CN209458070U - 一种柱塞变量泵及其恒功率控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种恒功率控制装置，包括：转动件，转动件上设置有旋转中心件，转动件与动力件连接，转动件可环绕旋转中心件旋转，动力件与对外输出液压的变量泵相连接，旋转中心件的位置可调整，且可固定，以便调整动力件对转动件的推力相对旋转中心的力臂。当旋转中心件位置变化时，力臂随之变化，由于上述力臂是决定变量泵的输出功率的一个参数，在转动过程中，在整个力臂的变化范围所对应的输出功率曲线也随之会发生变化，用户可以从旋转中心件不同的位置调整量所对应的若干条不同的输出功率曲线中，确定偏差最小的输出功率曲线以及对应的旋转中心件位置。本实用新型还公开了一种包括上述恒功率控制装置的柱塞变量泵。

Description

一种柱塞变量泵及其恒功率控制装置

技术领域

本实用新型涉及机械控制领域，更具体地说，涉及一种柱塞变量泵的恒功率控制装置，此外，本实用新型还涉及一种包括上述恒功率控制装置的柱塞变量泵。

背景技术

在工程机械液压控制系统中，恒功率控制是轴向柱塞变量泵使用最广泛的变量方式之一，采用恒功率控制可以充分利用发动机的功率，使得主机在执行多个动作时主泵输出的流量与负载压力相对应。在恒功率控制时，主泵可根据负载压力自动调节输出流量，从而控制主机卷扬、伸缩和回转等动作的运动速度。

对于某一柱塞变量泵而言，在出厂试验时可以通过功率阀调节弹簧预紧力以调整其恒功率控制的压力起点，但却无法调节整个变量区间内的恒功率曲线变化趋势。由于柱塞变量泵恒功率控制机构本身所固有的特性，使得不同起变压力下变量泵的输出功率会发生不同程度的偏移，不能保持恒功率输出，所获得的恒功率曲线偏差较大，导致柱塞变量泵输出的压力和流量与主机所需参数不匹配，且系统压力越高，柱塞变量泵输出功率的偏差也越大，容易导致主机出现误动，严重时甚至发生安全事故。

综上所述，如何提供一种恒功率控制装置，能够减小输出功率曲线的偏差，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种恒功率控制装置，能够减小输出功率曲线的偏差。

本实用新型的另一目的是提供一种包括上述恒功率控制装置的柱塞变量泵。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种恒功率控制装置，包括：转动件，所述转动件上设置有旋转中心件，所述转动件与动力件连接，所述转动件可环绕所述旋转中心件旋转，所述动力件与对外输出液压的变量泵相连接，所述旋转中心件的位置可调整，且可固定，以便调整所述动力件对所述转动件的推力相对所述旋转中心件的力臂。

优选的，所述旋转中心件为偏心销，所述偏心销可转动的设置于固定件上，且可通过锁紧螺钉固定，所述偏心销包括同轴设置的第一圆柱体和第三圆柱体，所述第一圆柱体和所述第三圆柱体之间连接有第二圆柱体，所述第二圆柱体的轴线与所述第一圆柱体和所述第三圆柱体的轴线不共线，且所述第二圆柱体与所述转动件连接。

优选的，所述转动件为L型拨块，所述旋转中心件位于所述L型拨块的转角点。

优选的，所述动力件为变量油缸，所述变量油缸能够带动与所述变量油缸固连的滚轮柱沿所述转动件移动，以调整所述力臂的大小。

优选的，所述滚轮柱包括柱体以及设置于所述柱体顶端的滚轮，所述柱体与所述变量油缸固定连接，所述转动件设置有与所述滚轮相匹配的滑槽，所述滚轮能够沿所述滑槽移动。

优选的，所述变量油缸包括第一变量缸和第二变量缸，所述第一变量缸与所述柱体相连接，所述第二变量缸与所述第一变量缸通过所述变量泵的斜盘连接，所述斜盘可转动，用于通过转动所述斜盘改变所述变量泵的输出流量。

优选的，所述转动件一端的两侧相对设置有功率控制件和弹性件，所述弹性件用于平衡所述动力件的推力，所述弹性件与所述动力件作用在所述转动件上的转矩用于控制所述功率控制件。

