CN117738865A - 变量泵系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变量泵系统及其控制方法，本发明的变量泵系统包括变量泵，变量调节机构，以及伺服控制单元，变量泵内设有用于改变变量泵排量的斜盘，伺服控制单元包括电机，伺服阀，液压执行单元，以及连接伺服阀和液压执行单元的液压回路，电机驱使伺服阀进入工作位时，伺服阀能够允许液压油经所述液压回路进入液压执行单元，以驱使液压执行单元的主轴转动，液压执行单元的主轴转动时，能够通过变量调节机构改变斜盘的角度，以改变变量泵的排量。本发明所述的变量泵系统，通过伺服阀与液压执行单元配合设置，能够通过变量调节机构改变斜盘的角度，能够调节变量泵的排量，并提高变量泵的排量调节的精度。

Description

变量泵系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及液压传动技术领域，特别涉及一种变量泵系统。本发明还涉及上述变量泵系统的控制方法。

背景技术

随着技术的发展和自动化水平的不断提高，液压系统对变量泵的需求越来越大，对变量泵的变量要求也越来越高，现有的变量方法包括恒压力变量和比例变量，恒压力变量利用压力控制阀检测液压系统的压力，并相应的控制变量泵的供油量，比例变量利用电磁阀输出不同的压力来改变变量泵的排量。

以上方法通过利用不同种类的液压阀实现对控制变量泵的排量控制，但依旧存在变量精度较低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种变量泵系统，以提高变量泵的排量调节精度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种变量泵系统，包括变量泵，变量调节机构，以及伺服控制单元；

所述变量泵内设有用于改变所述变量泵排量的斜盘；

所述伺服控制单元包括电机，伺服阀，液压执行单元，以及连接所述伺服阀和所述液压执行单元的液压回路；

所述电机驱使所述伺服阀进入工作位时，所述伺服阀能够允许液压油经所述液压回路进入所述液压执行单元，以驱使所述液压执行单元的主轴转动；

所述液压执行单元的主轴转动时，能够通过所述变量调节机构改变所述斜盘的角度，以改变所述变量泵的排量。

进一步的，所述液压回路包括连接在所述伺服阀的第一阀口与所述液压执行单元之间的第一液压支路，以及连接在所述伺服阀的第二阀口与所述液压执行单元间的第二液压支路。

进一步的，所述液压执行单元为摆动缸，所述摆动缸上设有第一油口和第二油口，且向所述第一油口或所述第二油口供油时，所述摆动缸的主轴能够被所述液压油驱使转动。

进一步的，所述变量调节机构包括壳体，滑动设于所述壳体内的齿条，以及与所述齿条啮合的齿轮；

所述齿轮与所述液压执行单元的主轴连接，所述齿条与所述斜盘连接；

所述液压执行单元的主轴转动时，通过所述齿轮和所述齿条间的传动，改变所述斜盘的角度。

进一步的，所述壳体上设有调整所述齿条移动行程的调节机构，且对应于所述齿条的两端分别设有所述调节机构。

进一步的，所述调节机构包括螺接在所述壳体上的调节螺栓，且通过控制所述调节螺栓进入所述壳体内的深度，改变所述齿条的移动行程。

进一步的，还包括先导泵；

所述先导泵通过先导回路与所述伺服阀连接，且所述先导泵通过所述先导回路向所述伺服阀供油。

进一步的，所述先导泵与所述变量泵同轴连接；和/或，所述先导泵的两端并联有溢流阀。

进一步的，所述伺服阀包括能够相对转动的阀体和阀芯；

所述电机的输出轴与所述阀芯连接，所述液压执行单元的主轴和所述阀体通过机械反馈传动轴连接；

所述液压油驱使所述液压执行单元的主轴转动时，所述液压执行单元能够通过所述机械反馈传动轴驱使所述阀体运动，以使所述伺服阀和所述液压执行单元之间形成机械闭环。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的变量泵系统，通过伺服阀与液压执行单元配合设置，能够通过变量调节机构改变斜盘的角度，调节变量泵的排量，能够提高变量泵的排量调节的精度。

