN114135474A - 一种液压柱塞变量双联泵总功率控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液压柱塞变量双联泵总功率控制方法及系统，在液压柱塞变量双联泵的第一泵和第二泵出口压力油处串入第一节流螺堵和第二节流螺堵，通过两个节流螺堵的作用，取得第一泵出口压力油和第二泵出口压力油的平均压力，将该平均压力分别作用于相应的液压柱塞变量双联泵总功率控制阀的恒功率控制阀上，以使得第一泵和第二泵输出流量减小或增大，第一泵和第二泵的总功率维持恒定，实现液压柱塞变量双联泵总功率控制。本发明的整体控制油路简单，易于加工，且零件体积较小。综上，本发明具有能够简化油路、降低加工难度和降低成本的特点。

Description

一种液压柱塞变量双联泵总功率控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种液压柱塞变量双联泵，特别是一种液压柱塞变量双联泵总功率控制方法及系统。
背景技术
在工程机械配套使用的液压柱塞泵中，恒功率控制应用非常广泛，采用恒功率控制的液压柱塞变量泵，可以使得工程机械在执行多个动作时，液压柱塞变量泵输出流量随着负载压力的变化自动调节，最大程度的利用发动机的输出功率。
对于液压柱塞变量单泵而言，通过液压柱塞变量泵自身出口压力信号与控制阀的联合作用，可以较为简单地实现恒功率控制。但当前工程机械，如挖掘机、起重机等，常使用液压柱塞变量双联泵，即两个液压柱塞变量泵并联或串联使用，为控制液压柱塞变量双联泵的总功率不超出发动机的输出功率，需要同时对液压柱塞变量双联泵的两个液压柱塞变量泵进行恒功率控制，如果采用液压柱塞变量单泵的控制方法，仅能限制液压柱塞变量双联泵中两个液压柱塞变量泵各自的最大功率，不能解决在其中一个液压柱塞变量泵消耗功率较小时，另一个液压柱塞变量泵不能最大限度利用发动机输出功率的问题。例如：发动机输出功率100kW，设定液压柱塞变量双联泵中第一泵的最大功率60kW，液压柱塞变量双联泵中第二泵的最大功率40kW，第一泵和第二泵可通过各自的恒功率控制实现消耗功率不超过60kW和40kW，总功率不超过100kW。如果第二泵因为负载较小消耗功率很小时，发动机输出功率主要由第一泵消耗，但第一泵最大功率仅60kW，这样将不能完全利用发动机输出功率；如果在第二泵因为负载较小消耗功率很小时，第一泵能够更多地消耗发动机功率，而不仅限于60kW，便同样能最大限度的利用发动机输出功率，我们将上述能够最大限度利用发动机输出功率的液压柱塞变量双联泵恒功率控制方法称为总功率控制。
为解决上述问题，目前市场上的液压柱塞变量双联泵的总功率控制，多采用第一泵和第二泵恒功率联动控制，将第一泵出口压力信号作用于自身功率控制阀的同时，也作用于第二泵的恒功率控制阀，同时将第二泵的出口压力信号作用于自身功率控制阀的同时，也作用于第一泵的恒功率控制阀，液压柱塞变量双联泵的总功率控制阀，采用三台阶控制阀芯，恒功率控制阀芯通常与恒功率控制阀套配合，恒功率控制阀芯三台阶直径的同轴度要求较高，恒功率控制阀套三台阶内孔的同轴度要求同样较高，否则功率控制阀芯受到液压卡紧力作用，导致功率控制阀芯运动卡滞甚至卡死，总功率控制失效，发动机发生转速下降甚至熄火。对于功率控制阀芯阀套的加工是很大的挑战，而且第一泵和第二泵的出口压力油需要交叉引导至对方的恒功率控制阀芯台阶部位，油路复杂，油路布局和加工都有较大的难度，还可能导致加工有油路的零件体积增大。因此，现有的技术存在着油路复杂以及加工难度较大的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种液压柱塞变量双联泵总功率控制方法及系统。本发明具有能够简化油路、降低加工难度和降低成本的特点。