优选的，所述弹性件为压缩弹簧。

优选的，所述功率控制件包括功率阀芯与顶针，所述顶针与所述转动件连接，并将所述转动件对所述顶针的作用力反馈于所述功率阀芯。

一种柱塞变量泵，包括机体，所述机体上安装有上述任一项所述的恒功率控制装置。

本实用新型提供的恒功率控制装置，包括：转动件，转动件上设置有旋转中心件，转动件与动力件连接，转动件可环绕旋转中心件旋转，动力件与对外输出液压的变量泵相连接，旋转中心件的位置可调整，且可固定，以便调整动力件对转动件的推力相对旋转中心件的力臂。

旋转中心件即转动件的旋转中心或者说旋转铰支座，旋转中心件的位置可以调节，并且在调节结束后可以固定于调节完成时所处的位置，当旋转中心件的位置发生变化时，推力相对旋转中心件的力臂随之发生了变化，由于上述力臂是决定变量泵的输出功率的一个参数，力臂发生改变，所以在转动过程中，力臂的变化范围也就发生了变化，因而在整个力臂的变化范围所对应的变量泵的输出功率曲线也随之会发生变化，因而可以通过调整旋转中心件的所在位置，增大或者减小上述力臂，获得不同的输出功率曲线，用户可以从旋转中心件不同的位置调整量所对应的若干条不同的输出功率曲线中，确定偏差最小的输出功率曲线以及对应的旋转中心件位置，在此输出功率曲线下的设备运行更加安全稳定。本实用新型还提供了一种柱塞变量泵。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的恒功率控制装置的控制原理图；

图2为本实用新型所提供的恒功率控制装置的剖视图；

图3为本实用新型所提供的恒功率控制装置的转动件的剖视图；

图4为本实用新型所提供的恒功率控制装置的偏心销与锁紧螺钉的剖视图；

图5为本实用新型所提供的恒功率控制装置的变量泵输出功率曲线图。

图1-5中：

1-变量泵、2-第二变量缸、3-第一变量缸、4-滚轮柱、5-L型拨块、6-功率控制件、7-旋转中心件、8-压缩弹簧、9-柱体、10-斜盘、11-第一连杆、12-第一弹簧、13-第一弹簧座、14-功率阀芯、15连接套、16-滚轮、17-顶针、18-第二弹簧座、19-调节螺钉、20-第二连杆、21-偏心销、22-锁紧螺钉。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种恒功率控制装置，能够减小功率曲线的偏差。本实用新型的另一核心是提供一种包括上述恒功率控制装置的柱塞变量泵。

请参考图1～5，图1为本实用新型所提供的恒功率控制装置的控制原理图；图2为本实用新型所提供的恒功率控制装置的剖视图；图3为本实用新型所提供的恒功率控制装置的转动件的剖视图；图4为本实用新型所提供的恒功率控制装置的偏心销与锁紧螺钉的剖视图；图5为本实用新型所提供的恒功率控制装置的变量泵输出功率曲线图。

本实用新型所提供的恒功率控制装置，包括：转动件，转动件上设置有旋转中心件7，转动件与动力件连接，转动件可环绕旋转中心件7旋转，动力件与对外输出液压的变量泵1相连接，旋转中心件7的位置可调整，且可固定，以便调整动力件对转动件的推力相对旋转中心件7的力臂。

其中，旋转中心件7即转动件转动时的旋转中心，相当于转动件的转轴，而动力件能够为转动件的旋转提供一个推力，动力件可以为油缸，通过油缸可伸缩的油缸杆实现转动件的转动，当然也可以是其他形式的动力件来实现转动件的转动，例如气缸。

需要说明的是，当调整旋转中心件7的位置时，转动件的位置随旋转中心件7发生变化，因而动力件对转动件的推力相对旋转中心件7的力臂的大小也会变化，并且在调整完旋转中心件7的位置后，可以通过螺栓或定位销等方式将旋转中心件7固定于调整后的位置。

当旋转中心件7的位置发生变化时，推力相对旋转中心件7的力臂随之发生变化，由于上述力臂是决定变量泵1的输出功率的一个参数，力臂发生改变，所以在转动过程中，力臂的变化范围也就随之发生变化，因而在整个力臂的变化范围所对应的变量泵1的输出功率曲线也随之会发生变化，因而可以通过调整旋转中心件7的所在位置，增大或者减小上述力臂，获得不同的输出功率曲线，用户可以从旋转中心件7不同的位置调整量所对应的若干条不同的输出功率曲线中，确定偏差最小的输出功率曲线以及对应的旋转中心件7位置，在此输出功率曲线下的设备运行更加安全稳定。

