CN204572371U - 用于控制液压激振系统的交变配流泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于控制液压激振系统的交变配流泵，包括主电机，主电机的壳体与固定配流盘固定连接，主电机的输出轴与缸体驱动轴连接，缸体驱动轴沿轴向依次穿过固定配流盘和旋转配流盘，缸体驱动轴与柱塞缸体固定连接；配流伺服电机通过驱动配流主动齿轮使旋转配流盘旋转；固定配流盘的工作端面形成直径不同的内外两道环形槽；旋转配流盘上开设有两条截面为弧形的配流通道。激振系统采用具有双配流盘结构的交变配流泵对作动器进行驱动，利用旋转配流盘连续旋转直接输出交变液流，通过调节旋转配流盘转速来控制激振频率，通过改变主电机转速或斜盘角度来控制综合排量从而控制激振振幅。

Description

用于控制液压激振系统的交变配流泵

技术领域

 本实用新型涉及一种泵，具体涉及一种用于控制液压激振系统的交变配流泵。

背景技术

液压激振系统因其较高的功率密度，在200Hz以内大驱动力加载方面具有得天独厚的优势，广泛应用于汽车、高铁列车、海洋装备等产业零部件的疲劳寿命、振动模拟等测试环节。

传统的液压激振系统是由液压泵输出直流液流，再通过阀芯运动切换油口逆变为交流液流令作动器循环往复运动。其中由于伺服阀等处存在较大的节流和溢流损失，能量利用率低，对测试时间较长的疲劳振动加载来说，极大地增加了能耗成本。

近年来，泵控直驱液压系统得到深入发展，减少了节流和溢流损耗，但交流输出需要通过驱动电机的换向来实现，因受电机性能的限制，加载频率有限，大幅延长了试验时间。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于控制液压激振系统的交变配流泵，它可以用于控制液压激振系统。

为解决上述技术问题，本实用新型用于控制液压激振系统的交变配流泵的技术解决方案为：

包括主电机1，主电机1的壳体通过钟罩2与固定配流盘5固定连接，主电机1的输出轴通过联轴器3与缸体驱动轴10连接，缸体驱动轴10沿轴向依次穿过固定配流盘5和旋转配流盘6，缸体驱动轴10与柱塞缸体12固定连接；旋转配流盘6的后端面与固定配流盘5的前端面接触，旋转配流盘6的前端面与柱塞缸体12接触；旋转配流盘6的外圈形成外齿轮并与配流主动齿轮7相啮合；配流主动齿轮7连接配流伺服电机11的转子，配流伺服电机11通过驱动配流主动齿轮7使旋转配流盘6旋转；柱塞缸体12的前端沿周向分布有多个圆孔，每个圆孔中分别插有柱塞14；多个柱塞14能够沿柱塞缸体12的轴向移动；该多个柱塞14的前端设置斜盘15；斜盘15的旋转轴线与柱塞缸体12的轴线之间成一夹角，以使斜盘15的工作面与柱塞缸体12的端面之间成一夹角；工作时，各柱塞14在柱塞缸体12内液压油的作用下压紧在斜盘15的工作面上；固定配流盘5的工作端面形成直径不同的内外两道环形槽B、A；两条环形槽沿轴向向内延伸，外环形槽A连接激振缸22的A腔，内环形槽B连接激振缸22的B腔；旋转配流盘6上开设有两条截面为弧形的配流通道I、II，内配流通道I与外配流通道II相对设置；内配流通道I的两端半径相同，内配流通道I的后端用于连通固定配流盘5的内环形槽B，内配流通道I的前端连通柱塞缸体12的部分柱塞圆孔；外配流通道II的后端半径大于前端半径，外配流通道II的后端用于连通固定配流盘5的外环形槽A，外配流通道II的前端连通柱塞缸体12的另一部分柱塞圆孔；外配流通道II的前端半径与内配流通道I的半径相同。