本发明的技术方案：一种液压柱塞变量双联泵总功率控制方法，在液压柱塞变量双联泵的第一泵和第二泵出口压力油处串入第一节流螺堵和第二节流螺堵，通过两个节流螺堵的作用，取得第一泵出口压力油和第二泵出口压力油的平均压力，将该平均压力分别作用于相应的液压柱塞变量双联泵总功率控制阀的恒功率控制阀上，实现液压柱塞变量双联泵总功率控制。
前述的一种液压柱塞变量双联泵总功率控制方法中，所述恒功率控制阀采用双台阶或无台阶的恒功率控制阀。
一种液压柱塞变量双联泵总功率控制系统，包括第一泵和第二泵，第一泵和第二泵分别设有第一泵出口油路和第二泵出口油路，第一泵出口油路和第二泵出口油路分别连接有变量活塞和总功率控制阀，变量活塞与总功率控制阀相配合；所述第一泵出口油路和第二泵出口油路之间还串联有第一节流螺堵和第二节流螺堵，第一节流螺堵和第二节流螺堵之间设有与总功率控制阀相连通的控制油路。
前述的一种液压柱塞变量双联泵总功率控制系统中，所述总功率控制阀包括相互配合的恒功率控制二级调节机构、恒功率控制一级调节机构、控制弹簧、伺服阀和恒功率控制阀。
前述的一种液压柱塞变量双联泵总功率控制系统中，所述控制弹簧包括相互配合的恒功率控制一级弹簧、恒功率控制二级弹簧和弹簧座。
前述的一种液压柱塞变量双联泵总功率控制系统中，恒功率控制阀包括双台阶或无台阶结构的恒功率控制阀套和恒功率控制阀芯；恒功率控制阀套与变量活塞相联动，恒功率控制阀芯与控制油路相连通。
前述的一种液压柱塞变量双联泵总功率控制系统中，伺服阀包括相互配合的变量控制阀套和变量控制阀芯。
与现有技术相比，本发明将液压柱塞变量双联泵的第一泵和第二泵出口压力油，通过节流螺堵取得第一泵和第二泵的平均压力，该平均压力作用于恒功率控制阀上，以使得第一泵和第二泵输出流量减小或增大，第一泵和第二泵的总功率维持恒定，实现液压柱塞变量双联泵总功率控制。本发明的整体控制油路简单，易于加工，且零件体积较小。与此同时，本发明采用双台阶或无台阶两种恒功率控制阀芯和阀套结构，实现液压柱塞变量双联泵总功率控制，大大降低零部件加工难度，提升总功率控制的可靠性，在实际工作过程中，所受到的液压卡尽力及液压阻尼更小，对于恒功率控制的变量响应特性更好，总功率控制稳定性更佳。综上所述，本发明具有能够简化油路、降低加工难度和降低成本的特点。
附图说明
图1是本发明液压柱塞变量双联泵总功率控制液压原理图；
图2是本发明的双台阶结构的液压柱塞变量双联泵总功率控制阀结构视图；
图3是本发明的无台阶结构的液压柱塞变量双联泵总功率控制阀结构视图。
附图中的标记为：1-第一泵，2-变量活塞，3-恒功率控制阀套，4-恒功率控制阀芯，5-恒功率控制弹簧，6-第一泵出口油路，7-第二泵出口油路，8-第二泵，9-第一节流螺堵，10-第二节流螺堵，11-恒功率控制二级调节机构，12-恒功率控制一级调节机构，13-恒功率控制一级弹簧，14-恒功率控制二级弹簧，15-弹簧座，16-变量控制阀套，17-变量控制阀芯，18-第一油路，19-第二油路，20-第三油路，21-第四油路；22-第五油路。
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。一种液压柱塞变量双联泵总功率控制方法，在液压柱塞变量双联泵的第一泵和第二泵出口压力油处串入第一节流螺堵和第二节流螺堵，通过两个节流螺堵的作用，取得第一泵出口压力油和第二泵出口压力油的平均压力，将该平均压力分别作用于相应的液压柱塞变量双联泵总功率控制阀的恒功率控制阀上，实现液压柱塞变量双联泵总功率控制。
所述恒功率控制阀采用双台阶或无台阶的恒功率控制阀。
一种液压柱塞变量双联泵总功率控制系统，构成如图1至图3所示，包括第一泵1和第二泵8，第一泵1和第二泵8分别设有第一泵出口油路6和第二泵出口油路7，第一泵出口油路6和第二泵出口油路7分别连接有变量活塞2和总功率控制阀，变量活塞2与总功率控制阀相配合；所述第一泵出口油路6和第二泵出口油路7之间还串联有第一节流螺堵9和第二节流螺堵10，第一节流螺堵9和第二节流螺堵10之间设有与总功率控制阀相连通的控制油路。
所述总功率控制阀包括相互配合的恒功率控制二级调节机构11、恒功率控制一级调节机构12、控制弹簧5、伺服阀和恒功率控制阀。
