CN114790974A - 可变排量对置式柱塞泵及其变排量计算方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种可变排量对置式柱塞泵及其变排量计算方法，优化柱塞泵的结构，设置用于驱动对置式柱塞组件的变排量调节机构，通过分别确定由带棘轮机构齿轮组和不带棘轮机构齿轮组驱动的阳柱塞和阴柱塞之间的最大位移量，来建立最大位移量与对置式柱塞泵的排量变化关系，再根据棘轮机构中棘轮棘齿转动数目与阳柱塞和阴柱塞相位差的关系，确定对置式柱塞泵的排量与棘轮机构中棘轮棘齿数目的关系。本发明满足不同工况下对排量大小有不同要求的高精度调节需求，实现泵体组件内柱塞内腔容积的自适应调节，依据实际工况调节润滑油流量和流速，优化动力装备能量分布，减少机械损失，从而提升液压类装备的使用可靠性和环境适应性。

Description

可变排量对置式柱塞泵及其变排量计算方法
技术领域
本发明属于柱塞泵技术领域，具体涉及一种可变排量对置式柱塞泵及其变排量计算方法。
背景技术
在高寒、高温等恶劣环境下，柴油机工作可靠性高。目前其依然是特种动力装备动力系统的主流形式。然而全球石油资源危机严峻，我国石油进口依存度已超过70％，直接威胁国家能源安全。解决问题的关键就是开源节流。“开源”增加燃油供应量，短期内很难实现；“节流”减少能量损失，最为可行有效。机械损失是柴油机的主要能量损失之一，其70％的损耗直接与润滑系统相关。传统定量泵油压随发动机转速线性升高，高速时油压远超实际需求，多余的机油会从限压阀泄掉损失能量。变量泵可有效弥补这一缺点，减少发动机0.5％-3％的燃油消耗。因而变排量泵是减小机械损失的关键技术之一。变量油泵的技术特征是容积腔的变化方式，主要分为叶片式、转子式、齿轮式和柱塞式。叶片式变排量泵结构紧凑，适用范围广，结构设计自由度大；与转子式和齿轮式相比，同尺寸的叶片泵排量大；由于机油压力和流量降低，泵送次数减少，因此可减少传动噪声，延长机油寿命，减少滤清器和冷却器成本。然而其对机油清洁度要求高，零部件较多，制造精度高，叶片易磨损；叶片式变排量泵成本约高出定排量泵50％-75％；且有一定的压力脉动和响应迟滞。传统柱塞泵与叶片泵优势相当，但其排量可变调节较为复杂，直接导致成本较高。因而，有必要设计一种排量范围大、容积效率高、振动噪声小、可靠性高和调节性能优的变排量泵。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种可变排量对置式柱塞泵及其变排量计算方法，优化柱塞泵的结构，设置用于驱动对置式柱塞组件的变排量调节机构，建立最大位移量与对置式柱塞泵的排量变化关系，再根据变排量调节机构中棘轮棘齿转动数目与阳柱塞和阴柱塞相位差的关系，确定对置式柱塞泵的排量与棘轮机构中棘轮棘齿数目的关系，从而实现泵体组件内部吸压油或排量的可靠调整，满足不同工况下对排量大小有不同要求的高精度调节需求，实现泵体组件内柱塞内腔容积的自适应调节，依据实际工况调节润滑油流量和流速，优化动力装备能量分布，减少机械损失，从而提升液压类装备的使用可靠性和环境适应性。
本发明采用的技术方案：可变排量对置式柱塞泵，包括泵体组件、设于泵体组件内腔中部的对置式柱塞组件、设于泵体组件内腔两端并与对置式柱塞组件对应端接触的曲柄连杆机构，所述泵体组件中部外壁上对称设有与其内腔连通并用于分别安装进油阀和出油阀的进油阀接头和出油阀接头，所述泵体组件中部转动安装有驱动组件且位于泵体组件两端外侧的变排量调节机构与驱动组件连接，而变排量调节机构的两个输出端分别与对应端曲柄连杆机构的输入端连接，并通过驱动组件经变排量调节机构驱动泵体组件内腔两端的曲柄连杆机构同时转动或单侧转动后，实现向泵体组件内部吸压油或排量调整。
