CN115628240B - 基于超磁致气动阀的气液联动调速系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于超磁致气动阀的气液联动调速系统，其包括控制油缸、气液联动缸、机械调速组件、动力油缸和超磁致气动阀。控制油缸上腔和气液联动缸有杆腔连接，控制油缸中间腔和机械调速组件中上腔连接，气液联动缸无杆腔和超磁致气动阀的细长孔连接。机械调速组件上腔和弹簧气液联动缸无杆腔连接，机械调速组件中上腔的第二端和动力油缸有杆腔连接，机械调速组件下腔和气液联动缸有杆腔连接，动力油缸弹簧腔的第一端和弹簧气液联动缸无杆腔连接。气源的第一出口和超磁致气动阀的一级进气孔连接，气源的第二出口和超磁致气动阀的二级进气孔连接。本发明设置两个气液联动缸与各传感器的结合，实现活塞位置的精确控制，提高调速系统的控制精度。

Description

基于超磁致气动阀的气液联动调速系统

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种基于超磁致气动阀的气液联动调速系统。

背景技术

发动机自问世以来，因其较高的热效率、优良的动力性和燃油经济性而被广泛应用于农业、工业以及交通运输等诸多领域。但发动机作为应用最广泛的一种原动力机构，在实际工作时，会由于负荷的变化而使其转速突然增大或减小，从而影响发动机的工作性能。因此，如何自动调节发动机燃油供给量，使发动机转速在一定范围内保持稳定，成为制约发动机发展的主要问题。

调速系统作为发动机极其重要的速度控制部分，可以根据发动机受到外界负载的变化而自动调节其燃油供给量，保证发动机转速稳定，使其具有良好的工作性能。调速系统的好坏会直接影响发动机的性能与寿命，因此，如何设计得到较为理想的调速系统对于发动机的发展至关重要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于超磁致气动阀的气液联动调速系统，主要通过具有电磁和气动相结合的超磁致气动阀、气液联动缸和控制油缸中各个气体通道以及油路通道的开闭，来控制油箱中油液的流动，进而精确控制机械调速组件中调速活塞一直处于活塞套筒的中部，进而控制动力油缸中动力活塞的运动，来完成发动机燃油量的快速调节，从而改善发动机的性能，延长其使用寿命。

本发明提供了一种基于超磁致气动阀的气液联动调速系统，其包括油箱、回油管、节流阀、滤油器、变量泵、溢流阀、控制油缸、单向阀、补油杯、油雾分离器、气液联动缸、机械调速组件、动力油缸、超磁致气动阀和电子控制单元。所述变量泵的进口端通过滤油器和所述油箱的第一端连接，所述变量泵的第一出口端和控制油缸中间腔的第一油路通道连接，所述变量泵的第二出口端通过溢流阀和所述油箱的第二端连接，控制油缸上腔的油路通道的第一端和气液联动缸有杆腔的第一油路通道连接，控制油缸上腔的油路通道的第二端通过控制单向阀和所述控制补油杯连接，所述控制油缸中间腔的第二油路通道和所述机械调速组件中上腔的第一端连接，控制油缸弹簧腔的油路通道通过控制油缸回油管和所述油箱的第三端连接，气液联动缸无杆腔的气体通道通过后置油雾分离器和所述超磁致气动阀的细长孔连接。所述机械调速组件上腔通过前置电控节流阀和弹簧气液联动缸无杆腔的第一油路通道连接，所述机械调速组件中下腔通过机械调速回油管和所述油箱的第四端连接，所述机械调速组件中上腔的第二端和动力油缸有杆腔连接，所述机械调速组件下腔通过后置电控节流阀和气液联动缸有杆腔的第二油路通道连接，动力油缸弹簧腔的第一端和弹簧气液联动缸无杆腔的第二油路通道连接，所述动力油缸弹簧腔的第二端通过动力单向阀和所述动力补油杯连接，弹簧气液联动缸有杆腔的气体通道依次通过电控气动节流阀和前置油雾分离器与气动单向阀所在气路连接。气源的第一出口通过节流阀和所述超磁致气动阀的一级进气孔连接，所述气源的第二出口通过气动单向阀和所述超磁致气动阀的二级进气孔连接；所述超磁致气动阀，其包括超磁致伸缩气动喷嘴挡板阀和球头杆活塞气动阀，在所述超磁致伸缩气动喷嘴挡板阀中，所述超磁致伸缩棒的上端位于所述冷却调零组件下端凹槽内，所述超磁致伸缩棒的下端和所述挡板上端的凹槽接触，所述挡板下端的凹槽和所述喷嘴橡胶密封件连接，所述挡板下端的弹簧座和所述一级弹簧连接，所述线圈骨架的内侧分别与所述冷却调零组件和所述挡板的外侧安装端连接，所述线圈骨架的外侧设有线圈，所述线圈骨架的固定端和所述永磁体连接；在所述球头杆活塞气动阀中，所述二级弹簧的两端分别与所述二级弹簧腔的弹簧座和所述气动活塞的安装端连接，所述二级弹簧腔中弹簧座的中部设有短孔，所述球头杆中部设有球头杆橡胶密封件，所述球头杆活塞气动阀有杆腔下端的中心设有锥形孔，所述锥形孔的轴线和所述短孔的轴线在同一条直线上，所述球头杆的螺纹端通过短孔和所述气动活塞的螺纹端连接，所述球头杆的球头端和所述锥形孔接触。

可优选的是，所述超磁致气动阀，其包括超磁致伸缩气动喷嘴挡板阀和球头杆活塞气动阀，所述超磁致伸缩气动喷嘴挡板阀，其包括冷却调零组件、线圈骨架、线圈、永磁体、一级排气孔、喷嘴、一级弹簧、喷嘴橡胶密封件、挡板、超磁致伸缩棒和上腔体，所述冷却调零组件的外壳和所述上腔体上端内部的中心安装端连接，所述上腔体下端内部靠近中间位置设有喷嘴，所述上腔体下端的内部设有一级弹簧腔，所述一级弹簧腔的一端设有一级排气孔。

