CN116085221A - 一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵，包括斜盘式变量柱塞泵和变量速度控制回路。变量速度控制回路包括变量活塞缸、复位活塞缸、控制阀组、变量速度控制器、压力传感器和角位移传感器；变量活塞缸和复位活塞缸的活塞杆与斜盘相连，控制阀组输入油口与柱塞泵出油口相连，输出油口与变量活塞缸无杆腔相连，控制进入变量柱塞缸无杆腔的流量；变量活塞缸无杆腔与控制阀组输出油口之间还设置有阻尼装置；变量速度控制器根据传感器反馈信号与设定信号偏差经计算输出控制信号至控制阀组，通过控制阀组内不同数字阀开闭实现柱塞泵变量速度主动式无级调节，解决传统变量柱塞泵变量速度不可主动调节问题，提高变量系统响应速度和稳定性。

Description

一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵
技术领域
本发明涉及柱塞泵领域，特别是指一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵。
背景技术
液压泵作为一种重要的液压动力源，具有高效、节能、功率高等优点，被广泛应用于航空航天和工程机械等领域。变量柱塞泵通过调节斜盘倾斜角度改变柱塞泵输出流量，从而实现输出流量与需求相匹配，具有明显的节能效果，因而受到日益关注。
然而当前主要研究点集中于柱塞泵变量控制方法上，对柱塞泵变量调节速度关注较少。传统柱塞泵变量机构为机液式，变量速度与所受液压力和内部结构有关，变量速度不可控制，因此变量调节存在滞后性和不稳定性。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵，旨在解决传统变量柱塞泵变量速度不可主动调节问题，提高变量系统响应速度和稳定性。
本发明采用如下技术方案：
一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵，包括斜盘式变量柱塞泵和变量速度控制回路；变量速度控制回路包括变量活塞缸、复位活塞缸、控制阀组、变量速度控制器、压力传感器和角位移传感器；变量活塞缸和复位活塞缸的活塞与斜盘相连，控制斜盘倾角；控制阀组输入油口与斜盘式变量柱塞泵出油口相连，输出油口与变量活塞缸无杆腔相连，变量活塞缸无杆腔与控制阀组输出油口之间还设置有阻尼装置，变量速度控制器根据压力传感器和角位移传感器反馈信号与设定信号偏差经逻辑计算后输出控制信号至控制阀组，通过控制阀组内不同数字阀开闭实现柱塞泵变量速度主动式无级调节。
具体地，所述控制阀组包括多个高速开关阀。
具体地，所述阻尼装置采用阻尼孔。
具体地，所述压力传感器安装于斜盘式变量柱塞泵出口用于采集柱塞泵输出压力信号，所述角位移传感器安装于斜盘上用于采集斜盘倾角信号，作为变量速度控制器的信号输入。
具体地，变量速度控制器根据压力传感器和角位移传感器反馈信号与设定信号偏差经逻辑计算后输出控制信号至控制阀组，具体为：
变量速度控制器比较压力传感器和角位移传感器反馈信号与设定信号偏差值，当偏差值大于或等于设定阈值时，变量速度控制器输出控制信号至控制阀组，增加控制阀组内高速开关阀开启数量，当偏差值小于设定阈值时，变量速度控制器输出控制信号至控制阀组，减少控制阀组内高速开关阀开启数量。
具体地，所述设定信号为压力信号、流量信号、功率信号或通过传感器采集的进行逻辑运算的信号。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵，包括斜盘式变量柱塞泵和变量速度控制回路；变量速度控制回路包括变量活塞缸、复位活塞缸、控制阀组、变量速度控制器、压力传感器和角位移传感器；变量活塞缸和复位活塞缸的活塞与斜盘相连，控制斜盘倾角；控制阀组输入油口与斜盘式变量柱塞泵出油口相连，输出油口与变量活塞缸无杆腔相连，变量活塞缸无杆腔与控制阀组输出油口之间还设置有阻尼装置，变量速度控制器根据压力传感器和角位移传感器反馈信号与设定信号偏差经逻辑计算后输出控制信号至控制阀组，通过控制阀组内不同数字阀开闭实现柱塞泵变量速度主动式无级调节；本发明提供的数字变量柱塞泵能够解决传统变量柱塞泵变量速度不可主动调节问题，提高变量系统响应速度和稳定性。
附图说明
附图1为本发明的一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵液压原理示意图。
附图2为本发明的一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵控制阀组示意图。
附图3为本发明的一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵变量速度数字式主动调节方法示意图。
附图标记：1为电机，2为斜盘式变量柱塞泵，3、8为油箱，4为变量活塞缸，5为复位活塞缸，6为阻尼装置，7为控制阀组，9为变量速度控制器，10为角位移传感器，11为压力传感器，12为高速开关阀。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
具体实施方式
参见图1所示的一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵液压原理示意图，包括斜盘式变量柱塞泵2和变量速度控制回路。变量速度控制回路包括变量活塞缸4、复位活塞缸5、控制阀组7、变量速度控制器8、压力传感器10、角位移传感器9等部分；变量活塞缸4和复位活塞缸5的活塞杆与斜盘相连，控制斜盘倾角；控制阀组7输入油口与斜盘式变量柱塞泵2出油口相连，输出油口与变量活塞缸4无杆腔相连，变量活塞缸4无杆腔与控制阀组7输出油口之间还设置有阻尼装置6。压力传感器10安装于斜盘式变量柱塞泵2出口，获取斜盘式变量柱塞泵2输出压力信号；角位移传感器9安装于斜盘式变量柱塞泵2斜盘上，获取斜盘式变量柱塞泵2斜盘倾角信号。变量速度控制器8接收压力传感器10输出的压力信号、角位移传感器9输出的斜盘倾角信号和用户设定信号，经过一系列逻辑运算后向控制阀组7输出控制信号，控制阀组7接收控制器输出信号对进入变量活塞缸4无杆腔内流量大小调节，进而调节斜盘式变量柱塞泵2变量速度，具体结构和工作原理将在图2中进行阐述。阻尼装置6为阻尼孔，作用是减小流量对变量活塞缸4冲击，使变量活塞运动更加平稳。其中还包括电机1以及油箱3、8。
参见图2所示的一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵控制阀组示意图，此处控制阀组由n个体积小、动态响应时间短的高速开关阀11并联组成，其中并联数量可以由用户根据需要设置。高速开关阀接收脉冲调制信号(以下简称PWM波)，假设所述的PWM波占空比为δ，则单个高速开关阀通过流量为：
Figure BDA0003841086130000031
式中Qδ为通过单个高速开关阀的平均流量，Cd为流量系数，Agmax为高速开关阀阀口最大开度时通流面积，Pg为高速开关阀进油口压力，Pb为高速开关阀出油口压力，ρ为油液密度。
假设控制阀组中k个高速开关阀开启，(n-k)个高速开关阀关闭，则进入变量活塞缸无杆腔流量为：
Figure BDA0003841086130000032
变量活塞运动速度为：
Figure BDA0003841086130000033
式中v为变量活塞杆运动速度，A为变量活塞面积，r为变量活塞半径。
将式(1)、式(2)带入式(3)可得：
Figure BDA0003841086130000034
由于高速开关阀响应速度很快，通过高速开关阀的油液几乎不会产生压降，即Pg＝Pb＝Ps，其中Ps为泵出口压力。则式(4)可进一步表示为：
Figure BDA0003841086130000035
由式(5)可知，变量活塞杆运动速度与高速开关阀开启数量k和PWM波占空比δ有关，其中±表示变量活塞运动方向(向左为正，向右为负)，通过合理配置这两个参数即可实现柱塞泵变量速度无级调节。
参见图3所示的一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵变量速度数字式主动调节方法示意图，控制器接收传感器输入信号和用户设定信号，经逻辑运算后输出控制信号给控制阀组，通过控制控制阀组内高速开关阀开闭数量从而调节柱塞泵变量速度。具体的，为了提高运算性能和减少存储空间，同时为了减小手动-自动切换时系统冲击，采用增量式PID设计控制器逻辑运算过程：
u(t)＝kp*e(t-1)+ki*e(t)+kd*(e(t)-2e(t-1)+e(t-2))+u(t-1)(5)
式中u(t)为本次输出量，u(t-1)为上次输出量，kp、ki、kd为PID控制器参数，e(t)为本次实际值与目标值偏差值，e(t-1)为上一次实际值与目标值偏差值，e(t-2)为上上次实际值与目标值偏差值。
此处需要说明的是，输出信号u(t)通过控制PWM波占空比既可以控制高速开关阀开启与关闭，也以控制高速开关阀通过流量大小。具体的，当不需要高速开关阀开启时，u(t)为占空比为零的PWM波，当需要高速开关阀开启时，按照需要输出不同占空比不为零的PWM波。
另外需要说明的是，用户也可以将柱塞泵变量速度提前设置为不同档位，使用旋钮或拨杆对变量速度进行档位控制，如若此，控制器将保证变量速度不变前提下自动根据式(5)输出不同控制信号。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (6)