其中，所述泵体组件采用柱塞套和位于柱塞套两端的曲轴箱组成的分体式结构，所述柱塞套的主体为空心圆柱，且空心圆柱两端均固定有用于与曲轴箱连接的法兰盘，所述柱塞套中部外壁上固定有中心套且驱动组件中的中心轴一端转动安装于中心套内；所述曲轴箱包括曲轴箱主体和曲轴箱盖，所述曲轴箱主体为长方体管柱贯穿连接于半圆形空心柱外弧面而形成的空心组合体，所述曲轴箱盖为半圆形空心柱结构且曲轴箱盖和曲轴箱主体的半圆形空心柱开口端均设有对接固连的方形法兰板，所述柱塞套的中空内腔形成了柱塞内腔，所述曲轴箱主体中的长方体管柱内腔形成了活塞腔，所述曲轴箱主体中的半圆形空心柱与曲轴箱盖对接固连后形成了曲轴内腔。
进一步地，所述对置式柱塞组件包括阴柱塞、阳柱塞和弹簧，所述阴柱塞和阳柱塞均为T型柱状结构，且阴柱塞和阳柱塞的大头端分别位于泵体组件两端的活塞腔内，所述阴柱塞和阳柱塞上均套装有一端抵于柱体大头端台阶面上而另一端抵于泵体组件中柱塞套端面的弹簧，所述阴柱塞和阳柱塞的小头端伸入泵体组件中的柱塞内腔内，且阴柱塞和阳柱塞小头端端面相向设置并分别为相互适配的凹型曲面和凸型曲面，所述泵体组件中部外壁上的进油阀接头和出油阀接头位于阴柱塞和阳柱塞小头端之间。
进一步地，所述驱动组件包括电机和与电机连接的中心轴，所述中心轴转动安装于泵体组件中部外壁上，且中心轴与变排量调节机构的两个输入端固定连接，并通过电机带动中心轴转动后驱动变排量调节机构运转。
进一步地，所述变排量调节机构包括带棘轮机构齿轮组和不带棘轮机构齿轮组，所述不带棘轮机构齿轮组包括中心轴齿轮、中间齿轮和从动齿轮，所述带棘轮机构齿轮组包括棘轮机构、中间齿轮和从动齿轮，所述中心轴齿轮和棘轮机构由内向外依次固定于中心轴上，所述泵体组件两端的曲轴箱主体中长方体管柱上均转动安装有齿轮轴，所述带棘轮机构齿轮组和不带棘轮机构齿轮组中的中间齿轮分别安装于对应侧的齿轮轴上，且带棘轮机构齿轮组中的中间齿轮与棘轮机构啮合，而不带棘轮机构齿轮组中的中间齿轮与中心轴齿轮啮合，所述带棘轮机构齿轮组和不带棘轮机构齿轮组中与中间齿轮啮合的从动齿轮分别固定于曲柄连杆机构中的曲柄轴上。
进一步地，所述棘轮机构包括固定于中心轴上的机架轮、棘爪和棘轮，所述机架轮外圆周面上圆周均布有多个棘爪槽，且棘爪槽两侧壁上均制有贯穿至机架轮对应端端面上的销轴孔，所述棘爪尾部适配于棘爪槽内，并通过贯穿棘爪下端销孔和机架轮两端面销轴孔的销轴将棘爪尾部安装于棘爪槽内，相邻所述棘爪之间的机架轮外圆周壁上固定有支撑台，所述支撑台上制有安装槽且棘爪限位弹簧一端位于安装槽内，而棘爪限位弹簧另一端位于棘爪中部的盲孔内，所述棘轮外圆为齿轮结构并与带棘轮机构齿轮组中的中间齿轮啮合，所述棘轮内圈壁上设有与棘爪数量相同的棘齿槽，且棘爪头部适配于对应位置的棘齿槽内。
进一步地，所述曲柄连杆机构包括曲柄轴、连杆和活塞，所述泵体组件两端的曲轴箱上均转动安装有一端伸至曲轴箱外部的曲柄轴，位于所述曲轴箱内的曲柄固定于曲柄轴上，所述曲柄端部与连杆一端铰接，且连杆另一端与设于泵体组件中的活塞腔内的活塞对应端铰接，并通过转动后的曲柄轴带动活塞在活塞腔内直线往复运动。
可变排量对置式柱塞泵变排量计算方法，通过分别确定由带棘轮机构齿轮组和不带棘轮机构齿轮组驱动的阳柱塞和阴柱塞之间的最大位移量，来建立最大位移量与对置式柱塞泵的排量变化关系，再根据棘轮机构中棘轮棘齿转动数目与阳柱塞和阴柱塞相位差的关系，确定对置式柱塞泵的排量与棘轮机构中棘轮棘齿数目的关系，具体计算步骤如下：
1)确定阳柱塞和阴柱塞之间的最大位移量：设与带棘轮机构齿轮组连接的曲柄轴中心为O1，与不带棘轮机构齿轮组连接的曲柄轴中心为O2，x1为带棘轮机构齿轮组驱动的阳柱塞位移，x2为不带棘轮机构齿轮组驱动的阴柱塞位移，r为曲柄的半径，l为连杆的长度，λ为曲柄半径与连杆的长度比，即λ＝r/l，θ为进气侧曲轴转角，ω为曲轴的旋转角速度，γ为阳柱塞和阴柱塞的相位差，则确定阳柱塞和阴柱塞的位移分别如下：