可优选的是，所述冷却调零组件，其包括圆形挡块、圆柱形滑块、外壳、方形活动杆和圆形端盖，所述圆形端盖和所述外壳上端内部的中心安装端连接，所述圆形端盖中心处的通孔和所述方形活动杆的第一端连接，所述圆形端盖中心处的下端和所述圆形挡块的第一端连接，所述圆形挡块的第二端通过细销钉和所述方形活动杆的第二端连接，所述方形活动杆的第三端通过粗销钉和所述圆柱形滑块的第一端连接，所述圆柱形滑块的第二端和所述超磁致伸缩棒的上端连接，进油通道和出油通道对称分布在所述外壳的两端。

可优选的是，所述球头杆活塞气动阀，其包括一级进气孔、气动活塞、二级弹簧、短孔、二级进气孔、球头杆橡胶密封件、锥形孔、球头杆、细长孔、通孔橡胶密封件、二级排气孔和下腔体，所述下腔体的内部从上端到下端依次设有球头杆活塞气动阀上腔、二级弹簧腔、球头杆活塞气动阀有杆腔和球头杆活塞气动阀下腔，所述球头杆活塞气动阀上腔的一端设有一级进气孔，所述气动活塞位于球头杆活塞气动阀上腔和二级弹簧腔之间，所述气动活塞的活塞杆端和所述通孔橡胶密封件连接，所述二级弹簧腔的一端设有二级排气孔，所述球头杆活塞气动阀有杆腔的一侧设有细长孔，所述球头杆活塞气动阀下腔的一侧设有二级进气孔。

可优选的是，所述控制油缸，其包括控制油缸位移传感器、控制活塞和控制弹簧，在控制油缸内部，自上而下依次安装控制油缸位移传感器、控制活塞和控制弹簧。

可优选的是，所述机械调速组件，其包括固定板、调速弹簧、推力轴承、飞锤、飞锤套筒、转速传感器、活塞套筒、调速活塞和机械调速组件位移传感器，所述固定板和所述调速弹簧的第一端连接，所述调速弹簧的第二端通过推力轴承和所述调速活塞的第一端连接，所述调速活塞的第二端位于所述活塞套筒的内部，所述飞锤的尾部和所述推力轴承的下端接触，所述飞锤的头部和所述飞锤套筒的第一端连接，所述飞锤套筒的第二端和所述活塞套筒连接，所述活塞套筒上端的外侧设有转速传感器，所述活塞套筒下端的内部设有机械调速组件位移传感器。

可优选的是，所述动力油缸，其包括动力弹簧和动力活塞，在动力油缸内部，自上而下依次安装动力弹簧和动力活塞。所述动力活塞的下端和发动机燃油量供给开关连接。

可优选的是，所述气液联动缸的内部设有反向气液联动活塞；所述弹簧气液联动缸，其包括气动弹簧和正向气液联动活塞，在弹簧气液联动缸内部，自上而下依次安装气动弹簧和正向气液联动活塞。

可优选的是，所述电子控制单元的控制端分别与所述后置电控节流阀、所述前置电控节流阀、所述电控气动节流阀、控制油缸位移传感器、转速传感器、机械调速组件位移传感器和线圈连接。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明中超磁致气动阀设置有冷却调零组件，降低了超磁致气动阀的安装精度，使其易于安装；超磁致气动阀采用电磁和气动相结合的方式，响应速度快。

2.本发明设置两个气液联动缸，不但可减小油液的成本，而且可实现对油路的补偿与控制，与各传感器结合，还可实现活塞位置的精确控制，使调速系统的控制精度增加。

3.本发明设置的电-气-液组合控制，不但减少油液的成本，而且可实现对油路的补偿和控制，提高气动阀的响应速度。当机械调速组件出现故障时，调速组件启用传感器，由电-气-液联合控制调速，仍可正常调节发动机转速，实现控制发动机转速稳定的有益效果，可实现液压缸中活塞位置的精确控制，提高了调速系统的控制精度。

4.本发明中电-气-液各装置连接组成具有冗余备份的调速系统，可以在机械调速部分失效时，保证调速系统依旧正常工作，解决了发动机工作时转速不稳定的问题，有效改善发动机的性能，延长其使用寿命。