此外，通过设置电机驱动伺服阀，替代了传统复杂昂贵的伺服系统，精简了传统变量泵系统的结构，使变量泵系统更加紧凑，操作和维护更加方便，同时能够减少系统发热，提高系统工作效率。同时，通过控制电机对变量泵的排量进行相应的调节，能够实现不同的排量控制方式。先导泵和变量泵同轴设置，使变量泵系统的结构紧凑可靠，同时，溢流阀并联在先导泵的两端，能够保证先导回路的油压恒定，并起到保护作用。

另外，液压执行单元采用摆动缸，其结构紧凑，摆动缸能够在较小空间内输出较大的扭矩，以便于驱使变量调节机构动作。伺服阀与液压执行单元构成机械闭环，使电机与液压执行单元之间的形成速度闭环和位置闭环，并且能够实现伺服阀停机自动复位的功能，有效的提升了变量泵的工作性能。

本发明的另一目的在于提出一种上述变量泵系统的控制方法，该控制方法包括：

在需要改变所述变量泵的排量时，根据所述变量泵的排量调整值，获得所述液压执行单元的所述主轴的转动角度；

根据所述液压执行单元的主轴的转动角度，获得所述电机的转角，并由所述电机驱使所述伺服阀的所述阀芯转动进入工作位，以使液压油经所述液压油路进入所述液压执行单元，而驱使所述液压执行单元的主轴通过所述变量调节机构改变所述变量泵的排量；

在所述变量泵的排量改变完成时，控制所述电机停转，所述伺服阀的阀芯进入停止位。

本发明所述的变量泵系统的控制方法，可用于变量泵系统的排量调节，能够提升变量泵系统排量调节的精度

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的变量泵系统的结构控制原理图；

附图标记说明：

1、变量泵；2、变量调节机构；3、伺服控制单元；4、先导泵；

11、斜盘；

21、齿条；22、齿轮；23、调节螺栓；

31、电机；32、伺服阀；33、液压执行单元；34、第一液压支路；35、第二液压支路；36、机械反馈传动轴；

41、溢流阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语，其为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”“连接件”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例涉及一种变量泵系统，整体结构上，结合图1所示，本实施例的变量泵系统包括变量泵1，变量调节机构2，以及伺服控制单元3，变量泵1内设有用于改变变量泵1排量的斜盘11，伺服控制单元3包括电机31，伺服阀32，液压执行单元33，以及连接伺服阀32和液压执行单元33的液压回路。

其中，电机31驱使伺服阀32进入工作位时，伺服阀32能够允许液压油经液压回路进入液压执行单元33，以驱使液压执行单元33的主轴转动，液压执行单元33的主轴转动时，能够通过变量调节机构2改变斜盘11的角度，以改变变量泵1的排量。

如上结构，通过伺服阀32与液压执行单元33配合设置，能够通过变量调节机构2改变斜盘11的角度，调节变量泵1的排量，能够提高变量泵1排量调节的精度。

基于以上整体介绍，具体来说，作为一种优选的实施形式，本实施例的电机31连接控制器，控制器能够向电机31输入控制信号，替代了传统复杂昂贵的伺服系统，精简了传统变量泵系统的结构，使变量泵系统更加紧凑，操作和维护更加方便，同时能够减少系统发热，提高系统工作效率。

另外，通过控制器检测变量泵1负载端的压力变化，控制电机31对变量泵1的排量进行相应的调节，从而实现变量泵1的排量和压力双跟随控制，并便于实现变量泵系统的数字化控制。

在具体实施时，电机31可采用步进电机31，能够提高电机31的转动精度，同时使控制信号的脉冲数与电机31的转角对应，且控制信号的脉冲频率与电机31的转速对应。另外，变量泵1通向负载端的油路中设有单向阀，防止液压油逆流，以保证变量泵1正常工作。