所述主电机1通过缸体驱动轴10带动柱塞缸体12连续旋转，由于斜盘15的作用，迫使柱塞14在柱塞缸体12内作往复运动，从而形成相位固定的吸油区和排油区；

与此同时，配流伺服电机11通过驱动配流主动齿轮7使旋转配流盘6旋转，而与配流盘罩壳9的外壳固定连接的固定配流盘5保持不动，从而实现旋转配流盘6相对于固定配流盘5的旋转，以及旋转配流盘6相对于柱塞缸体12的旋转，使旋转配流盘6的两条配流通道I、II与柱塞缸体12的吸油区和排油区的接触面积发生变化；

旋转配流盘6的旋转角φ=0°，旋转配流盘6的内配流通道I与柱塞缸体12吸油区和排油区的接触面积相同，旋转配流盘6的外配流通道II与柱塞缸体12吸油区和排油区的接触面积相同，即固定配流盘5的内环形槽B的输入流量和外环形槽A的输出流量为零；

随着旋转配流盘6的旋转，交变配流泵的输入输出流量发生如下变化：

0°＜φ＜90°：旋转配流盘6的内配流通道I与柱塞缸体12的吸油区的接触面积以及旋转配流盘6的外配流通道II与柱塞缸体12的排油区的接触面积逐渐变大，则固定配流盘5的内环形槽B的输入流量和外环形槽A的输出流量同时变大；

φ=90°：固定配流盘5的内环形槽B的输入流量和外环形槽A的输出流量达到最大；

90°＜φ＜180°：旋转配流盘6的内配流通道I与柱塞缸体12的吸油区的接触面积以及旋转配流盘6的外配流通道II与柱塞缸体12的排油区的接触面积逐渐变小，则固定配流盘5的内环形槽B的输入流量和外环形槽A的输出流量同时变小；

φ=180°：固定配流盘5的内环形槽B的输入流量和外环形槽A的输出流量减小到零；

180°＜φ＜270°：旋转配流盘6的外配流通道II与柱塞缸体12的吸油区的接触面积以及旋转配流盘6的内配流通道I与柱塞缸体12的排油区的接触面积逐渐变大，则固定配流盘5的外环形槽A的输入流量和内环形槽B的输出流量同时变大；

φ=270°：固定配流盘5的外环形槽A的输入流量和内环形槽B的输出流量达到最大；

270°＜φ＜360°：旋转配流盘6的外配流通道II与柱塞缸体12的吸油区的接触面积以及旋转配流盘6的内配流通道I与柱塞缸体12的排油区的接触面积逐渐变小，则固定配流盘5的外环形槽A的输入流量和内环形槽B的输出流量同时变小；

φ=360°：固定配流盘5的外环形槽A的输入流量和内环形槽B的输出流量减小到零；

如此循环，交变配流泵的两油口就会形成流量和方向都交替变化的油液，从而驱动激振缸往复运动。

通过控制器23输出信号改变所述旋转配流盘6的转速，激振缸22的往复频率随之变化；改变主电机1转速，则改变泵的输出流量，令激振缸22的激振幅值产生变化；或通过变量伺服电机21驱动变量丝杆20转动一定转角，就可使变量柱塞18移动，从而改变斜盘14的角度，从而改变泵排量，也可使激振缸22的激振振幅产生变化；通过控制器23测量激振缸22的实时位移和力，然后通过闭环控制，使激振缸22在所需的振幅和频率下工作。

所述配流通道I、II的圆心角不大于180°。

所述缸体驱动轴10通过驱动轴轴承4实现与固定配流盘5的活动连接，缸体驱动轴10能够相对于固定配流盘5旋转。

所述固定配流盘5与配流盘罩壳9的外壳固定连接；配流盘罩壳9的内腔设置有旋转配流盘6，配流盘罩壳9通过配流盘轴承8支承旋转配流盘6。

所述固定配流盘5的前端固定连接泵壳16，泵壳16的前端固定连接变量组件17；斜盘15通过其两侧的半圆耳轴支撑在变量组件17上。

所述柱塞缸体12设置于泵壳16内，泵壳16通过缸体轴承13与柱塞缸体12活动连接。

所述斜盘15的前端球头与变量柱塞18的端面槽口活动连接；变量柱塞18通过螺纹副沿轴向与变量丝杆19连接；变量丝杆19连接变量伺服电机21的转子轴；变量伺服电机21的外壳与变量塞盖20固定连接，变量塞盖20与变量组件17固定连接。