附图说明

图1为本发明基于超磁致气动阀的气液联动调速系统的整体结构图；

图2为本发明基于超磁致气动阀的气液联动调速系统中控制油缸的结构图；

图3为本发明基于超磁致气动阀的气液联动调速系统中气液联动缸的结构图；

图4为本发明基于超磁致气动阀的气液联动调速系统中机械调速组件的结构图；

图5为本发明基于超磁致气动阀的气液联动调速系统中动力油缸的结构图；

图6为本发明基于超磁致气动阀的气液联动调速系统中弹簧气液联动缸的结构图；

图7为本发明基于超磁致气动阀的气液联动调速系统中超磁致气动阀的整体结构图；

图8为本发明基于超磁致气动阀的气液联动调速系统中超磁致气动阀冷却调零组件的结构图。

主要附图标记：

油箱1，控制油缸回油管2，机械调速回油管3，后置电控节流阀4，滤油器5，变量泵6，溢流阀7，控制油缸8，控制单向阀9，控制补油杯10，后置油雾分离器11，气液联动缸12，机械调速组件13，动力油缸14，前置电控节流阀15，动力单向阀16，动力补油杯17，弹簧气液联动缸18，电控气动节流阀19，前置油雾分离器20，气动单向阀21，气源22，节流阀23，超磁致气动阀24，冷却油源25，电子控制单元26，控制油缸位移传感器27，控制活塞28，控制弹簧29，控制油缸弹簧腔30，控制油缸中间腔31，控制油缸上腔32，反向气液联动活塞33，气液联动缸无杆腔34，气液联动缸有杆腔35，固定板36，调速弹簧37，推力轴承38，飞锤39，飞锤套筒40，转速传感器41，活塞套筒42，调速活塞43，机械调速位移位移传感器44，机械调速组件下腔45，机械调速组件中下腔46，机械调速组件中上腔47，机械调速组件上腔48，动力弹簧49，动力活塞50，动力油缸有杆腔51，动力油缸弹簧腔52，气动弹簧53，正向气液联动活塞54，弹簧气液联动缸无杆腔55，弹簧气液联动缸有杆腔56，冷却调零组件57，线圈骨架58，线圈59，永磁体60，一级排气孔61，一级进气孔62，气动活塞63，二级弹簧腔64，二级弹簧65，短孔66，二级进气孔67，球头杆活塞气动阀有杆腔68，球头杆橡胶密封件69，锥形孔70，球头杆活塞气动阀下腔71，球头杆72，细长孔73，通孔橡胶密封件74，二级排气孔75，球头杆活塞气动阀上腔76，喷嘴77，一级弹簧腔78，一级弹簧79，喷嘴橡胶密封件80，挡板81，冷却腔82，超磁致伸缩棒83，细销钉84，圆形挡块85，粗销钉86，进油通道87，圆柱形滑块88，外壳89，出油通道90，方形活动杆91，圆形端盖92，上腔体93，下腔体94。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

基于超磁致气动阀的气液联动调速系统，如图1所示，包括油箱1、控制油缸回油管2、机械调速回油管3、后置电控节流阀4、滤油器5、变量泵6、溢流阀7、控制油缸8、控制单向阀9、控制补油杯10、后置油雾分离器11、气液联动缸12、机械调速组件13、动力油缸14、前置电控节流阀15、动力单向阀16、动力补油杯17、弹簧气液联动缸18、电控气动节流阀19、前置油雾分离器20、气动单向阀21、节流阀23、超磁致气动阀24和电子控制单元26。图中实线为油液管路，虚线为气体管路，单点画线为电路。

变量泵6的进口端通过滤油器5和油箱1的第一端连接，变量泵6的第一出口端和控制油缸中间腔31的第一油路通道连接，变量泵6的第二出口端通过溢流阀7和油箱1的第二端连接，控制油缸上腔32的油路通道的第一端和气液联动缸有杆腔35的第一油路通道连接，控制油缸上腔32的油路通道的第二端通过控制单向阀9和控制补油杯10连接，控制油缸中间腔31的第二油路通道和机械调速组件中上腔47的第一端连接，控制油缸弹簧腔30的油路通道通过控制油缸回油管2和油箱1的第三端连接，气液联动缸无杆腔34的气体通道通过后置油雾分离器11和超磁致气动阀24的细长孔73连接。

机械调速组件上腔48通过前置电控节流阀15和弹簧气液联动缸无杆腔55的第一油路通道连接，机械调速组件中下腔46通过机械调速回油管3和油箱1的第四端连接，机械调速组件中上腔47的第二端和动力油缸有杆腔51连接，机械调速组件下腔45通过后置电控节流阀4和气液联动缸有杆腔35的第二油路通道连接，动力油缸弹簧腔52的第一端和弹簧气液联动缸无杆腔55的第二油路通道连接，动力油缸弹簧腔52的第二端通过动力单向阀16和动力补油杯17连接，弹簧气液联动缸有杆腔56的气体通道依次通过电控气动节流阀19和前置油雾分离器20与气动单向阀21所在气路连接。

气源22的第一出口通过节流阀23和超磁致气动阀24的一级进气孔62连接，气源22的第二出口通过气动单向阀21和超磁致气动阀24的二级进气孔67连接，电子控制单元26的控制端分别与后置电控节流阀4、前置电控节流阀15、电控气动节流阀19、控制油缸位移传感器27、转速传感器41、机械调速组件位移传感器44和线圈59连接。

超磁致气动阀24，如图7所示，包括超磁致伸缩气动喷嘴挡板阀和球头杆活塞气动阀，超磁致伸缩气动喷嘴挡板阀，包括冷却调零组件57、线圈骨架58、线圈59、永磁体60、一级排气孔61、喷嘴77、一级弹簧79、喷嘴橡胶密封件80、挡板81、超磁致伸缩棒83和上腔体93，冷却调零组件57的外壳89和上腔体93上端内部的中心安装端连接，上腔体93下端内部靠近中间位置设有喷嘴77，上腔体93下端的内部设有一级弹簧腔78，一级弹簧腔78的一端设有一级排气孔61，一级排气孔61连接至大气，超磁致伸缩棒83的上端位于冷却调零组件57下端凹槽内，超磁致伸缩棒83的下端和挡板81上端的凹槽接触，挡板81下端的凹槽和喷嘴橡胶密封件80连接，二者接触处粘接在一起，挡板81下端的弹簧座和一级弹簧79连接，一级弹簧79与上腔体93底部内壁接触，线圈骨架58的内侧分别与冷却调零组件57和挡板81的外侧安装端连接，线圈骨架58的外侧设有线圈59，永磁体60安装在线圈骨架58外围，线圈骨架58的固定端和永磁体60连接。