Figure BDA0003604180050000051
Figure BDA0003604180050000052
阳柱塞和阴柱塞之间的位移量为x(θ)为：
x(θ)＝x1(θ)+x2(θ)
Figure BDA0003604180050000053
对置柱塞泵的排量由阳柱塞和阴柱塞之间的最大位移量决定，而阳柱塞和阴柱塞之间的最大位移量的具体计算公式如下：
对x(θ)求导得：
Figure BDA0003604180050000061
令
Figure BDA0003604180050000062
即：
Figure BDA0003604180050000063
所以得到：
Figure BDA0003604180050000064
当
Figure BDA0003604180050000065
时，位移最大值为：
Figure BDA0003604180050000066
2)确定阳柱塞和阴柱塞之间的最大位移量与对置式柱塞泵排量的变化关系Vp：
对置柱塞泵的排量变化的计算公式如下：
Figure BDA0003604180050000067
3)确定对置式柱塞泵与棘轮机构中棘轮棘齿数目的关系：
阳柱塞和阴柱塞的相位差γ由棘轮总棘齿数目n和转过的棘齿数共同决定，当驱动组件经变排量调节机构驱动泵体组件内腔两端的曲柄连杆机构单侧转动时，每转动一个棘齿，阳柱塞和阴柱塞相位差γ转动
Figure BDA0003604180050000068
转动t个棘齿，阳柱塞和阴柱塞相位差γ转动
Figure BDA0003604180050000069
由此可得对置柱塞泵与棘轮机构棘齿数的关系：
Figure BDA0003604180050000071
本发明与现有技术相比的优点：
1、本技术方案优化柱塞泵的结构，设置用于驱动对置式柱塞组件的变排量调节机构，通过驱动组件经变排量调节机构驱动泵体组件内腔两端的曲柄连杆机构同时转动或单侧转动后，实现向泵体组件内部吸压油或排量调整，满足不同工况下对排量大小有不同要求的高精度调节需求，实现泵体组件内柱塞内腔容积的自适应调节，调节范围大；
2、本技术方案通过建立最大位移量与对置式柱塞泵的排量变化关系，再根据变排量调节机构中棘轮棘齿转动数目与阳柱塞和阴柱塞相位差的关系，确定对置式柱塞泵的排量与棘轮机构中棘轮棘齿数目的关系，从而实现对柱塞泵排量的高精度调节；
3、本技术方案在泵体组件内部有两个柱塞内腔内设置端部凹凸适配的阳柱塞和阴柱塞组成的对置式柱塞组件的设计，在一定程度上克服由变排量引起的压力脉动，提高工作稳定性，结构密封性较好，结合阳柱塞和阴柱塞运动，泵端压力很容易可达到200MPa以上；
4、本技术方案机械结构简单，不涉及复杂的控制系统，运行可靠，同时对润滑油的清洁度要求也较低，可以在更为恶劣的环境下工作，可靠性高，维护使用也更为便捷；
5、本技术方案采用分体式结构的泵体组件，使得泵体形式紧凑简单，便于多个柱塞内腔以及泵体与装备模块化集成，使得对置式柱塞泵有更广阔的应用空间，可推广到航空、船舶、民用汽车、工程机械等领域。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明立体结构示意图；
图3为本发明泵体组件立体结构示意图；
图4为本发明柱塞套结构示意图；
图5为本发明阳柱塞和阴柱塞分布位置示意图；
图6为本发明曲轴箱主体立体结构示意图；
图7为本发明曲轴箱盖立体结构示意图；
图8为本发明棘轮机构结构示意图；
图9为本发明机架轮结构示意图；
图10为本发明棘轮结构示意图；
图11为本发明可变排量对置柱塞泵各参数关系原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的图1-11，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
