CN114704516A - 齿轮式泵压力调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及齿轮式泵压力调节系统，齿轮泵的高压出油口共设三条主路，第一主路连接伺服作动机构，第二主路连接电液伺服阀的P口，电液伺服阀的A口共设两条主路，第一主路连接旁通活门第一接口，第二主路连接第一层板节流器的进口，电液伺服阀的B口共设两条主路，第一主路连接旁通活门第二接口，第二主路连接第二层板节流器的进口，电液伺服阀的T口、第一以及第二层板节流器的出口连接油槽，齿轮泵的高压出油口第三主路共设两条支路，第一支路与旁通活门第三接口连接，第二支路与旁通活门第四接口连接，旁通活门第五接口连接齿轮泵的低压进油口。本发明实现了齿轮泵压力按需可调，扩展了齿轮泵的应用范围，保证了伺服作动机构的控制品质。

Description

齿轮式泵压力调节系统
技术领域
本发明属于液压机械技术领域，具体地说是一种齿轮式泵压力调节系统。
背景技术
航空发动机在正常工作过程中需要进行变几何形状的调节，调节过程中需要克服各种气动、机械等负载力。现代航空发动机变几何形状的调节基本均采用液压伺服作动系统实现，伺服作动系统主要由作动油源、伺服控制机构及作动机构等构成。其中作动油源的主要功能维持所需要的压力，从而使作动机构可以克服负载力，并能够按照设计的控制规律运动。
目前伺服作动系统普遍采用高压柱塞泵作为伺服作动油源，通过控制斜盘角度以获得期望的压力。由于柱塞泵斜盘角度调节机构响应较慢，因而限制了压力调节响应的快速性，同时伺服作动机构的动作过程中，需求的流量是不断变化的，因此需要斜盘调节机构快速调节，由于伺服作动机构的频带较伺服泵压力控制较高，因此伺服泵后压力往往出现低频波动，严重影响伺服回路控制品质。同时由于柱塞泵中存在精密的摩擦副，因此对油液污染十分敏感，导致柱塞泵可靠性较低，寿命偏短，成为制约伺服作动系统寿命和可靠性的短板。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种可以降低对油液污染度的要求、提高伺服作动机构的寿命和可靠性并保证伺服作动回路的控制品质。
按照本发明提供的技术方案，所述齿轮式泵压力调节系统，它包括齿轮泵、电液伺服阀、第一层板节流器、旁通活门与第二层板节流器；
所述旁通活门包括在阀芯、阀套和复位弹簧，在阀套内形成相互隔绝的左腔、连通腔、中腔与右腔，在阀套上设有旁通活门第一接口、旁通活门第二接口、旁通活门第三接口、旁通活门第四接口与旁通活门第五接口，旁通活门第一接口与左腔连通，旁通活门第二接口与中腔连通，旁通活门第三接口与右腔连通，旁通活门第四接口、旁通活门第五接口均与连通腔连通，且左腔作用在阀芯上的面积与中腔作用在阀芯上的面积相等；
所述齿轮泵的高压出油口共设三条主路，第一主路连接伺服作动机构，第二主路连接电液伺服阀的P口，电液伺服阀的T口连接油槽，电液伺服阀的A口共设两条主路，第一主路连接所述旁通活门第一接口，第二主路连接所述第一层板节流器的进口，第一层板节流器的出口连接油槽，电液伺服阀的B口共设两条主路，第一主路连接旁通活门第二接口，第二主路连接所述第二层板节流器的进口，第二层板节流器的出口连接油槽，所述齿轮泵的高压出油口第三主路共设两条支路，第一支路与旁通活门第三接口连接，第二支路与旁通活门第四接口连接，旁通活门第五接口连接齿轮泵的低压进油口。
作为优选，还包括定压活门，所述齿轮泵的高压出油口第二主路连接定压活门的进口，定压活门的出口连接所述电液伺服阀的P口。
本发明的优点如下：
1.本发明的齿轮式泵压力调节系统，实现了齿轮泵压力按需可调，可以扩展齿轮泵的应用范围，如采用齿轮泵作为伺服作动机构的油源替代传统的柱塞式泵，可以降低对油液污染度的要求，提高伺服作动机构的寿命和可靠性。
2.本发明采用高频响电液伺服阀控制旁通活门的开度，并在旁通活门结构上引入压力反馈，可作为伺服油源解决传统柱塞式伺服泵压力控制的响应快速性和精度问题，保证了伺服作动回路的控制品质。