冷却调零组件57，如图8所示，包括细销钉84、圆形挡块85、粗销钉86、进油通道87、圆柱形滑块88、外壳89、出油通道90、方形活动杆91和圆形端盖92，外壳89和圆形端盖92外圈为螺纹，圆形端盖92和外壳89上端内部的中心安装端连接，圆形端盖92中心处的长方形通孔和方形活动杆91的第一端连接，长方形通孔由中间向两端设置刻度，圆形端盖92中心处的下端和圆形挡块85的第一端连接，圆形挡块85的第二端通过细销钉84和方形活动杆91的第二端连接，方形活动杆91的第三端通过粗销钉86和圆柱形滑块88的第一端连接，圆柱形滑块88的第二端和超磁致伸缩棒83的上端连接，进油通道87和出油通道90对称分布在外壳89的两端，线圈骨架59的内壁和超磁致伸缩棒83的外壁组成冷却腔82，冷却油源25从进油通道87进入冷却腔82，从出油通道90流出。

球头杆活塞气动阀，如图7所示，包括一级进气孔62、气动活塞63、二级弹簧64、短孔66、二级进气孔67、球头杆橡胶密封件69、锥形孔70、球头杆72、细长孔73、通孔橡胶密封件74、二级排气孔75和下腔体94，下腔体94的内部从上端到下端依次设有球头杆活塞气动阀上腔76、二级弹簧腔64、球头杆活塞气动阀有杆腔68和球头杆活塞气动阀下腔71，球头杆活塞气动阀上腔76的一端设有一级进气孔62，气动活塞63位于球头杆活塞气动阀上腔76和二级弹簧腔64之间，气动活塞63的活塞杆端和通孔橡胶密封件74连接，二级弹簧腔64的一端设有二级排气孔75，二级排气孔75连接至大气。

球头杆活塞气动阀有杆腔68的一侧设有细长孔73，球头杆活塞气动阀下腔71的一侧设有二级进气孔67，二级弹簧65的两端分别与二级弹簧腔64的弹簧座和气动活塞63的安装端连接，二级弹簧腔64中弹簧座的中部设有短孔66，球头杆72中部设有球头杆橡胶密封件69，球头杆活塞气动阀有杆腔68下端的中心设有锥形孔70，锥形孔70的轴线和短孔66的轴线在同一条直线上，球头杆72的螺纹端通过短孔66和气动活塞63的螺纹端连接，球头杆72的球头端和锥形孔70接触。

控制油缸8，如图2所示，包括控制油缸位移传感器27、控制活塞28和控制弹簧29，在控制油缸8内部，自上而下依次安装控制油缸位移传感器27、控制活塞28和控制弹簧29。

机械调速组件13，如图4所示，包括固定板36、调速弹簧37、推力轴承38、飞锤39、飞锤套筒40、转速传感器41、活塞套筒42、调速活塞43和机械调速组件位移传感器44，固定板36固定，固定板36和调速弹簧37的第一端连接，调速弹簧37的第二端通过推力轴承38和调速活塞43的第一端连接，调速活塞43的第二端位于活塞套筒42的内部，飞锤39的尾部和推力轴承38的下端接触，飞锤39的头部和飞锤套筒40的第一端连接，飞锤套筒40的第二端和活塞套筒42连接，活塞套筒42上端的外侧设有转速传感器41，活塞套筒42下端的内部设有机械调速组件位移传感器44。

动力油缸14，如图5所示，包括动力弹簧49和动力活塞50，在动力油缸14内部，自上而下依次安装动力弹簧49和动力活塞50。动力活塞50的下端和发动机燃油量供给开关连接。

如图2和图3所示，气液联动缸12的内部设有反向气液联动活塞33，其中气液联动缸无杆腔34通入气体，气液联动缸有杆腔35通油液。弹簧气液联动缸18，如图6所示，包括气动弹簧53和正向气液联动活塞54，在弹簧气液联动缸18内部，自上而下依次安装气动弹簧53和正向气液联动活塞54；其中弹簧气液联动缸有杆腔通入气体，弹簧气液联动缸无杆腔通油液。

以下结合实施例对本发明一种基于超磁致气动阀的气液联动调速系统做进一步描述：

基于超磁致气动阀的气液联动调速系统的具体工作过程如下：

在调速系统运行之前，先对超磁致气动阀24进行调零：通过向左或向右拨动方形活动杆91使圆柱形滑块88上下移动，将超磁致伸缩棒83调整到合适位置。超磁致伸缩棒83在工作时由于受磁场影响而温度升高，当温度升高到一定程度时，超磁致伸缩棒83会暂时失去其伸缩特性，因此，需对其进行冷却。在冷却调零组件57的进油通道87中经冷却油源25通入冷却油，冷却油进入冷却腔82对超磁致伸缩棒83进行冷却，之后经出油通道90流出。

当发动机正常工作时，机械调速组件13由发动机带动活塞套筒42和飞锤套筒40转动，进而带动飞锤39旋转，飞锤39依靠旋转产生的离心力将调速活塞43向上提起，此时，机械调速中上腔47右端出油通道关闭。油箱1中的低压油经滤油器5过滤后进入到变量泵6内，而后经变量泵6加压后第一路流向溢流阀7，第二路进入到控制油缸中间腔31中，此时控制油缸中间腔31右端关闭，油液经溢流阀7流回油箱1。

电子控制单元26所连接的控制油缸位移传感器27一直保持通电状态，用于检测控制活塞28的位置，电子控制单元26所连接的超磁致气动阀24的线圈59处于断电状态，此时超磁致伸缩棒83保持原状，喷嘴77处于打开状态。气源22通入的气体经节流阀23和一级进气孔62流进球头杆活塞气动阀上腔76，之后经喷嘴77流进一级弹簧腔78后，由一级排气孔61流出，排入大气。其余部分腔室中的油压或气压保持不变。

当发动机转速低于设定的转速时，机械调速组件13中飞锤39的转速随之降低，调速活塞43向下移动，打开机械调速中上腔47右端油路通道，使机械调速中上腔47和动力油缸有杆腔51连通。此时，电子控制单元26控制后置电控节流阀4的通孔关闭，前置电控节流阀15和电控气体节流阀19打开小通孔，超磁致气动阀24的线圈59通电，线圈59通电产生磁场，超磁致伸缩棒83受到磁场影响而伸长，从而带动挡板81和喷嘴橡胶密封件80向下移动。通入电流的大小决定磁场的强弱，从而决定超磁致伸缩棒83伸长的距离。