本实用新型可以达到的技术效果是：

激振系统采用具有双配流盘结构的交变配流泵对作动器进行驱动，利用旋转配流盘连续旋转直接输出交变液流，通过调节旋转配流盘转速来控制激振频率，通过改变主电机转速或斜盘角度来控制综合排量从而控制激振振幅。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1是本实用新型用于控制液压激振系统的交变配流泵的分解示意图；

图2是本实用新型的剖视图；

图3是本实用新型的局部示意图；

图4a是本实用新型的固定配流盘的剖面示意图；

图4b是图4a的侧视图；

图5a是本实用新型的旋转配流盘的前端面示意图；

图5b是本实用新型的旋转配流盘的后端面示意图；

图5c是本实用新型的旋转配流盘的剖面示意图；

图6是本实用新型的工作原理示意图；

图7是本实用新型的控制原理示意图。

图中附图标记说明：

1为主电机，                 2为钟罩，

3为联轴器，                 4为驱动轴轴承，

5为固定配流盘，             6为旋转配流盘，

7为配流主动齿轮，           8为配流盘轴承，

9为配流盘罩壳，             10为缸体驱动轴，

11为配流伺服电机，          12为柱塞缸体，

13为缸体轴承，              14为柱塞，

15为斜盘，                  16为泵壳，

17为变量组件，              18为变量柱塞，

19为变量丝杆，              20为变量塞盖，

21为变量伺服电机，          22为激振缸，

23为控制器。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型用于控制液压激振系统的交变配流泵，包括主电机1、钟罩2、联轴器3、驱动轴轴承4、固定配流盘5、旋转配流盘6、配流主动齿轮7、配流盘轴承8、配流盘罩壳9、缸体驱动轴10、配流伺服电机11、柱塞缸体12、缸体轴承13、柱塞14、斜盘15、泵壳16、变量组件17、变量柱塞18、变量丝杆19、变量塞盖20、变量伺服电机21、激振缸22；

如图2所示，主电机1的壳体通过钟罩2与固定配流盘5固定连接，主电机1的输出轴通过联轴器3与缸体驱动轴10连接，缸体驱动轴10沿轴向依次穿过固定配流盘5和旋转配流盘6，并通过花键实现缸体驱动轴10与柱塞缸体12的固定连接；

缸体驱动轴10通过驱动轴轴承4实现与固定配流盘5的活动连接，缸体驱动轴10能够相对于固定配流盘5旋转；

如图3所示，固定配流盘5沿轴向与配流盘罩壳9的外壳固定连接；配流盘罩壳9的内腔设置有旋转配流盘6，配流盘罩壳9通过配流盘轴承8支承旋转配流盘6；

旋转配流盘6的后端面与固定配流盘5的前端面接触，旋转配流盘6的前端面与柱塞缸体12接触；旋转配流盘6的外圈形成外齿轮并与配流主动齿轮7相啮合；配流主动齿轮7连接配流伺服电机11的转子，配流伺服电机11的定子连接配流盘罩壳9；配流伺服电机11通过驱动配流主动齿轮7使旋转配流盘6旋转；

柱塞缸体12沿周向分布有多个圆孔，每个圆孔中分别插有柱塞14；多个柱塞14能够沿柱塞缸体12的轴向移动；

该多个柱塞14的前端设置斜盘15；斜盘15的旋转轴线与柱塞缸体12的轴线之间成一夹角，以使斜盘15的工作面与柱塞缸体12的端面之间成一夹角；工作时，各柱塞14在柱塞缸体12内液压油的作用下压紧在斜盘15的工作面上，从而使得各柱塞14伸出柱塞缸体12端面的长度不同；

如图4a、图4b所示，固定配流盘5的工作端面形成直径不同的内外两道环形槽B、A；两条环形槽沿轴向向内延伸，内环形槽B连接激振缸22的B腔，外环形槽A连接激振缸22的A腔；