可变排量对置式柱塞泵，如图1-2所示，包括泵体组件1、设于泵体组件1内腔中部的对置式柱塞组件2、设于泵体组件1内腔两端并与对置式柱塞组件2对应端接触的曲柄连杆机构3，所述泵体组件1中部外壁上对称设有与其内腔连通并用于分别安装进油阀和出油阀的进油阀接头和出油阀接头，所述泵体组件1中部转动安装有驱动组件5且位于泵体组件1两端外侧的变排量调节机构与驱动组件5连接，而变排量调节机构的两个输出端分别与对应端曲柄连杆机构3的输入端连接，并通过驱动组件5经变排量调节机构驱动泵体组件1内腔两端的曲柄连杆机构3同时转动或单侧转动后，实现向泵体组件1内部吸压油或排量调整。
如图3-4所示，泵体组件1的具体结构如下：所述泵体组件1采用柱塞套1-1和位于柱塞套1-1两端的曲轴箱1-2组成的分体式结构，所述柱塞套1-1的主体为空心圆柱，且空心圆柱两端均固定有用于与曲轴箱1-2连接的法兰盘1-3，所述柱塞套1-1中部外壁上固定有中心套1-4且驱动组件5中的中心轴5-1一端转动安装于中心套1-4内；所述曲轴箱1-2包括曲轴箱主体1-6和曲轴箱盖1-7，所述曲轴箱主体1-6为长方体管柱贯穿连接于半圆形空心柱外弧面而形成的空心组合体，所述曲轴箱盖1-7为半圆形空心柱结构且曲轴箱盖1-7和曲轴箱主体1-6的半圆形空心柱开口端均设有对接固连的方形法兰板，所述柱塞套1-1的中空内腔形成了柱塞内腔1-8，所述曲轴箱主体1-6中的长方体管柱内腔形成了活塞腔1-9，所述曲轴箱主体1-6中的半圆形空心柱与曲轴箱盖1-7对接固连后形成了曲轴内腔1-5。
如图2、5所示，对置式柱塞组件2的具体结构如下：所述对置式柱塞组件2包括阴柱塞2-1、阳柱塞2-2和弹簧2-3，所述阴柱塞2-1和阳柱塞2-2均为T型柱状结构，且阴柱塞2-1和阳柱塞2-2的大头端分别位于泵体组件1两端的活塞腔1-9内，所述阴柱塞2-1和阳柱塞2-2上均套装有一端抵于柱体大头端台阶面上而另一端抵于泵体组件1中柱塞套1-1端面的弹簧2-3，所述阴柱塞2-1和阳柱塞2-2的小头端伸入泵体组件1中的柱塞内腔1-8内，且阴柱塞2-1和阳柱塞2-2小头端端面相向设置并分别为相互适配的凹型曲面和凸型曲面，所述泵体组件1中部外壁上的进油阀接头和出油阀接头位于阴柱塞2-1和阳柱塞2-2小头端之间。
驱动组件5具体如下：所述驱动组件5包括电机和与电机连接的中心轴5-1，所述中心轴5-1转动安装于泵体组件1中部外壁上，且中心轴5-1与变排量调节机构的两个输入端固定连接，并通过电机带动中心轴5-1转动后驱动变排量调节机构运转。
如图1所示，变排量调节机构的具体结构如下：所述变排量调节机构包括带棘轮机构齿轮组和不带棘轮机构齿轮组，所述不带棘轮机构齿轮组包括中心轴齿轮6、中间齿轮7和从动齿轮8，所述带棘轮机构齿轮组包括棘轮机构、中间齿轮7和从动齿轮8，所述中心轴齿轮6和棘轮机构由内向外依次固定于中心轴5-1上，所述泵体组件1两端的曲轴箱主体1-6中长方体管柱上均转动安装有齿轮轴9，所述带棘轮机构齿轮组和不带棘轮机构齿轮组中的中间齿轮7分别安装于对应侧的齿轮轴9上，且带棘轮机构齿轮组中的中间齿轮7与棘轮机构啮合，而不带棘轮机构齿轮组中的中间齿轮7与中心轴齿轮6啮合，所述带棘轮机构齿轮组和不带棘轮机构齿轮组中与中间齿轮7啮合的从动齿轮8分别固定于曲柄连杆机构3中的曲柄轴3-1上。
如图8-10所示，所述棘轮机构包括固定于中心轴5-1上的机架轮10、棘爪11和棘轮12，所述机架轮10外圆周面上圆周均布有多个棘爪槽13，且棘爪槽13两侧壁上均制有贯穿至机架轮10对应端端面上的销轴孔14，所述棘爪11尾部适配于棘爪槽13内，并通过贯穿棘爪11下端销孔和机架轮10两端面销轴孔14的销轴将棘爪11尾部安装于棘爪槽13内，相邻所述棘爪11之间的机架轮10外圆周壁上固定有支撑台15，所述支撑台15上制有安装槽且棘爪限位弹簧4一端位于安装槽内，而棘爪限位弹簧4另一端位于棘爪11中部的盲孔内，所述棘轮12外圆为齿轮结构并与带棘轮机构齿轮组中的中间齿轮7啮合，所述棘轮12内圈壁上设有与棘爪数量相同的棘齿槽，且棘爪11头部适配于对应位置的棘齿槽内，上述结构中，棘爪11为拉长的水滴形，棘轮12外圆为齿轮结构用于与中间齿轮7啮合传递运动，棘轮12内侧设置有与棘爪11数目相同的棘齿，用于与棘爪11配合传递运动。