为使喷嘴橡胶密封件80将喷嘴77密封，线圈59通入较大的电流。喷嘴77关闭后，由气源22经节流阀23流入球头杆活塞气动阀上腔76的气体压力升高，使气动活塞63向下移动，将锥形孔70打开的同时关闭短孔66。此时，气源22经气动单向阀21流向超磁致气动阀24的二级进气孔67，进入球头杆活塞气动阀下腔71后，经锥形孔70流入球头杆活塞气动阀有杆腔68，后经细长孔73、后置油雾分离器11流出至气液联动缸无杆腔34，气液联动缸无杆腔34气压升高推动反向气液联动活塞33向下移动，使气液联动缸有杆腔35中的油液流入控制油缸上腔32中。控制油缸上腔32中油液增加，推动控制活塞28向下移动，打开控制油缸中间腔31右端油路通道。

当控制油缸位移传感器27检测到控制活塞28处于当前位置时，电子控制单元26控制线圈59断电，超磁致伸缩棒83恢复原状，挡板81和喷嘴橡胶密封件80向上移动打开喷嘴77，球头杆活塞气动阀上腔76中气体流向大气，气动活塞63由二级弹簧65控制向上移动，关闭锥形孔70和短孔66，使控制活塞28保持在控制油缸8的中间位置。此时，变量泵6输出的高压油经控制油缸中间腔31流入机械调速中上腔47，而后流入动力油缸有杆腔51。动力油缸有杆腔51油压升高，推动动力活塞50向上移动，带动动力活塞50下端连接的发动机燃油量供给开关向增加燃油量供给的方向移动，使发动机的燃油量增加，转速升高。

若发动机燃油量供给过多，即动力油缸14中动力活塞50继续向上移动，则动力油缸弹簧腔52中的油液流入弹簧气液联动缸无杆腔55，使正向气液联动活塞54向上移动。弹簧气液联动缸无杆腔55中一部分油液通过前置电控节流阀15流入机械调速上腔48，对调速活塞43的位置进行补偿。正向气液联动活塞54向上移动使弹簧气液联动缸有杆腔56中的气体压力升高，电子控制单元26控制电控气体节流阀19打开大通孔，使得弹簧气液联动缸有杆腔56中的高压气体经电控气体节流阀19和前置油雾分离器20流向超磁致气动阀24的二级进气孔67。

电子控制单元26控制后置电控节流阀4打开小通孔，线圈59通电，超磁致伸缩棒83伸长，关闭喷嘴77，气动活塞63向下移动，打开锥形孔70，关闭短孔66。流向二级进气孔67的气体，经球头杆活塞气动阀下腔71、锥形孔70后流入球头杆活塞气动阀有杆腔68，后经细长孔73流入气液联动缸无杆腔34。气液联动缸无杆腔34继续增压，使反向气液联动活塞33向下移动。气液联动缸有杆腔35中第一部分油液通过后置电控节流阀4流入机械调速下腔45，对调速活塞43的位置进行补偿；第二部分油液继续流入控制油缸上腔32，使控制活塞28向下移动，将控制油缸中间腔31左端油路通道关闭。

当控制油缸位移传感器27检测到控制活塞28处于当前位置时，电子控制单元26控制线圈59断电，超磁致伸缩棒83恢复原状，挡板81和喷嘴橡胶密封件80向上移动打开喷嘴77，球头杆活塞气动阀上腔76中气体流向大气。气动活塞63由二级弹簧65控制向上移动，关闭锥形孔70和短孔66，使控制活塞28保持在控制油缸8的下方位置。此时，变量泵6输出的油液经溢流阀7流回油箱1。控制油缸中间腔31左端油路通道关闭后，机械调速中上腔47与动力油缸有杆腔51将无油液流入和流出。

随着燃油量供给的增加，发动机的转速逐渐升高。当发动机转速超过设定的转速时，机械调速组件13中飞锤39的转速随之升高，使调速活塞43向上移动。此时，机械调速中上腔47右端油路通道关闭，机械调速中下腔46右端油路通道打开，使机械调速中下腔46与动力油缸有杆腔51连通，两腔室的油液经机械调速回油管3流回油箱1。由于动力油缸有杆腔51中的油液流出，则动力活塞50向下移动，带动动力活塞50下端连接的发动机燃油量供给开关向减少燃油量供给的方向移动，使发动机的燃油量减少，转速降低。

本发明在系统的机械调速组件失效时，依旧保持正常工作，具体工作过程如下：

当发动机转轴所连接的机械调速组件13出现故障，即飞锤39无法控制调速活塞43上下移动时，本发明依靠超磁致气动阀24对发动机转速进行调整。

当发动机正常工作时，其带动活塞套筒42转动，而飞锤39无旋转，则其转速由转速传感器41确定，调速活塞43的位置由机械调速组件位移传感器44来确定。由电子控制单元26调整后置电控节流阀4和前置电控节流阀15通孔的大小，将机械调速上腔48和机械调速下腔45的补偿作用转变为控制作用，控制调速活塞43的位置。此时，调速活塞43应处于中间位置，即机械调速中上腔47和机械调速中下腔46右端油路通道关闭。油箱1中的低压油经滤油器5过滤后进入到变量泵6内，而后经变量泵6加压后第一路流向溢流阀7，第二路进入控制油缸中间腔31中。此时控制油缸中间腔31右端关闭，油液经溢流阀7流回油箱1。