在关于旋转中心件7的一种具体实施方式中，旋转中心件7为偏心销21，偏心销21可转动的设置于固定件上，且可通过锁紧螺钉22固定，偏心销21包括同轴设置的第一圆柱体和第三圆柱体，第一圆柱体和第三圆柱体之间连接有第二圆柱体，第二圆柱体的轴线与第一圆柱体和第三圆柱体的轴线不共线，且第二圆柱体与转动件连接。

其中，由于第二圆柱体的轴线与第一圆柱体和第三圆柱体的轴线不共线，且第二圆柱体与转动件连接，当旋转第一圆柱体或者第三圆柱体时，第二圆柱体会带动转动件移动，偏心销21以及转动件的位置发生改变，从而改变推力相对旋转中心件7的力臂大小，并且在调整转动件位置后，需要通过锁紧螺钉22固定偏心销21，防止在正常工作时，旋转中心件7随转动件发生转动，可以在偏心销21上设置与锁紧螺钉22相契合的凹槽，固定时，锁紧螺钉22顶紧固定在凹槽中，限制偏心销21的移动，当然，偏心销21的还可以采用其他固定方式，例如，定位销，只要能够实现偏心销21的固定方式均可。

除了上述设置，还可以采用其他形式的设置方式，例如旋转中心件7为偏心销21，转动件上设置有直径大于偏心销21直径的通孔，由于旋转中心件7为偏心销21，通过转动偏心销21，调整偏心销21在通孔中的位置，改变转动件旋转时的转动中心位置，因而偏心销21的转动轨迹并不是一个点，而是一个圆形转动轨迹，圆形转动轨迹的半径大小是由偏心销21的偏心量来决定的，在转动件上设置通孔的目的在于为偏心销21提供一个可以调整的空间，可以理解的是，通孔的形状最好也是圆形，且尺寸与偏心销21的圆形转动轨迹相匹配，当然，通孔的形状和尺寸并不局限于上述设置，可以根据实际情况进行设置，只要能够实现偏心销21在通孔中可调整位置的设置方式均可应用于本实用新型所提供的技术方案中。

在关于转动件的一种具体实施方式中，转动件为L型拨块5，旋转中心件7位于L型拨块5的转角点。

需要说明的是，转动件为L型拨块5，此处的L型拨块5是指转动件为具有两段相互垂直结构的拨块，而旋转中心件7位于两段的交点，即转角处，当然，转动件并不局限于上述具有两段相互垂直结构的L型拨块5，拨块的两段之间的夹角还可以是钝角或者锐角，具体设置可以根据实际情况进行选择。

在关于动力件的一种具体实施方式中，动力件为变量油缸，变量油缸能够带动与变量油缸固连的滚轮柱4沿转动件移动，以调整力臂的大小。

其中，可以通过调节变量油缸的输入液压大小来控制与变量油缸连接的滚轮柱4在转动件上的位移量，以改变动力件对转动件的推力相对旋转中心件7的力臂，从而实现转动件的平衡。

为了限制滚轮柱4的运动轨迹，滚轮柱4包括柱体9以及设置于柱体9顶端的滚轮16，柱体9与变量油缸固定连接，转动件设置有与滚轮16相匹配的滑槽，滚轮16能够沿滑槽移动。

其中，滚轮16设置于柱体9的顶端的具体位置由变量油缸与转动件的相对位置决定，当然滚轮16也可以设置在柱体9的侧面或者其他位置，柱体9的长度需满足变量油缸与转动件之间的连接，可以根据实际需求进行选择，而柱体9的主要作用是连接滚轮16与变量油缸，滚轮16的位置决定了滚轮柱4对转动件推力的作用点位置，从而影响推力相对旋转中心件7的力臂大小，因而需要在转动件上设置与滚轮16相匹配的滑槽，限制滚轮柱4的运动轨迹，使其不能自由移动，避免了因力臂无规律变化而使功率曲线不连续。

在关于变量油缸的一种具体实施方式中，变量油缸包括第一变量缸3和第二变量缸2，第一变量缸3与柱体9相连接，第二变量缸2与第一变量缸3通过变量泵1的斜盘10连接，斜盘10可转动，用于通过转动斜盘10改变变量泵1的输出流量。