如图6-7所示，所述曲柄连杆机构3包括曲柄轴3-1、连杆3-2和活塞3-3，所述泵体组件1两端的曲轴箱1-2上均转动安装有一端伸至曲轴箱1-2外部的曲柄轴3-1，位于所述曲轴箱1-2内的曲柄3-4固定于曲柄轴3-1上，所述曲柄3-4端部与连杆3-2一端铰接，且连杆3-2另一端与设于泵体组件1中的活塞腔1-9内的活塞3-3对应端铰接，并通过转动后的曲柄轴3-1带动活塞3-3在活塞腔1-9内直线往复运动。
工作时，左右两端的曲柄轴3-1转动带动阴柱塞2-1和阳柱塞2-2在对应的柱塞内腔1-8中做直线运动，阴柱塞2-1和阳柱塞2-2的大头端面与对应的活塞3-3顶面直接接触，通过阴柱塞2-1和阳柱塞2-2上的弹簧2-3将对应的阴柱塞2-1和阳柱塞2-2与活塞3-3顶面压紧贴合；阴柱塞2-1和阳柱塞2-2由内止点运动到外止点的过程中，弹簧2-3推动对应的柱塞向曲轴箱1-2方向(向外)运动，实现柱塞内腔1-8容积的增大；随着柱塞内腔1-8容积的增大，在柱塞内腔1-8内形成负压，将油箱内油品经进油阀(进油单向阀)吸入柱塞内腔1-8内(出油阀关闭)，实现进油过程；阴柱塞2-1和阳柱塞2-2由外止点运动到内止点的过程中，运动阴柱塞2-1和阳柱塞2-2克服弹簧2-3的压力，推动阴柱塞2-1和阳柱塞2-2向柱塞内腔1-8中心运动，实现柱塞内腔1-8容积减小，随着柱塞内腔1-8容积的减小，吸入的油品经出油阀(出油单向阀)将油品压出，实现压油过程。
对置式柱塞泵，通过调整同一时刻阴柱塞2-1和阳柱塞2-2的相对位置，即阴柱塞2-1和阳柱塞2-2相位差，从而实现最大容积腔(即排量)的变化；本发明采用变排量调节机构的自适应调节机构实现阴柱塞2-1和阳柱塞2-2相位的变化；该机构中，中心轴5-1为动力输出轴直接与电机相连，当电机向正方向旋转时，中心,5-1带动两个中间齿轮7同时运动，实现油品泵吸压油过程；当电机向反方向旋转时，带棘轮机构齿轮组停止运动，而不带棘轮机构齿轮组运动一定角度，从而实现排量变化，其中运动角度由棘轮机构上棘轮12的棘齿数目决定。
上述优化后的可变排量对置式柱塞泵中，优化柱塞泵的结构，设置用于驱动对置式柱塞组件2的变排量调节机构，通过驱动组件5经变排量调节机构驱动泵体组件1内腔两端的曲柄连杆机构3同时转动或单侧转动后，实现向泵体组件1内部吸压油或排量调整，满足不同工况下对排量大小有不同要求的高精度调节需求，实现泵体组件1内柱塞内腔1-8容积的自适应调节，调节范围大；在泵体组件1内部有两个柱塞内腔1-8内设置端部凹凸适配的阳柱塞2-2和阴柱塞2-1组成的对置式柱塞组件2的设计，在一定程度上克服由变排量引起的压力脉动，提高工作稳定性，结构密封性较好，结合阳柱塞2-2和阴柱塞2-1运动，泵端压力很容易可达到200MPa以上；机械结构简单，不涉及复杂的控制系统，运行可靠，同时对润滑油的清洁度要求也较低，可以在更为恶劣的环境下工作，可靠性高，维护使用也更为便捷；采用分体式结构的泵体组件1，使得泵体形式紧凑简单，便于多个柱塞内腔1-8以及泵体与装备模块化集成，使得对置式柱塞泵有更广阔的应用空间，可推广到航空、船舶、民用汽车、工程机械等领域。
可变排量对置式柱塞泵变排量计算方法，其特征在于：通过分别确定由带棘轮机构齿轮组和不带棘轮机构齿轮组驱动的阳柱塞2-2和阴柱塞2-1之间的最大位移量，来建立最大位移量与对置式柱塞泵的排量变化关系，再根据棘轮机构中棘轮12棘齿转动数目与阳柱塞2-2和阴柱塞2-1相位差的关系，确定对置式柱塞泵的排量与棘轮机构中棘轮12棘齿数目的关系，具体计算步骤如下：