本实施例中，作为一种优选的实施形式，液压回路包括连接在伺服阀32第一阀口与液压执行单元33之间的第一液压支路34，以及连接在伺服阀32的第二阀口与液压执行单之间的第二液压支路35。液压执行单元33上设有两个油口，两个油口分别连接第一液压支路34和第二液压支路35，且液压油通过不同伺服阀32上不同的阀口向液压执行单元33供油时，能够驱动液压执行单元33的主轴正转或反转。

在具体实施时，伺服阀32可采用三位四通阀，伺服阀32包括第一工作位、第二工作位和停止位，且A口连接第一液压支路34，B口连接第二液压支路35。当伺服阀32位于第一工作位时，P口与A口相连通，T口与B口相连通，液压油经由A口和第一液压支路34进入液压执行单元33，并驱使液压执行单元33的主轴正转。当伺服阀32位于第二工作位时，P口与B口相连通，T口与B口相连通，液压油经由B口与第二液压支路35进入液压执行单元33，并驱使液压执行单元33的主轴反转。

作为一种优选的实施形式，本实施例的液压执行单元33为摆动缸，且摆动缸上设有第一油口和第二油口，向第一油口或第二油口供油时，摆动缸的主轴能够被液压油驱使转动。摆动缸的结构紧凑，能够在较小空间内输出较大的扭矩，以便于驱使变量调节机构2动作。在具体实施时，摆动缸的第一油口连接第一液压支路34，第二油口连接第二液压支路35，向第一油口供油时，液压油驱使摆动缸的主轴正转，向第二油口供油时，液压油驱使摆动缸的主轴反转。

本实施例中，作为一种优选的实施形式，变量调节机构2包括壳体，滑动设于壳体内的齿条21，以及与齿条21啮合的齿轮22，该齿轮22与液压执行单元33的主轴连接，且齿条21与斜盘11连接，液压执行单元33的主轴转动时，通过齿轮22和齿条21间的传动，能够改变斜盘11的角度。该变量调节机构2结构简单，便于维护，其与液压执行机构33配合设置能够具有较高的调节精度。

另外，壳体上设有调整齿条21移动行程的调节机构，且对应于齿条21的两端分别设有该调节机构，并且作为一种优选的实施形式，调节机构包括螺接在壳体上的调节螺栓23，通过控制调节螺栓23进入壳体内的深度，能够改变齿条21移动的形成。在具体实施时，齿条21向左移动至极限位置时，变量泵1被调节为最小排量，齿条21向右移动至极限位置时，变量泵1被调节为最大排量，并且通过操纵调节螺栓23使齿条21向左移动至极限位置，该极限位置能够满足变量泵1的最小流量要求。

作为一种优选的实施形式，本实施例的变量泵系统还包括先导泵4，先导泵4通过先导回路与伺服阀32连接，且先导泵4通过先导回路向伺服阀32供油。另外，先导泵4与变量泵1同轴连接，先导泵4的两端并联有溢流阀41。先导泵4与变量泵1同轴连接，使发动机驱动变量泵1时，还能够驱动先导泵4向伺服阀32供油，用一个发动机驱动变量泵1和先导泵4，使变量泵系统的结构紧凑可靠，同时，溢流阀41并联在先导泵4的两端，能够保证先导回路的油压恒定。在具体实施时，先导泵4的最小流量能够满足液压执行单元33正常工作的最小流量。

本实施例中，作为一种优选的实施形式，伺服阀32包括能够相对转动的阀芯和阀体，电机31的输出轴与阀芯连接，液压执行单元33的主轴和阀体通过机械反馈传动轴36连接，液压油驱使液压执行机构33转动时，液压执行单元33能够通过机械反馈轴驱使阀体运动，以使伺服阀32和液压执行单元33之间形成机械闭环。