所述控制弹簧5包括相互配合的恒功率控制一级弹簧13、恒功率控制二级弹簧14和弹簧座15。
恒功率控制阀包括双台阶或无台阶结构的恒功率控制阀套3和恒功率控制阀芯4；恒功率控制阀套3与变量活塞2相联动，恒功率控制阀芯4与控制油路相连通。
伺服阀包括相互配合的变量控制阀套16和变量控制阀芯17。
液压柱塞变量双联泵的第一泵1和第二泵8组成结构相同，由变量活塞2的运动实现排量控制，变量活塞2存在变量活塞大端和变量活塞小端，其中，变量活塞2的小端常通第一泵出口油路6或第二泵出口油路7，变量活塞2的大端通油由恒功率控制阀决定。恒功率控制阀由恒功率控制阀套3、恒功率控制阀芯4组成，为三位四通结构阀，恒功率控制阀套3与变量活塞2有联动关系，即当变量活塞2运动时，会引起恒功率控制阀套3产生相应的运动，恒功率控制阀芯4一端受到第一泵出口油路6和第二泵出口油路7的压力油作用，另一端受到控制弹簧5的作用。
在第一泵出口油路6和第二泵出口油路7各自引出油路，分别串入了第一节流螺堵9和第二节流螺堵10，通过两个节流螺堵的作用，取得第一泵出口油路6和第二泵出口油路7的平均压力，该平均压力作用至第一泵1的恒功率控制阀芯4和第二泵8的恒功率控制阀芯4的一端，恒功率控制阀芯4的另外一端受到控制弹簧5的作用。
控制弹簧5使用了恒功率控制一级弹簧13和恒功率控制二级弹簧14，通过恒功率控制一级调节机构12和恒功率控制二级调节机构11，设定恒功率控制一级弹簧13和恒功率控制二级弹簧14的初始弹力。恒功率控制阀套3和恒功率控制阀芯4，主要是引入第一泵出口油路6和第二泵出口油路7的压力信号，产生使恒功率控制阀芯4运动的力，为控制变量活塞2的油液通断，采用由变量控制阀套16和变量控制阀芯17组成的伺服阀。恒功率控制弹簧5的作用力、恒功率控制阀芯4的作用力，通过弹簧座15、变量控制阀芯17、恒功率控制阀芯4的机械接触进行传递，变量控制阀套16与变量活塞2联动，即当变量活塞2发生运动时会引起变量控制阀套16产生相应的运动。第一油路18通壳体腔，第二油路19通变量活塞2的大端，第三油路20、第四油路21串装第一节流螺堵，第五油路22串装第二节流螺堵，取第四油路21和第五油路平均后的压力信号，作用于双台阶结构的恒功率控制阀芯4，将图3所示的第四油路21和第五油路22合理地简化为单油路，其中第一节流螺堵9和第二节流螺堵10为等效节流孔，设平均压力为P，则根据节流孔压力流量公式
Figure BDA0003371790230000081
可以得知，
Figure BDA0003371790230000082
恒功率控制阀套3与恒功率控制阀芯4只有两个台阶，可大大降低加工难度，更好地保证两个台阶圆柱面的同轴度，减小恒功率控制阀芯4卡滞的可能性，大大提升总功率控制稳定性及可靠性，同时液压柱塞变量双联泵的总功率控制油路得到了简化，降低了油路加工难度，可有效减小控制阀的体积。假设其余参数不变，第一泵1的恒功率控制阀芯4设计的Φd1和Φd2台阶面积差为S1，第二泵8的恒功率控制阀芯4设计的Φd1和Φd2台阶面积差为S2，则在总功率控制过程中，有以下关系：
Figure BDA0003371790230000083
Figure BDA0003371790230000084
通过前面所述可知S11＝S12，S21＝S22，通过等式转换可以得知，S1＝2S11＝2S12，S2＝2S21＝2S22。由于第一泵1和第二泵8各自的恒功率控制阀芯4产生位移，所引起的第一泵1或第二泵8发生的流量变化，定义为以下函数关系：
Q1＝f(x1)
Q2＝f(x2)
通过精确计算和合理的结构尺寸设计，使得双台阶恒功率控制阀芯4的受力面积S1和S2满足S1＝2S11＝2S12，S2＝2S21＝2S22，可最终实现液压柱塞变量双联泵的等效总功率控制：
N＝P1Q1+P2Q2。