1)确定阳柱塞2-2和阴柱塞2-1之间的最大位移量：设与带棘轮机构齿轮组连接的曲柄轴3-1中心为O1，与不带棘轮机构齿轮组连接的曲柄轴3-1中心为O2，x1为带棘轮机构齿轮组驱动的阳柱塞2-2位移，x2为不带棘轮机构齿轮组驱动的阴柱塞2-1位移，r为曲柄3-4的半径，l为连杆3-2的长度，λ为曲柄3-4半径与连杆3-2的长度比，即λ＝r/l，θ为进气侧曲轴3-4转角，ω为曲轴3-4的旋转角速度，γ为阳柱塞2-2和阴柱塞2-1的相位差，则确定阳柱塞2-2和阴柱塞2-1的位移分别如下：
Figure BDA0003604180050000141
Figure BDA0003604180050000142
阳柱塞2-2和阴柱塞2-1之间的位移量为x(θ)为：
Figure BDA0003604180050000143
对置柱塞泵的排量由阳柱塞2-2和阴柱塞2-1之间的最大位移量决定，而阳柱塞2-2和阴柱塞2-1之间的最大位移量的具体计算公式如下：
对x(θ)求导得：
Figure BDA0003604180050000144
令
Figure BDA0003604180050000145
即：
Figure BDA0003604180050000146
所以得到：
Figure BDA0003604180050000151
当
Figure BDA0003604180050000152
时，位移最大值为：
Figure BDA0003604180050000153
2)确定阳柱塞2-2和阴柱塞2-1之间的最大位移量与对置式柱塞泵排量的变化关系Vp：
对置柱塞泵的排量变化的计算公式如下：
Figure BDA0003604180050000154
3)确定对置式柱塞泵与棘轮机构中棘轮12棘齿数目的关系：
阳柱塞2-2和阴柱塞2-1的相位差γ由棘轮12总棘齿数目n和转过的棘齿数共同决定，当驱动组件5经变排量调节机构驱动泵体组件1内腔两端的曲柄连杆机构3单侧转动时，每转动一个棘齿，阳柱塞2-2和阴柱塞2-1相位差γ转动
Figure BDA0003604180050000155
转动t个棘齿，阳柱塞2-2和阴柱塞2-1相位差γ转动
Figure BDA0003604180050000156
由此可得对置柱塞泵与棘轮机构棘齿数的关系：
Figure BDA0003604180050000157
本技术方案通过建立最大位移量与对置式柱塞泵的排量变化关系，再根据变排量调节机构中棘轮12棘齿转动数目与阳柱塞2-2和阴柱塞2-1相位差的关系，确定对置式柱塞泵的排量与棘轮机构中棘轮12棘齿数目的关系，从而实现对柱塞泵排量的高精度调节。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.可变排量对置式柱塞泵，其特征在于：包括泵体组件(1)、设于泵体组件(1)内腔中部的对置式柱塞组件(2)、设于泵体组件(1)内腔两端并与对置式柱塞组件(2)对应端接触的曲柄连杆机构(3)，所述泵体组件(1)中部外壁上对称设有与其内腔连通并用于分别安装进油阀和出油阀的进油阀接头和出油阀接头，所述泵体组件(1)中部转动安装有驱动组件(5)且位于泵体组件(1)两端外侧的变排量调节机构与驱动组件(5)连接，而变排量调节机构的两个输出端分别与对应端曲柄连杆机构(3)的输入端连接，并通过驱动组件(5)经变排量调节机构驱动泵体组件(1)内腔两端的曲柄连杆机构(3)同时转动或单侧转动后，实现向泵体组件(1)内部吸压油或排量调整。