其中，第一变量缸3用于推动转动件旋转，第二变量缸2一般和第一变量缸3平行设置，两者之间连接有斜盘10，两变量缸之间的液压大小决定斜盘10的转动方向，例如，第一变量缸3推动斜盘10向右转动，而第二变量缸2推动斜盘10向左转动，当第一变量缸3中的液压力大于第二变量缸2时，斜盘10向右转动，具体转动的角度由两变量缸的液压力的差值大小决定，而斜盘10的转动角度决定了变量泵1的输出流量。

优选的，第二变量缸2与第二连杆20相连，第一变量缸3与第一连杆11相连，两连杆可根据第一变量缸3和第二变量缸2的压力推动斜盘10摆动，从而调节变量泵1的排量；第一连杆11还可以与连接套15相连，滚轮柱4装配到连接套15中，实现滚轮柱4与第一变量缸3的连接。

为了保证输出功率的动态恒定，在本具体实施方式中，转动件一端的两侧相对设置有功率控制件6和弹性件，弹性件用于平衡动力件的推力，弹性件与动力件作用在转动件上的转矩用于控制功率控制件6。

需要说明的是，转动件的转动方向是由作用在转动件上弹性件和动力件的转矩差来决定的，如图2所示，若变量泵1的出口压力升高时，动力件的推力力矩大于弹性件的力矩，转动件顺时针转动，使得出口高压油与第二变量缸2接通，推动斜盘10向减小排量的方向转动，带动滚轮柱4向右移动，从而减小动力件推力的力臂，实现力矩平衡，转动件停止摆动，最终使得变量泵1的输出功率保持不变。

在关于弹性件的一种具体实施方式中，弹性件为压缩弹簧8。可以理解的压缩弹簧8具有一个初始的预紧力，优选的，压缩弹簧8上可以设置调节螺钉19，通过调节螺钉19调节压缩弹簧8的预紧力，可以调整恒功率控制装置的起点压力，当然，还可以采用其他形式的弹性件，例如Z型弹片等。

在上述具体实施方式的基础上，在本具体实施方式中，功率控制件6包括功率阀芯14与顶针17，顶针17与转动件连接，并将转动件对顶针17的作用力反馈于功率阀芯14。

需要说明的是，顶针17具有一定的位移量的，因而在转动件推动顶针17时，能够将所受的作用力反馈给功率阀芯14，可以通过功率阀芯14控制第二变量缸2与出口高压油的接通与否，从而实现输出功率的调整，当然也可以通过其他方式实现输出功率的调整，优选的，功率阀芯14的左端与设置于第一弹簧座13上的第一弹簧12连接，可以提高功率阀芯14的稳定性。

如图1所示，恒功率控制装置的工作过程如下，开始时，功率控制件6处于右位，变量泵1在第一变量缸3和第二变量缸2的推动下处于最大排量位置；系统压力继续升高时，滚轮柱4作用在转动块5的推力增大，使得作用在转动件B点的力增大，压缩弹簧8被压缩，使得功率控制件6处于左位，此时，第二变量缸2与出口油路接通，由于第二变量缸2截面积大于第一变量缸3截面积，使得变量泵1的斜盘10在推力的作用下摆角开始减小，变量泵1输出流量开始降低，第一变量缸3带动滚轮柱4向右移动，动力件对转动件的推力相对旋转中心件7的力臂减小，使得作用在转动件B点的力减小，当与压缩弹簧8的作用力平衡时，功率控制件6处于中位，斜盘10停止摆动而处于平衡状态，如此往复，从而实现在整个变量区间内的输出功率恒定。

除了上述恒功率控制装置，本实用新型还提供一种柱塞变量泵，包括机体，机体上安装有上述各个具体实施方式中的恒功率控制装置。

根据恒功率控制原理可以推导出柱塞变量泵的恒功率控制方程为：

式中，L_a为动力件对转动件的推力相对旋转中心件7的力臂；L_b为固定力臂；F_k为压缩弹簧8的预紧力；F_d为导轮架弹簧预紧力；γ为斜盘10的摆角；A_c滚轮柱4有效作用面积；β为柱塞孔轴线与变量泵1旋转轴线夹角，R₁为摆架角度为0°时，柱塞球头中心与转动轴线的距离；d_z为柱塞直径；Z_n为柱塞数；n为变量泵1转速。