当采用无台阶结构时，如图3所示，控制原理与目前液压柱塞变量双联泵的恒功率控制近似，第四油路21串装第一节流螺堵9，第五油路22串装第二节流螺堵10，取第四油路21和第五油路22平均后的压力信号，作用于无台阶结构的恒功率控制阀芯4尾部，将第四油路21和第五油路22合理地简化为单油路，其中第一节流螺堵和第二节流螺堵为等效节流孔，设平均压力为P，则根据节流孔压力流量公式
Figure BDA0003371790230000091
可以得知，
Figure BDA0003371790230000092
恒功率控制阀套3与恒功率控制阀芯4没有台阶，可大大降低加工难度，仅需要保证恒功率控制阀套3与恒功率控制阀芯4的配合间隙、圆度即可，不存在圆柱面的同轴度要求，可极大地减小恒功率控制阀芯4卡滞的可能性，大大提升总功率控制稳定性及可靠性，同时液压柱塞变量双联泵的总功率控制油路得到了简化，降低了油路加工难度，可有效减小控制阀的体积。假设其余参数不变，第一泵1的恒功率控制阀芯4设计的直径Φd1面积为S1，第二泵8的恒功率控制阀芯4设计的直径Φd1面积差为S2，则在总功率控制过程中，有以下关系：
Figure BDA0003371790230000093
Figure BDA0003371790230000094
通过前面所述可知S11＝S12，S21＝S22，通过等式转换可以得知，S1＝2S11＝2S12，S2＝2S21＝2S22。由于第一泵1和第二泵8各自的恒功率控制阀芯4产生位移，所引起的第一泵1或第二泵8发生的流量变化，定义为以下函数关系：
Q1＝f(x1)
Q2＝f(x2)
通过精确计算和合理的恒功率控制阀芯4直径尺寸设计，使得无台阶恒功率控制阀芯4的受力面积S1和S2满足S1＝2S11＝2S12，S2＝2S21＝2S22，可最终实现液压柱塞变量双联泵的等效总功率控制：
N＝P1Q1+P2Q2。

Claims (7)

1.一种液压柱塞变量双联泵总功率控制方法，其特征在于：在液压柱塞变量双联泵的第一泵和第二泵出口压力油处串入第一节流螺堵和第二节流螺堵，通过两个节流螺堵的作用，取得第一泵出口压力油和第二泵出口压力油的平均压力，将该平均压力分别作用于相应的液压柱塞变量双联泵总功率控制阀的恒功率控制阀上，实现液压柱塞变量双联泵总功率控制。
2.根据权利要求1所述的一种液压柱塞变量双联泵总功率控制方法，其特征在于：恒功率控制阀采用双台阶或无台阶的恒功率控制阀。
3.实现权利要求1或2所述的一种液压柱塞变量双联泵总功率控制方法的系统，其特征在于：包括第一泵(1)和第二泵(8)，第一泵(1)和第二泵(8)分别设有第一泵出口油路(6)和第二泵出口油路(7)，第一泵出口油路(6)和第二泵出口油路(7)分别连接有变量活塞(2)和总功率控制阀，变量活塞(2)与总功率控制阀相配合；所述第一泵出口油路(6)和第二泵出口油路(7)之间还串联有第一节流螺堵(9)和第二节流螺堵(10)，第一节流螺堵(9)和第二节流螺堵(10)之间设有与总功率控制阀相连通的控制油路。
4.根据权利要求3所述的一种液压柱塞变量双联泵总功率控制系统，其特征在于：所述总功率控制阀包括相互配合的恒功率控制二级调节机构(11)、恒功率控制一级调节机构(12)、控制弹簧(5)、伺服阀和恒功率控制阀。
5.根据权利要求3所述的一种液压柱塞变量双联泵总功率控制系统，其特征在于：所述控制弹簧(5)包括相互配合的恒功率控制一级弹簧(13)、恒功率控制二级弹簧(14)和弹簧座(15)。
6.根据权利要求3所述的一种液压柱塞变量双联泵总功率控制系统，其特征在于：恒功率控制阀包括双台阶或无台阶结构的恒功率控制阀套(3)和恒功率控制阀芯(4)；恒功率控制阀套(3)与变量活塞(2)相联动，恒功率控制阀芯(4)与控制油路相连通。
7.根据权利要求3所述的一种液压柱塞变量双联泵总功率控制系统，其特征在于：伺服阀包括相互配合的变量控制阀套(16)和变量控制阀芯(17)。
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