3.后续可以在齿轮泵后设置压力传感器以实时检测齿轮泵压力，通过电反馈及控制律校正可以综合提高齿轮泵压力的控制精度及响应特性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中旁通活门的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明的齿轮式泵压力调节系统，它包括齿轮泵1、电液伺服阀2、第一层板节流器3、旁通活门4与第二层板节流器6；
所述旁通活门4包括在阀芯4.1、阀套4.2和复位弹簧4.3，在阀套4.2内形成相互隔绝的左腔、连通腔、中腔与右腔，在阀套4.2上设有旁通活门第一接口4.21、旁通活门第二接口4.22、旁通活门第三接口4.23、旁通活门第四接口4.24与旁通活门第五接口4.25，旁通活门第一接口4.21与左腔连通，旁通活门第二接口4.22与中腔连通，旁通活门第三接口4.23与右腔连通，旁通活门第四接口4.24、旁通活门第五接口4.25均与连通腔连通，且左腔作用在阀芯4.1上的面积与中腔作用在阀芯4.1上的面积相等且均为A1，右腔作用在阀芯4.1上的面积为A2；
所述齿轮泵1的高压出油口(齿轮泵1的高压出油口压力记为Pout)共设三条主路，第一主路连接伺服作动机构，第二主路连接定压活门5的进口，定压活门5的出口连接所述电液伺服阀2的P口，电液伺服阀2的T口连接油槽，电液伺服阀2的A口共设两条主路，第一主路连接所述旁通活门第一接口4.21，第二主路连接所述第一层板节流器3的进口，第一层板节流器3的出口连接油槽，电液伺服阀2的B口共设两条主路，第一主路连接旁通活门第二接口4.22，第二主路连接所述第二层板节流器6的进口，第二层板节流器6的出口连接油槽，所述齿轮泵1的高压出油口第三主路共设两条支路，第一支路与旁通活门第三接口4.23连接，第二支路与旁通活门第四接口4.24连接，旁通活门第五接口4.25连接齿轮泵1的低压进油口(齿轮泵1的低压进油口压力记为Pin)。
如图1所示，工作时，通过给电液伺服阀2输入控制电流信号I，电液伺服阀2输出与电流信号成比例的流量Q，其中电液伺服阀2的流量输出控制口A口和B口分别通过第一层板节流器3和第二层板节流器6与低压相连。在第一层板节流器3和第二层板节流器6的节流作用下，电液伺服阀2的两个控制腔输出恒定压差(PA-PB)。
两股控制油之间的压差(PA-PB)取决于输入的电流信号I、电液伺服阀的流量压力特性Q(P)、第一层板节流器3的流量压力特性Q3(P)和第二层板节流器6的流量压力特性Q6(P)。在电液伺服阀2、第一层板节流器3和第二层板节流器6的流量压力特性已经确定的情况下，电液伺服阀2的两个控制腔输出压差(PA-PB)仅与控制电流信号I相关，即
PA-PB＝f(I)
由于电液伺服阀2采用齿轮泵1的高压出油口输出的高压油作为油源，为保证电液伺服阀2的控制性能不受齿轮泵1的后压力影响，因此设置定压活门5，将电液伺服阀2的进口压力P维持为定值，从而提高压力控制精度。
为提高压力控制精度，旁通活门4进行了以下设计。旁通活门4的具体结构见图2：
旁通活门4上设计5个通油口：旁通活门第一接口4.21、旁通活门第二接口4.22、旁通活门第三接口4.23、旁通活门第四接口4.24与旁通活门第五接口4.25，其中，旁通活门第一接口4.21与电液伺服阀2的A口连接，旁通活门第二接口4.22与电液伺服阀2的B口连接，旁通活门第三接口4.23与齿轮泵1的高压出油口连接，旁通活门第四接口4.24与齿轮泵1的高压出油口连接，旁通活门第五接口4.25与齿轮泵1的低压进油口连接。其中，旁通活门第一接口4.21、旁通活门第二接口4.22与旁通活门第三接口4.23起主要控制作用，其力平衡状态决定了旁通活门4中阀芯4.1的位移，旁通活门第四接口4.24与旁通活门第五接口4.25连通，采用圆形型孔，主要起旁通多余燃油流量作用。
设定电液伺服阀2的控制腔的控制油PA和PB分别作用在面积A1上，齿轮泵1的后压力作用在面积A2上。控制油作用力方向(定义为PA较大时的运动方向)与齿轮泵1的后压力的作用力方向相反，旁通活门4开度增大的方向与齿轮泵1的后压力的作用力方向相同。在旁通活门4处于平衡状态时，旁通活门4控制腔的指令压差(PA-PB)形成的驱动力与齿轮泵1的高压出油口压力Pout形成的负载力和弹簧力相平衡。