具体的，在电机31驱动阀芯转动时，阀芯与阀体发生相对转动，伺服阀32的A口和B口形成阀口开度，此时伺服阀32被置于工作位。同时，液压油能够经由伺服阀32驱使液压执行单元33的主轴转动，并且液压执行单元33的主轴同时通过机械反馈传动轴36带动阀体转动，阀口开度越大时，液压执行单元33的主轴的转速越快。

可以理解的是，随着电机31不断的转动，伺服阀32的A口和B口的阀口开度跟随阀芯和阀体的相对转动增大或减小，阀口开度大小跟随阀芯和阀体的错位角的大小变化，同时，伺服阀32根据阀口开度的大小控制阀芯和阀体的错位角的变化，从而形成伺服阀32A口和B口的阀口开度的自动调节，最终使阀体的转速跟踪阀芯的转速，即液压执行单元33的主轴转速跟踪电机31的转速。

另外，在电机31停转时，阀芯停转转动，阀体在转动过程中使A口和B口的阀口开度逐渐减小，直至A口和B口关闭，伺服阀32置于停止位，从而使液压执行单元33的主轴逐渐停止转动，以使液压执行单元33主轴的转角与电机31输出轴的转角对应。由此形成伺服阀32和液压执行单元33的机械闭环，同时也构成了电机31与液压执行单元33之间的速度闭环和位置闭环，并且能够实现伺服阀32停机自动复位的功能。

本实施例的变量泵系统，通过伺服阀32与液压执行单元33配合设置，能够通过变量调节机构2改变斜盘11的角度，调节变量泵1的排量，并提高变量泵1的变量精度，有效的提升了变量泵1的工作性能。

此外，本实施例的变量泵系统在使用时，其所涉及的控制方法包括：

在需要改变所述变量泵1的排量时，根据所述变量泵1的排量调整值，获得所述液压执行单元33的所述主轴的转动角度。

根据所述液压执行单元33的主轴的转动角度，获得所述电机31的转角，并由所述电机31驱使所述伺服阀32的所述阀芯转动进入工作位，以使液压油经所述液压油路进入所述液压执行单元33，而驱使所述液压执行单元33的主轴通过所述变量调节机构2改变所述变量泵1的排量。

在所述变量泵1的排量改变完成时，控制所述电机31停转，所述伺服阀32的阀芯进入停止位。

其中，在具体实施时，例如在变量泵系统的排量减小时，一种具体的控制方法如下：

电机31根据接收的控制信号，驱使阀芯以相应的转速转过相应的角度，使伺服阀32置于第一工作位。

此时伺服阀32的P口与A口相连通，先导泵4经由伺服阀32A口向液压执行单元33的油口供油，液压油能够驱使液压执行单元33的主轴正转，并通过齿轮22带动齿条21向左移动，齿条21带动斜盘11逆时针摆动，使变量泵1的排量减小。

在排量改变完成时，控制器停止向伺服阀32发出信号，电机31停止转动，伺服阀32回到停止位关闭阀口，使液压执行单元33的主轴停止转动，变量泵1停止变量。

而在变量泵系统的排量增大时，其一种具体的控制方法如下：

电机31根据接收的控制信号，驱使阀芯以相应的转速转过相应的角度，使伺服阀32置于第一工作位。

此时伺服阀32的P口与B口相连通，先导泵4经由伺服阀32B口向液压执行单元33供油，液压油能够驱使液压执行单元33的主轴正转，并通过齿轮22带动齿条21向左移动，齿条21带动斜盘11逆时针摆动，使变量泵1的排量减小。

在排量改变完成时，控制器停止向伺服阀32发出信号，电机31停止转动，伺服阀32回到停止位关闭阀口，使液压执行单元33的主轴停止转动，变量泵1停止变量。

本实施例的变量泵系统及其控制方法，通过排量调整值获得液压执行机构33主轴的转动角度，从而获得所述电机31的转角，形成电机31的转角与液压执行单元33主轴的转角形成稳定的匹配关系，可提升排量调节的精度，而具有很好的实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变量泵系统，其特征在于：