控制油缸位移传感器27、机械调速组件位移传感器44和转速传感器41保持通电状态。后置电控节流阀4、前置电控节流阀15和电控气体节流阀19保持小通孔状态。线圈59处于断电状态，超磁致伸缩棒83保持原状，喷嘴77处于打开状态。由气源22通入的气体经节流阀23流进球头杆活塞气动阀上腔76，之后经喷嘴77流进一级弹簧腔78，由一级排气孔61流出，排入大气。其余部分腔室中的油压或气压保持不变。

若经机械调速组件位移传感器44检测到调速活塞43未处于中间位置，而是处于中间偏下位置，此时机械调速中上腔47右端油路通道打开，则电子控制单元26控制后置电控节流阀4和前置电控节流阀15打开大通孔，线圈59通电。喷嘴77关闭，球头杆活塞气动阀上腔76气压升高，气动活塞63向下移动打开锥形孔70，且关闭短孔66。由二级进气孔67流入球头杆活塞气动阀下腔71的气体经锥形孔70流入球头杆活塞气动阀有杆腔68，后经细长孔73和后置油雾分离器11流入气液联动缸无杆腔34，使反向气液联动活塞33向下移动。气液联动缸有杆腔35中的部分油液经后置电控节流阀4流入机械调速下腔45，使调速活塞43向上移动，机械调速上腔48中的部分油液经前置电控节流阀15流入弹簧气液联动缸无杆腔55。

当机械调速组件位移传感器44检测到机械调速中上腔47右端油路通道关闭时，电子控制单元26控制后置电控节流阀4和前置电控节流阀15打开小通孔，超磁致气动阀24的线圈59断电。喷嘴77打开，球头杆活塞气动阀上腔76的气体压力降低，气动活塞63向上移动，关闭锥形孔70和短孔66。此时，机械调速组件13的调速活塞43保持中间位置。

若经机械调速组件位移传感器44检测到调速活塞43未处于中间位置，而是处于中间偏上位置，此时机械调速中下腔46右端油路通道打开，则电子控制单元26控制电控气体节流阀19、后置电控节流阀4和前置电控节流阀15打开大通孔。由于机械调速中下腔46右端油路通道打开，动力油缸有杆腔51中的油液通过机械调速中下腔46、机械调速回油管3流入油箱1。

气源22经气动单向阀21、前置油雾分离器20和电控气体节流阀19进入弹簧气液联动缸有杆腔56，使正向气液联动活塞54向下移动。弹簧气液联动缸无杆腔55中第一部分油液经前置电控节流阀15流入机械调速上腔48，使调速活塞43下移；第二部分油液流入动力油缸弹簧腔52。此时，电子控制单元26控制电控气体节流阀19关闭，线圈59通入合适的电流。超磁致气动阀24的喷嘴77未完全关闭，球头杆活塞气动阀上腔76气压升高，使气动活塞63向下移动，打开锥形孔70和短孔66。此时二级排气孔75经二级弹簧腔64、短孔66和球头杆活塞气动阀有杆腔68与细长孔73连通，气液联动缸12的反向气液联动活塞33上移，机械调速下腔45中部分油液经后置电控节流阀4流入气液联动缸有杆腔35。

当机械调速组件位移传感器44检测到调速活塞43恢复中间位置，关闭机械调速中下腔46右端油路通道时，电子控制单元26控制电控气体节流阀19、后置电控节流阀4和前置电控节流阀15打开小通孔，线圈59断电。超磁致气动阀24的喷嘴77完全打开，球头杆活塞气动阀上腔76气压下降，气动活塞63向上移动，关闭锥形孔70和短孔66，其余各部分油液和气体压力保持不变。

当转速传感器41检测到发动机转速低于所设定的转速时，电子控制单元26控制后置电控节流阀4打开小通孔，前置电控节流阀15打开大通孔，电控气体节流阀19打开大通孔。超磁致气动阀24的线圈59通电，产生磁场，使超磁致伸缩棒83伸长，带动挡板81和喷嘴橡胶密封件80向下移动，关闭喷嘴77。气源22经节流阀23流入球头杆活塞气动阀上腔76，球头杆活塞气动阀上腔76气压升高，气动活塞63向下移动，打开锥形孔70，关闭短孔66。

气源22经气动单向阀21和二级进气孔67流入球头杆活塞气动阀下腔71，后经锥形孔70流入球头杆活塞气动阀有杆腔68，经细长孔73流出至气液联动缸无杆腔34。气液联动缸无杆腔34气压升高，反向气液联动活塞33向下移动，气液联动缸有杆腔35中油液流入控制油缸上腔32，控制活塞28向下移动，打开控制油缸中间腔31右端油路通道。当控制油缸位移传感器27检测到控制活塞28处于控制油缸中间腔31右端油路通道打开的位置时，电子控制单元26控制线圈59断电。超磁致伸缩棒83恢复原状，带动挡板81和喷嘴橡胶密封件80向上移动，喷嘴77打开。球头杆活塞气动阀上腔76气压降低，气动活塞63向上移动，关闭锥形孔70和短孔66，使控制油缸8的各腔室压力保持稳定。

气源22经气动单向阀21、前置油雾分离器20和电控气体节流阀19流入弹簧气液联动缸有杆腔56。弹簧气液联动缸有杆腔56气压升高，正向气液联动活塞54向下移动，弹簧气液联动缸无杆腔55中部分油液经前置电控节流阀15流入机械调速上腔48。调速活塞43向下移动打开机械调速中上腔47右端油路通道，电子控制单元26控制后置电控节流阀4打开大通孔，使机械调速下腔45排出部分油液经后置电控节流阀4流入气液联动缸有杆腔35。