此时满足
(PA-PB)A1＝PoutA2+K(X0+X)
其中：
PA--电液伺服阀2的A腔压力；
PB--电液伺服阀2的B腔压力；
A1--电液伺服阀的PA和PB腔在阀芯4.1上的作用面积；
A2--齿轮泵1的高压出油口压力Pout在阀芯4.1上的作用面积；
K--复位弹簧4.3的刚度；
X0--复位弹簧4.3的预压缩量；
X--阀芯4.1的位移。
在设计时，复位弹簧4.3的弹簧力较小，一般可以忽略，因此近似满足
(PA-PB)A1≈PoutA2
由此可以得到：
Figure BDA0003609304460000041
可见，当旁通活门4设计确定后，A1/A2也随之确定，齿轮泵1的高压出油口压力Pout仅取决于电液伺服阀2的控制腔输出压差(PA-PB)。由于压差(PA-PB)仅取决于电液伺服阀2的输入电流信号I，因此齿轮泵1的高压出油口压力Pout就仅仅取决于电液伺服阀2的输入电流信号I。
在恒定输入电流信号I的指令下，若齿轮泵1转速升高或齿轮泵1后需求流量降低，则引起齿轮泵1的高压出油口压力Pout升高，此时力平衡被打破，旁通活门4中的阀芯4.1向开度增大的方向(即阀芯4.1向左)运动，增加与齿轮泵1的低压进油口压力Pin的沟通面积，进而降低齿轮泵1的高压出油口压力Pout，从而保证在电液伺服阀2信号I给定不变时，齿轮泵1的高压出油口压力Pout近似不变。
反之若齿轮泵1的转速降低或齿轮泵1后需求流量增加，则引起齿轮泵1的高压出油口压力Pout降低，此时旁通活门4中的阀芯4.1向开度变小的方向(即阀芯4.1向右)运动，减小与齿轮泵1的低压进油口压力Pin的沟通面积，进而增加齿轮泵1的高压出油口压力Pout，从而保持在电液伺服阀2信号I给定不变时，齿轮泵1的高压出油口压力Pout近似不变。
因此在恒定电流指令I下，齿轮泵1的高压出油口压力Pout只与电流指令I相关，与齿轮泵1转速和齿轮泵1后的需求流量基本无关。
由于电液伺服阀2及旁通活门4频响较高，且具备机械压力反馈功能，因此，本发明的齿轮式泵压力调节系统具有高频响、高精度的特点，可以克服传统控制系统的缺点。

Claims (2)

1.一种齿轮式泵压力调节系统，其特征是：它包括齿轮泵（1）、电液伺服阀（2）、第一层板节流器（3）、旁通活门（4）与第二层板节流器（6）；
所述旁通活门（4）包括在阀芯（4.1）、阀套（4.2）和复位弹簧（4.3），在阀套（4.2）内形成相互隔绝的左腔、连通腔、中腔与右腔，在阀套（4.2）上设有旁通活门第一接口（4.21）、旁通活门第二接口（4.22）、旁通活门第三接口（4.23）、旁通活门第四接口（4.24）与旁通活门第五接口（4.25），旁通活门第一接口（4.21）与左腔连通，旁通活门第二接口（4.22）与中腔连通，旁通活门第三接口（4.23）与右腔连通，旁通活门第四接口（4.24）、旁通活门第五接口（4.25）均与连通腔连通，且左腔作用在阀芯（4.1）上的面积与中腔作用在阀芯（4.1）上的面积相等；
所述齿轮泵（1）的高压出油口共设三条主路，第一主路连接伺服作动机构，第二主路连接电液伺服阀（2）的P口，电液伺服阀（2）的T口连接油槽，电液伺服阀（2）的A口共设两条主路，第一主路连接所述旁通活门第一接口（4.21），第二主路连接所述第一层板节流器（3）的进口，第一层板节流器（3）的出口连接油槽，电液伺服阀（2）的B口共设两条主路，第一主路连接旁通活门第二接口（4.22），第二主路连接所述第二层板节流器（6）的进口，第二层板节流器（6）的出口连接油槽，所述齿轮泵（1）的高压出油口第三主路共设两条支路，第一支路与旁通活门第三接口（4.23）连接，第二支路与旁通活门第四接口（4.24）连接，旁通活门第五接口（4.25）连接齿轮泵（1）的低压进油口。
2.如权利要求1所述的齿轮式泵压力调节系统，其特征是：还包括定压活门（5），所述齿轮泵（1）的高压出油口第二主路连接定压活门（5）的进口，定压活门（5）的出口连接所述电液伺服阀（2）的P口。
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