包括变量泵(1)，变量调节机构(2)，以及伺服控制单元(3)；

所述变量泵(1)内设有用于改变所述变量泵(1)排量的斜盘(11)；

所述伺服控制单元(3)包括电机(31)，伺服阀(32)，液压执行单元(33)，以及连接所述伺服阀(32)和所述液压执行单元(33)的液压回路；

所述电机(31)驱使所述伺服阀(32)进入工作位时，所述伺服阀(32)能够允许液压油经所述液压回路进入所述液压执行单元(33)，以驱使所述液压执行单元(33)的主轴转动；

所述液压执行单元(33)的主轴转动时，能够通过所述变量调节机构(2)改变所述斜盘(11)的角度，以改变所述变量泵(1)的排量。

2.根据权利要求1所述的变量泵系统，其特征在于：

所述液压回路包括连接在所述伺服阀(32)的第一阀口与所述液压执行单元(33)之间的第一液压支路(34)，以及连接在所述伺服阀(32)的第二阀口与所述液压执行单元(33)间的第二液压支路(35)。

3.根据权利要求1所述的变量泵系统，其特征在于：

所述液压执行单元(33)为摆动缸，所述摆动缸上设有第一油口和第二油口，且向所述第一油口或所述第二油口供油时，所述摆动缸的主轴能够被所述液压油驱使转动。

4.根据权利要求1所述的变量泵系统，其特征在于：

所述变量调节机构(2)包括壳体，滑动设于所述壳体内的齿条(21)，以及与所述齿条(21)啮合的齿轮(22)；

所述齿轮(22)与所述液压执行单元(33)的主轴连接，所述齿条(21)与所述斜盘(11)连接；

所述液压执行单元(33)的主轴转动时，通过所述齿轮(22)和所述齿条(21)间的传动，改变所述斜盘(11)的角度。

5.根据权利要求4所述的变量泵系统，其特征在于：

所述壳体上设有调整所述齿条(21)移动行程的调节机构，且对应于所述齿条(21)的两端分别设有所述调节机构。

6.根据权利要求5所述的变量泵系统，其特征在于：

所述调节机构包括螺接在所述壳体上的调节螺栓(23)，且通过控制所述调节螺栓(23)进入所述壳体内的深度，改变所述齿条(21)的移动行程。

7.根据权利要求1所述的变量泵系统，其特征在于：

还包括先导泵(4)；

所述先导泵(4)通过先导回路与所述伺服阀(32)连接，且所述先导泵(4)通过所述先导回路向所述伺服阀(32)供油。

8.根据权利要求7所述的变量泵系统，其特征在于：

所述先导泵(4)与所述变量泵(1)同轴连接；和/或，所述先导泵(4)的两端并联有溢流阀(41)。

9.根据权利要求1至8任一项所述的变量泵系统，其特征在于：

所述伺服阀(32)包括能够相对转动的阀体和阀芯；

所述电机(31)的输出轴与所述阀芯连接，所述液压执行单元(33)的主轴和所述阀体通过机械反馈传动轴(36)连接；

所述液压油驱使所述液压执行单元(33)的主轴转动时，所述液压执行单元(33)能够通过所述机械反馈传动轴(36)驱使所述阀体运动，以使所述伺服阀(32)和所述液压执行单元(33)之间形成机械闭环。

10.如权利要求9所述的变量泵系统的控制方法，其特征在于，包括：

在需要改变所述变量泵(1)的排量时，根据所述变量泵(1)的排量调整值，获得所述液压执行单元(33)的所述主轴的转动角度；

根据所述液压执行单元(33)的主轴的转动角度，获得所述电机(31)的转角，并由所述电机(31)驱使所述伺服阀(32)的所述阀芯转动进入工作位，以使液压油经所述液压油路进入所述液压执行单元(33)，而驱使所述液压执行单元(33)的主轴通过所述变量调节机构(2)改变所述变量泵(1)的排量；

在所述变量泵(1)的排量改变完成时，控制所述电机(31)停转，所述伺服阀(32)的阀芯进入停止位。