如图5a、图5b、图5c所示，旋转配流盘6上开设有两条截面为弧形的配流通道I、II，配流通道I、II的圆心角不大于180°；内配流通道I与外配流通道II相对设置；

内配流通道I的两端半径相同，内配流通道I的后端用于连通固定配流盘5的内环形槽B，内配流通道I的前端连通柱塞缸体12的部分柱塞圆孔；

外配流通道II的后端半径大于前端半径，外配流通道II的后端用于连通固定配流盘5的外环形槽A，外配流通道II的前端连通柱塞缸体12的另一部分柱塞圆孔；

外配流通道II的前端半径与内配流通道I的半径相同；

固定配流盘5的前端固定连接泵壳16，泵壳16的前端固定连接变量组件17；斜盘15通过其两侧的半圆耳轴支撑在变量组件17上；

柱塞缸体12设置于泵壳16内，泵壳16通过缸体轴承13与柱塞缸体12活动连接；

斜盘15的前端球头与变量柱塞18的端面槽口活动连接；变量柱塞18通过螺纹副沿轴向与变量丝杆19连接；变量丝杆19连接变量伺服电机21的转子轴；变量伺服电机21的外壳与变量塞盖20固定连接，变量塞盖20通过法兰与变量组件17固定连接。

本实用新型的工作原理如下：

主电机1通过缸体驱动轴10带动柱塞缸体12连续旋转，由于斜盘15的作用，迫使柱塞14在柱塞缸体12内作往复运动，从而形成相位固定的吸油区和排油区；

与此同时，配流伺服电机11通过驱动配流主动齿轮7使旋转配流盘6旋转，而与配流盘罩壳9的外壳固定连接的固定配流盘5保持不动，从而实现旋转配流盘6相对于固定配流盘5的旋转，以及旋转配流盘6相对于柱塞缸体12的旋转，使旋转配流盘6的两条配流通道I、II与柱塞缸体12的吸油区和排油区的接触面积发生变化；

如图6所示，定义旋转配流盘6的两条配流通道I、II的旋转角零点，即φ=0°，旋转配流盘6的内配流通道I与柱塞缸体12吸油区和排油区的接触面积相同，旋转配流盘6的外配流通道II与柱塞缸体12吸油区和排油区的接触面积相同，即固定配流盘5的内环形槽B的输入流量和外环形槽A的输出流量为零；

随着旋转配流盘6的旋转，交变配流泵的输入输出流量发生如下变化：

0°＜φ＜90°：旋转配流盘6的内配流通道I与柱塞缸体12的吸油区的接触面积以及旋转配流盘6的外配流通道II与柱塞缸体12的排油区的接触面积逐渐变大，则固定配流盘5的内环形槽B的输入流量和外环形槽A的输出流量同时变大；

φ=90°：固定配流盘5的内环形槽B的输入流量和外环形槽A的输出流量达到最大；

90°＜φ＜180°：旋转配流盘6的内配流通道I与柱塞缸体12的吸油区的接触面积以及旋转配流盘6的外配流通道II与柱塞缸体12的排油区的接触面积逐渐变小，则固定配流盘5的内环形槽B的输入流量和外环形槽A的输出流量同时变小；

φ=180°：固定配流盘5的内环形槽B的输入流量和外环形槽A的输出流量减小到零；

180°＜φ＜270°：旋转配流盘6的外配流通道II与柱塞缸体12的吸油区的接触面积以及旋转配流盘6的内配流通道I与柱塞缸体12的排油区的接触面积逐渐变大，则固定配流盘5的外环形槽A的输入流量和内环形槽B的输出流量同时变大；

φ=270°：固定配流盘5的外环形槽A的输入流量和内环形槽B的输出流量达到最大；

270°＜φ＜360°：旋转配流盘6的外配流通道II与柱塞缸体12的吸油区的接触面积以及旋转配流盘6的内配流通道I与柱塞缸体12的排油区的接触面积逐渐变小，则固定配流盘5的外环形槽A的输入流量和内环形槽B的输出流量同时变小；