1.一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵，其特征在于，包括斜盘式变量柱塞泵和变量速度控制回路；变量速度控制回路包括变量活塞缸、复位活塞缸、控制阀组、变量速度控制器、压力传感器和角位移传感器；变量活塞缸和复位活塞缸的活塞与斜盘相连，控制斜盘倾角；控制阀组输入油口与斜盘式变量柱塞泵出油口相连，输出油口与变量活塞缸无杆腔相连，变量活塞缸无杆腔与控制阀组输出油口之间还设置有阻尼装置，变量速度控制器根据压力传感器和角位移传感器反馈信号与设定信号偏差经逻辑计算后输出控制信号至控制阀组，通过控制阀组内不同数字阀开闭实现柱塞泵变量速度主动式无级调节。
2.根据权利要求1所述的一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵，其特征在于，所述控制阀组包括多个高速开关阀。
3.根据权利要求1所述的一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵，其特征在于，所述阻尼装置采用阻尼孔。
4.根据权利要求1所述的一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵，其特征在于，所述压力传感器安装于斜盘式变量柱塞泵出口用于采集柱塞泵输出压力信号，所述角位移传感器安装于斜盘上用于采集斜盘倾角信号，作为变量速度控制器的信号输入。
5.根据权利要求1所述的一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵，其特征在于，变量速度控制器根据压力传感器和角位移传感器反馈信号与设定信号偏差经逻辑计算后输出控制信号至控制阀组，具体为：
变量速度控制器比较压力传感器和角位移传感器反馈信号与设定信号偏差值，当偏差值大于或等于设定阈值时，变量速度控制器输出控制信号至控制阀组，增加控制阀组内高速开关阀开启数量，当偏差值小于设定阈值时，变量速度控制器输出控制信号至控制阀组，减少控制阀组内高速开关阀开启数量。
6.根据权利要求1所述的一种变量速度可主动调节的数字变量柱塞泵，其特征在于，所述设定信号为压力信号、流量信号、功率信号或通过传感器采集数据逻辑运算后的信号。
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