2.根据权利要求1所述的可变排量对置式柱塞泵，其特征在于：所述泵体组件(1)采用柱塞套(1-1)和位于柱塞套(1-1)两端的曲轴箱(1-2)组成的分体式结构，所述柱塞套(1-1)的主体为空心圆柱，且空心圆柱两端均固定有用于与曲轴箱(1-2)连接的法兰盘(1-3)，所述柱塞套(1-1)中部外壁上固定有中心套(1-4)且驱动组件(5)中的中心轴(5-1)一端转动安装于中心套(1-4)内；所述曲轴箱(1-2)包括曲轴箱主体(1-6)和曲轴箱盖(1-7)，所述曲轴箱主体(1-6)为长方体管柱贯穿连接于半圆形空心柱外弧面而形成的空心组合体，所述曲轴箱盖(1-7)为半圆形空心柱结构且曲轴箱盖(1-7)和曲轴箱主体(1-6)的半圆形空心柱开口端均设有对接固连的方形法兰板，所述柱塞套(1-1)的中空内腔形成了柱塞内腔(1-8)，所述曲轴箱主体(1-6)中的长方体管柱内腔形成了活塞腔(1-9)，所述曲轴箱主体(1-6)中的半圆形空心柱与曲轴箱盖(1-7)对接固连后形成了曲轴内腔(1-5)。
3.根据权利要求1所述的可变排量对置式柱塞泵，其特征在于：所述对置式柱塞组件(2)包括阴柱塞(2-1)、阳柱塞(2-2)和弹簧(2-3)，所述阴柱塞(2-1)和阳柱塞(2-2)均为T型柱状结构，且阴柱塞(2-1)和阳柱塞(2-2)的大头端分别位于泵体组件(1)两端的活塞腔(1-9)内，所述阴柱塞(2-1)和阳柱塞(2-2)上均套装有一端抵于柱体大头端台阶面上而另一端抵于泵体组件(1)中柱塞套(1-1)端面的弹簧(2-3)，所述阴柱塞(2-1)和阳柱塞(2-2)的小头端伸入泵体组件(1)中的柱塞内腔(1-8)内，且阴柱塞(2-1)和阳柱塞(2-2)小头端端面相向设置并分别为相互适配的凹型曲面和凸型曲面，所述泵体组件(1)中部外壁上的进油阀接头和出油阀接头位于阴柱塞(2-1)和阳柱塞(2-2)小头端之间。
4.根据权利要求1所述的可变排量对置式柱塞泵，其特征在于：所述驱动组件(5)包括电机和与电机连接的中心轴(5-1)，所述中心轴(5-1)转动安装于泵体组件(1)中部外壁上，且中心轴(5-1)与变排量调节机构的两个输入端固定连接，并通过电机带动中心轴(5-1)转动后驱动变排量调节机构运转。
5.根据权利要求4所述的可变排量对置式柱塞泵，其特征在于：所述变排量调节机构包括带棘轮机构齿轮组和不带棘轮机构齿轮组，所述不带棘轮机构齿轮组包括中心轴齿轮(6)、中间齿轮(7)和从动齿轮(8)，所述带棘轮机构齿轮组包括棘轮机构、中间齿轮(7)和从动齿轮(8)，所述中心轴齿轮(6)和棘轮机构由内向外依次固定于中心轴(5-1)上，所述泵体组件(1)两端的曲轴箱主体(1-6)中长方体管柱上均转动安装有齿轮轴(9)，所述带棘轮机构齿轮组和不带棘轮机构齿轮组中的中间齿轮(7)分别安装于对应侧的齿轮轴(9)上，且带棘轮机构齿轮组中的中间齿轮(7)与棘轮机构啮合，而不带棘轮机构齿轮组中的中间齿轮(7)与中心轴齿轮(6)啮合，所述带棘轮机构齿轮组和不带棘轮机构齿轮组中与中间齿轮(7)啮合的从动齿轮(8)分别固定于曲柄连杆机构(3)中的曲柄轴(3-1)上。
6.根据权利要求5所述的可变排量对置式柱塞泵，其特征在于：所述棘轮机构包括固定于中心轴(5-1)上的机架轮(10)、棘爪(11)和棘轮(12)，所述机架轮(10)外圆周面上圆周均布有多个棘爪槽(13)，且棘爪槽(13)两侧壁上均制有贯穿至机架轮(10)对应端端面上的销轴孔(14)，所述棘爪(11)尾部适配于棘爪槽(13)内，并通过贯穿棘爪(11)下端销孔和机架轮(10)两端面销轴孔(14)的销轴将棘爪(11)尾部安装于棘爪槽(13)内，相邻所述棘爪(11)之间的机架轮(10)外圆周壁上固定有支撑台(15)，所述支撑台(15)上制有安装槽且棘爪限位弹簧(4)一端位于安装槽内，而棘爪限位弹簧(4)另一端位于棘爪(11)中部的盲孔内，所述棘轮(12)外圆为齿轮结构并与带棘轮机构齿轮组中的中间齿轮(7)啮合，所述棘轮(12)内圈壁上设有与棘爪数量相同的棘齿槽，且棘爪(11)头部适配于对应位置的棘齿槽内。