当机械调速组件位移传感器44检测到调速活塞43处于机械调速中上腔47右端油路通道打开的位置时，电子控制单元26控制电控气体节流阀19、前置电控节流阀15和后置电控节流阀4打开小通孔。此时，由变量泵6提供的高压油经控制油缸中间腔31流入机械调速中上腔47，而后流入动力油缸有杆腔51，使动力活塞50向上移动，动力活塞50带动发动机燃油量供给开关向增加燃油量供给的方向移动，使发动机的燃油量增加，转速升高。

当转速传感器41检测到发动机转速高于所设定的转速时，电子控制单元26控制后置电控节流阀4、前置电控节流阀15和电控气体节流阀19打开大通孔，超磁致气动阀24的线圈59通电，产生磁场，使超磁致伸缩棒83伸长，带动挡板81和喷嘴橡胶密封件80向下移动，关闭喷嘴77。气源22经节流阀23流入球头杆活塞气动阀上腔76。球头杆活塞气动阀上腔76气压升高，气动活塞63向下移动，打开锥形孔70，关闭短孔66。弹簧气液联动缸有杆腔56中部分气体经电控气体节流阀19、前置油雾分离器20和超磁致气动阀24的二级进气孔67流入球头杆活塞气动阀下腔71。

气源22经气动单向阀21和超磁致气动阀24的二级进气孔67流入球头杆活塞气动阀下腔71。球头杆活塞气动阀下腔71中气体经锥形孔70流入球头杆活塞气动阀有杆腔68，后经细长孔73流出至气液联动缸无杆腔34。气液联动缸无杆腔34气压升高，反向气液联动活塞33再次向下移动。气液联动缸有杆腔35中油液第一部分流入控制油缸上腔32，控制活塞28再次向下移动，关闭控制油缸中间腔31左端油路通道；第二部分油液经后置电控节流阀4流入机械调速下腔45。调速活塞43向上移动，关闭机械调速中上腔47右端油路通道，打开机械调速中下腔46右端油路通道。机械调速上腔48中部分油液经前置电控节流阀15流入弹簧气液联动缸无杆腔55。此时动力油缸有杆腔51中的油液流入机械调速中下腔46后，经机械调速回油管3流入油箱1。动力油缸14中动力活塞50向下移动，带动发动机燃油量供给开关向减少燃油量供给的方向移动，使发动机的燃油量减少，转速降低。

当转速传感器41检测到发动机转速恢复至设定的转速时，电子控制单元26控制超磁致气动阀24的线圈59断电。磁场强度减弱，使超磁致伸缩棒83恢复原状，带动挡板81和喷嘴橡胶密封件80向上移动，打开喷嘴77。气源22经节流阀23流入球头杆活塞气动阀上腔76，后经喷嘴77、一级弹簧腔78和一级排气孔61排向大气。球头杆活塞气动阀上腔76气压降低，气动活塞63向上移动，关闭锥形孔70和短孔66。气源22经气动单向阀21、前置油雾分离器20、电控气体节流阀19流入弹簧气液联动缸有杆腔56，弹簧气液联动缸有杆腔56气压升高。正向气液联动活塞54向下移动，弹簧气液联动缸无杆腔55中油液第一部分流入动力油缸弹簧腔52，第二部分经前置电控节流阀15流入机械调速上腔48。调速活塞43向下移动，关闭机械调速中上腔47和机械调速中下腔46右端油路通道。

当机械调速组件位移传感器44检测到调速活塞43处于中间位置时，电子控制单元26控制后置电控节流阀4、前置电控节流阀15和电控气体节流阀19的通孔关闭。超磁致气动阀24的线圈59通入合适的电流，使喷嘴77未完全关闭，球头杆活塞气动阀上腔76气压升高，使气动活塞63向下移动，打开锥形孔70和短孔66。此时二级排气孔75、二级弹簧腔64、短孔66、球头杆活塞气动阀有杆腔68、细长孔73、锥形孔70和球头杆活塞气动阀下腔71连通。由于二级排气孔75连接大气，则气液联动缸无杆腔34气压降低，反向气液联动活塞33向上移动，在控制弹簧29的作用力下，控制油缸上腔32中油液流向气液联动缸有杆腔35，控制活塞28向上移动。

当控制油缸位移传感器27检测到控制活塞28处于控制油缸中间腔31右端油路通道关闭的位置时，电子控制单元26控制后置电控节流阀4、前置电控节流阀15和电控气体节流阀19的通孔恢复初始的小通孔状态。超磁致气动阀24的线圈59断电，超磁致伸缩棒83恢复原状，喷嘴77打开，球头杆活塞气动阀上腔76气压降低。气动活塞63向上移动，关闭锥形孔70和短孔66，调速系统恢复到发动机正常工作状态。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于超磁致气动阀的气液联动调速系统，其包括油箱、回油管、节流阀、滤油器、变量泵、溢流阀、控制油缸、单向阀、控制补油杯、动力补油杯、油雾分离器、气液联动缸、机械调速组件、动力油缸、超磁致气动阀和电子控制单元，其特征在于，

所述变量泵的进口端通过滤油器和所述油箱的第一端连接，所述变量泵的第一出口端和控制油缸中间腔的第一油路通道连接，所述变量泵的第二出口端通过溢流阀和所述油箱的第二端连接，控制油缸上腔的油路通道的第一端和气液联动缸有杆腔的第一油路通道连接，控制油缸上腔的油路通道的第二端通过控制单向阀和所述控制补油杯连接，所述控制油缸中间腔的第二油路通道和所述机械调速组件中上腔的第一端连接，控制油缸弹簧腔的油路通道通过控制油缸回油管和所述油箱的第三端连接，气液联动缸无杆腔的气体通道通过后置油雾分离器和所述超磁致气动阀的细长孔连接；