φ=360°：固定配流盘5的外环形槽A的输入流量和内环形槽B的输出流量减小到零；

如此循环，交变配流泵的两油口就会形成流量和方向都交替变化的油液，从而驱动激振缸往复运动。

本实用新型的控制原理如下：

如图7所示，通过控制器23输出信号改变旋转配流盘6的转速，激振缸22的往复频率随之变化；改变主电机1转速，则改变柱塞泵的输出流量，令激振缸22的激振幅值产生变化；

或通过变量伺服电机21驱动变量丝杆20转动一定转角，就可使变量柱塞18移动，从而改变斜盘14的角度，从而改变泵排量，也可使激振缸22的激振振幅产生变化；

通过控制器23测量激振缸22的实时位移和力，然后通过闭环控制，使激振缸22在所需的振幅和频率下工作。

Claims (7)

1.一种用于控制液压激振系统的交变配流泵，其特征在于：包括主电机，主电机的壳体与固定配流盘固定连接，主电机的输出轴与缸体驱动轴连接，缸体驱动轴沿轴向依次穿过固定配流盘和旋转配流盘，缸体驱动轴与柱塞缸体固定连接；

旋转配流盘的后端面与固定配流盘的前端面接触，旋转配流盘的前端面与柱塞缸体接触；

旋转配流盘的外圈形成外齿轮并与配流主动齿轮相啮合；配流主动齿轮连接配流伺服电机的转子，配流伺服电机通过驱动配流主动齿轮使旋转配流盘旋转；

柱塞缸体的前端沿周向分布有多个圆孔，每个圆孔中分别插有柱塞；多个柱塞能够沿柱塞缸体的轴向移动；

该多个柱塞的前端设置斜盘；斜盘的旋转轴线与柱塞缸体的轴线之间成一夹角，以使斜盘的工作面与柱塞缸体的端面之间成一夹角；工作时，各柱塞在柱塞缸体内液压油的作用下压紧在斜盘的工作面上；

固定配流盘的工作端面形成直径不同的内外两道环形槽；两条环形槽沿轴向向内延伸，内环形槽连接激振缸的一腔，外环形槽连接激振缸的另一腔；

旋转配流盘上开设有两条截面为弧形的配流通道，内配流通道与外配流通道相对设置；

内配流通道的两端半径相同，内配流通道的后端用于连通固定配流盘的内环形槽，内配流通道的前端连通柱塞缸体的部分柱塞圆孔；

外配流通道的后端半径大于前端半径，外配流通道的后端用于连通固定配流盘的外环形槽，外配流通道的前端连通柱塞缸体的另一部分柱塞圆孔；

外配流通道的前端半径与内配流通道的半径相同。

2.根据权利要求1所述的用于控制液压激振系统的交变配流泵，其特征在于：所述配流通道的圆心角不大于180°。

3.根据权利要求1所述的用于控制液压激振系统的交变配流泵，其特征在于：所述缸体驱动轴通过驱动轴轴承实现与固定配流盘的活动连接，缸体驱动轴能够相对于固定配流盘旋转。

4.根据权利要求1所述的用于控制液压激振系统的交变配流泵，其特征在于：所述固定配流盘与配流盘罩壳的外壳固定连接；配流盘罩壳的内腔设置有旋转配流盘，配流盘罩壳通过配流盘轴承支承旋转配流盘。

5.根据权利要求1所述的用于控制液压激振系统的交变配流泵，其特征在于：所述固定配流盘的前端固定连接泵壳，泵壳的前端固定连接变量组件；斜盘通过其两侧的半圆耳轴支撑在变量组件上。

6.根据权利要求1所述的用于控制液压激振系统的交变配流泵，其特征在于：所述柱塞缸体设置于泵壳内，泵壳通过缸体轴承与柱塞缸体活动连接。

7.根据权利要求1所述的用于控制液压激振系统的交变配流泵，其特征在于：所述斜盘的前端球头与变量柱塞的端面槽口活动连接；变量柱塞通过螺纹副沿轴向与变量丝杆连接；变量丝杆连接变量伺服电机的转子轴；变量伺服电机的外壳与变量塞盖固定连接，变量塞盖与变量组件固定连接。