7.根据权利要求1-6任一项所述的可变排量对置式柱塞泵，其特征在于：所述曲柄连杆机构(3)包括曲柄轴(3-1)、连杆(3-2)和活塞(3-3)，所述泵体组件(1)两端的曲轴箱(1-2)上均转动安装有一端伸至曲轴箱(1-2)外部的曲柄轴(3-1)，位于所述曲轴箱(1-2)内的曲柄(3-4)固定于曲柄轴(3-1)上，所述曲柄(3-4)端部与连杆(3-2)一端铰接，且连杆(3-2)另一端与设于泵体组件(1)中的活塞腔(1-9)内的活塞(3-3)对应端铰接，并通过转动后的曲柄轴(3-1)带动活塞(3-3)在活塞腔(1-9)内直线往复运动。
8.可变排量对置式柱塞泵变排量计算方法，其特征在于：通过分别确定由带棘轮机构齿轮组和不带棘轮机构齿轮组驱动的阳柱塞(2-2)和阴柱塞(2-1)之间的最大位移量，来建立最大位移量与对置式柱塞泵的排量变化关系，再根据棘轮机构中棘轮(12)棘齿转动数目与阳柱塞(2-2)和阴柱塞(2-1)相位差的关系，确定对置式柱塞泵的排量与棘轮机构中棘轮(12)棘齿数目的关系，具体计算步骤如下：
1)确定阳柱塞(2-2)和阴柱塞(2-1)之间的最大位移量：设与带棘轮机构齿轮组连接的曲柄轴(3-1)中心为O1，与不带棘轮机构齿轮组连接的曲柄轴(3-1)中心为O2，x1为带棘轮机构齿轮组驱动的阳柱塞(2-2)位移，x2为不带棘轮机构齿轮组驱动的阴柱塞(2-1)位移，r为曲柄(3-4)的半径，l为连杆(3-2)的长度，λ为曲柄(3-4)半径与连杆(3-2)的长度比，即λ＝r/l，θ为进气侧曲轴(3-4)转角，ω为曲轴(3-4)的旋转角速度，γ为阳柱塞(2-2)和阴柱塞(2-1)的相位差，则确定阳柱塞(2-2)和阴柱塞(2-1)的位移分别如下：
Figure FDA0003604180040000041
Figure FDA0003604180040000042
阳柱塞(2-2)和阴柱塞(2-1)之间的位移量为x(θ)为：
Figure FDA0003604180040000051
对置柱塞泵的排量由阳柱塞(2-2)和阴柱塞(2-1)之间的最大位移量决定，而阳柱塞(2-2)和阴柱塞(2-1)之间的最大位移量的具体计算公式如下：
对x(θ)求导得：
Figure FDA0003604180040000052
令
Figure FDA0003604180040000053
即：
Figure FDA0003604180040000054
所以得到：
Figure FDA0003604180040000055
当
Figure FDA0003604180040000056
时，位移最大值为：
Figure FDA0003604180040000057
2)确定阳柱塞(2-2)和阴柱塞(2-1)之间的最大位移量与对置式柱塞泵排量的变化关系Vp：
对置柱塞泵的排量变化的计算公式如下：
Figure FDA0003604180040000058
3)确定对置式柱塞泵与棘轮机构中棘轮(12)棘齿数目的关系：
阳柱塞(2-2)和阴柱塞(2-1)的相位差γ由棘轮(12)总棘齿数目n和转过的棘齿数共同决定，当驱动组件(5)经变排量调节机构驱动泵体组件(1)内腔两端的曲柄连杆机构(3)单侧转动时，每转动一个棘齿，阳柱塞(2-2)和阴柱塞(2-1)相位差γ转动
Figure FDA0003604180040000061
转动t个棘齿，阳柱塞(2-2)和阴柱塞(2-1)相位差γ转动
Figure FDA0003604180040000062
由此可得对置柱塞泵与棘轮机构棘齿数的关系：
Figure FDA0003604180040000063
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