所述机械调速组件，其包括固定板、调速弹簧、推力轴承、飞锤、飞锤套筒、转速传感器、活塞套筒、调速活塞和机械调速组件位移传感器，所述固定板和所述调速弹簧的第一端连接，所述调速弹簧的第二端通过推力轴承和所述调速活塞的第一端连接，所述调速活塞的第二端位于所述活塞套筒的内部，所述飞锤的尾部和所述推力轴承的下端接触，所述飞锤的头部和所述飞锤套筒的第一端连接，所述飞锤套筒的第二端和所述活塞套筒连接，所述活塞套筒上端的外侧设有转速传感器，所述活塞套筒下端的内部设有机械调速组件位移传感器；所述机械调速组件上腔通过前置电控节流阀和弹簧气液联动缸无杆腔的第一油路通道连接，所述机械调速组件中下腔通过机械调速回油管和所述油箱的第四端连接，所述机械调速组件中上腔的第二端和动力油缸有杆腔连接，所述机械调速组件下腔通过后置电控节流阀和气液联动缸有杆腔的第二油路通道连接，动力油缸弹簧腔的第一端和弹簧气液联动缸无杆腔的第二油路通道连接，所述动力油缸弹簧腔的第二端通过动力单向阀和所述动力补油杯连接，弹簧气液联动缸有杆腔的气体通道依次通过电控气动节流阀和前置油雾分离器与气动单向阀所在气路连接；

气源的第一出口通过节流阀和所述超磁致气动阀的一级进气孔连接，所述气源的第二出口通过气动单向阀和所述超磁致气动阀的二级进气孔连接；所述超磁致气动阀，其包括超磁致伸缩气动喷嘴挡板阀和球头杆活塞气动阀，所述超磁致伸缩气动喷嘴挡板阀，其包括冷却调零组件、线圈骨架、线圈、永磁体、一级排气孔、喷嘴、一级弹簧、喷嘴橡胶密封件、挡板、超磁致伸缩棒和上腔体，所述冷却调零组件的外壳和所述上腔体上端内部的中心安装端连接，所述上腔体下端内部靠近中间位置设有喷嘴，所述上腔体下端的内部设有一级弹簧腔，所述一级弹簧腔的一端设有一级排气孔；所述冷却调零组件，其包括圆形挡块、圆柱形滑块、外壳、方形活动杆和圆形端盖，所述圆形端盖和所述外壳上端内部的中心安装端连接，所述圆形端盖中心处的通孔和所述方形活动杆的第一端连接，所述圆形端盖中心处的下端和所述圆形挡块的第一端连接，所述圆形挡块的第二端通过细销钉和所述方形活动杆的第二端连接，所述方形活动杆的第三端通过粗销钉和所述圆柱形滑块的第一端连接，所述圆柱形滑块的第二端和所述超磁致伸缩棒的上端连接，进油通道和出油通道对称分布在所述外壳的两端；在所述超磁致伸缩气动喷嘴挡板阀中，所述超磁致伸缩棒的上端位于所述冷却调零组件下端凹槽内，所述超磁致伸缩棒的下端和所述挡板上端的凹槽接触，所述挡板下端的凹槽和所述喷嘴橡胶密封件连接，所述挡板下端的弹簧座和所述一级弹簧连接，所述线圈骨架的内侧分别与所述冷却调零组件和所述挡板的外侧安装端连接，所述线圈骨架的外侧设有线圈，所述线圈骨架的固定端和所述永磁体连接；

所述球头杆活塞气动阀，其包括一级进气孔、气动活塞、二级弹簧、短孔、二级进气孔、球头杆橡胶密封件、锥形孔、球头杆、细长孔、通孔橡胶密封件、二级排气孔和下腔体，所述下腔体的内部从上端到下端依次设有球头杆活塞气动阀上腔、二级弹簧腔、球头杆活塞气动阀有杆腔和球头杆活塞气动阀下腔，所述球头杆活塞气动阀上腔的一端设有一级进气孔，所述气动活塞位于球头杆活塞气动阀上腔和二级弹簧腔之间，所述气动活塞的活塞杆端和所述通孔橡胶密封件连接，所述二级弹簧腔的一端设有二级排气孔，所述球头杆活塞气动阀有杆腔的一侧设有细长孔，所述球头杆活塞气动阀下腔的一侧设有二级进气孔；在所述球头杆活塞气动阀中，所述二级弹簧的两端分别与所述二级弹簧腔的弹簧座和所述气动活塞的安装端连接，所述二级弹簧腔中弹簧座的中部设有短孔，所述球头杆中部设有球头杆橡胶密封件，所述球头杆活塞气动阀有杆腔下端的中心设有锥形孔，所述锥形孔的轴线和所述短孔的轴线在同一条直线上，所述球头杆的螺纹端通过短孔和所述气动活塞的螺纹端连接，所述球头杆的球头端和所述锥形孔接触；

所述动力油缸，其包括动力弹簧和动力活塞，在动力油缸内部，自上而下依次安装动力弹簧和动力活塞，所述动力活塞的下端和发动机燃油量供给开关连接。

2.根据权利要求1所述的基于超磁致气动阀的气液联动调速系统，其特征在于，所述控制油缸，其包括控制油缸位移传感器、控制活塞和控制弹簧，在控制油缸内部，自上而下依次安装控制油缸位移传感器、控制活塞和控制弹簧。

3.根据权利要求1所述的基于超磁致气动阀的气液联动调速系统，其特征在于，所述气液联动缸的内部设有反向气液联动活塞；所述弹簧气液联动缸，其包括气动弹簧和正向气液联动活塞，在弹簧气液联动缸内部，自上而下依次安装气动弹簧和正向气液联动活塞。

4.根据权利要求1所述的基于超磁致气动阀的气液联动调速系统，其特征在于，所述电子控制单元的控制端分别与所述后置电控节流阀、所述前置电控节流阀、所述电控气动节流阀、控制油缸位移传感器、转速传感器、机械调速组件位移传感器和线圈连接。

Images