令则有：

从上式可知，对于某一固定结构的柱塞变量泵，a，b，c为常数，柱塞变量泵是否能保证恒功率控制取决于力臂L_a与斜盘摆角γ；由于L_a与γ在变量过程中并非线性关系，使得其恒功率控制的功率曲线存在着不同程度的偏移，针对不同的恒功率设定值，存在一个最佳力臂L_a，使得整个变量区间内输出功率曲线的偏差最小。

在出厂试验时，可以通过调整压缩弹簧8的预紧力来设置恒功率控制的压力起点O，然后再通过调整旋转中心件7的位置，来调整整个变量区间内的输出功率曲线。如图5所示，其中，曲线A是调节前的输出曲线，通过旋转中心件7得到不同调整量及其对应的输出功率曲线B、C、D，存在一个最佳的动力件对转动件的推力相对旋转中心件7的力臂，使得其变量区间内的输出功率保持恒定。对于该结构的柱塞变量泵在该工况下，当调整偏心销21使得上述力臂增大1mm时，在变量区间内其输出功率可以实现基本保持恒定。同理，在其他工况下，也可以在出厂试验时通过调整旋转中心件7的位置，增大或减小上述力臂，实现变量区间内输出功率保持恒定。同时，采用旋转中心件7还可以消除由于尺寸公差和安装误差所引起的输出功率曲线漂移问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的恒功率控制装置以及柱塞变量泵进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种柱塞变量泵的恒功率控制装置，其特征在于，包括：转动件，所述转动件上设置有旋转中心件(7)，所述转动件与动力件连接，所述转动件可环绕所述旋转中心件(7)旋转，所述动力件与对外输出液压的变量泵(1)相连接，所述旋转中心件(7)的位置可调整，且可固定，以便调整所述动力件对所述转动件的推力相对所述旋转中心件(7)的力臂。

2.根据权利要求1所述的恒功率控制装置，其特征在于，所述旋转中心件(7)为偏心销(21)，所述偏心销(21)可转动的设置于固定件上，且可通过锁紧螺钉(22)固定，所述偏心销(21)包括同轴设置的第一圆柱体和第三圆柱体，所述第一圆柱体和所述第三圆柱体之间连接有第二圆柱体，所述第二圆柱体的轴线与所述第一圆柱体和所述第三圆柱体的轴线不共线，且所述第二圆柱体与所述转动件连接。

3.根据权利要求1所述的恒功率控制装置，其特征在于，所述转动件为L型拨块(5)，所述旋转中心件(7)位于所述L型拨块(5)的转角点。

4.根据权利要求1所述的恒功率控制装置，其特征在于，所述动力件为变量油缸，所述变量油缸能够带动与所述变量油缸固连的滚轮柱(4)沿所述转动件移动，以调整所述力臂的大小。

5.根据权利要求4所述的恒功率控制装置，其特征在于，所述滚轮柱(4)包括柱体(9)以及设置于所述柱体(9)顶端的滚轮(16)，所述柱体(9)与所述变量油缸固定连接，所述转动件设置有与所述滚轮(16)相匹配的滑槽，所述滚轮(16)能够沿所述滑槽移动。

6.根据权利要求5所述的恒功率控制装置，其特征在于，所述变量油缸包括第一变量缸(3)和第二变量缸(2)，所述第一变量缸(3)与所述柱体(9)相连接，所述第二变量缸(2)与所述第一变量缸(3)通过所述变量泵(1)的斜盘(10)连接，所述斜盘(10)可转动，用于通过转动所述斜盘(10)改变所述变量泵(1)的输出流量。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的恒功率控制装置，其特征在于，所述转动件一端的两侧相对设置有功率控制件(6)和弹性件，所述弹性件用于平衡所述动力件的推力，所述弹性件与所述动力件作用在所述转动件上的转矩用于控制所述功率控制件(6)。

8.根据权利要求7所述的恒功率控制装置，其特征在于，所述弹性件为压缩弹簧(8)。

9.根据权利要求7所述的恒功率控制装置，其特征在于，所述功率控制件(6)包括功率阀芯(14)与顶针(17)，所述顶针(17)与所述转动件连接，并将所述转动件对所述顶针(17)的作用力反馈于所述功率阀芯(14)。

10.一种柱塞变量泵，包括机体，其特征在于，所述机体上安装有权利要求1至9任一项所述的恒功率控制装置。