一種柱塞組合式數(shù)字變量泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柱塞組合式數(shù)字變量液壓栗。更準(zhǔn)確地說，涉及一種利用多個(gè)柱塞的排油組合控制來實(shí)現(xiàn)液壓栗瞬時(shí)排量的數(shù)字式控制。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前的電液控制系統(tǒng)廣泛使用比例閥或者伺服閥等元器件實(shí)現(xiàn)伺服、比例控制，但是這類技術(shù)方案有著明顯的不足:
1.壓力損失大，能量利用效率低。由于閥控方案的基本原理是采用節(jié)流調(diào)速原理，其缺點(diǎn)就是存在節(jié)流損失，能量消耗大，系統(tǒng)發(fā)熱嚴(yán)重，造成液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定或者發(fā)生故障。特別是對大流量比例伺服系統(tǒng)而言，壓力損失尤為嚴(yán)重。
[0003]2.大流量時(shí)頻響低。對大流量比例伺服系統(tǒng)而言，由于液動力較大，比例閥或者伺服閥的控制需要利用多級先導(dǎo)閥來實(shí)現(xiàn)，其頻率響應(yīng)很難滿足實(shí)際工作要求。
[0004]為了避免閥控系統(tǒng)的上述兩個(gè)方面的不足，栗控缸技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它采用容積調(diào)速的方式來控制液壓缸的位置和速度，具有節(jié)能、高效、響應(yīng)快等優(yōu)勢。此外，栗控缸系統(tǒng)易于設(shè)計(jì)成閉式系統(tǒng)，從而可以實(shí)現(xiàn)移動式布置和控制，是一種實(shí)現(xiàn)液壓技術(shù)節(jié)能環(huán)保的有效途徑，也是電液技術(shù)的發(fā)展方向之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一種柱塞組合式數(shù)字變量液壓栗。其主要目標(biāo)是在高壓大流量負(fù)載情況下，實(shí)現(xiàn)對流量的數(shù)字式控制，且響應(yīng)頻率高，以取代現(xiàn)有的伺服閥、比例閥或者數(shù)字缸方案。避免了大流量伺服、比例電液控制系統(tǒng)中的壓力損失大和頻響低等不足，同時(shí)達(dá)到大幅節(jié)能的效果。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)特點(diǎn)，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:柱塞組合式數(shù)字變量栗，單個(gè)栗體內(nèi)包含多個(gè)排量不同的液壓柱塞(柱塞的個(gè)數(shù)可以根據(jù)具體應(yīng)用決定，本發(fā)明將以7個(gè)柱塞為例進(jìn)行說明，編號為A-G)，7個(gè)吸油單向閥，7個(gè)壓油單向閥，7個(gè)二位二通電磁閥截止閥。
[0007]所述的7個(gè)柱塞排油壓力相同，這7柱塞由電機(jī)帶偏心輪驅(qū)動，電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。電機(jī)轉(zhuǎn)速可以根據(jù)具體應(yīng)用場合來確定，一般以整體最優(yōu)來選擇。
[0008]所述7個(gè)柱塞的排量取值分別為:柱塞A的排量為q,柱塞B-G的排量分別為Cj,2q, Ag, 1632 ^則系統(tǒng)最大的排量為7個(gè)柱塞的排量總和即:64%如果系統(tǒng)所需流量為2001pm，則栗A的流量可取6.251pm。
[0009]所述數(shù)字變量栗的排油口均經(jīng)過排油單向閥與高壓工作油路相連，具體輸出油路根據(jù)具體應(yīng)用確定。
[0010]所述數(shù)字變量栗的所有柱塞的吸油口均與油箱連通。
[0011]所述數(shù)字變量栗每個(gè)柱塞對應(yīng)的工作容積均有一個(gè)二位二通電磁截止閥，截止閥的出口與油箱相連。
[0012]所述數(shù)字變量栗上帶數(shù)字控制器，控制器接受系統(tǒng)給出的指令來快速調(diào)整每個(gè)柱塞是否排油，以容積調(diào)速的方式來控制數(shù)字變量栗的輸出流量。
[0013]所述的二位二通截止式電磁閥，當(dāng)其截止時(shí)，柱塞往外運(yùn)動時(shí)，正常吸油，柱塞往里運(yùn)動時(shí)，正常排油，吸排油阻力很小。當(dāng)其接通時(shí)，壓力油直接回油箱(壓力損失很小)，排油單向閥始終關(guān)閉，則該柱塞不排油，而其他柱塞不收任何影響。
[0014]所述數(shù)字變量栗的排量取決于這7個(gè)柱塞排油與否(流量變化為0-327之間的整數(shù))。故整個(gè)栗的排量在小于327的數(shù)值內(nèi)以7的整數(shù)倍任意變化，因而最終的排量控制精度取決于最小的柱塞的排量。
[0015]所述的數(shù)字變量栗工作時(shí)，電機(jī)一直帶動偏心輪勻速轉(zhuǎn)動。當(dāng)某個(gè)柱塞不需要供油時(shí)，其中的液壓油被接回油箱，且回油箱的阻力損失很小，因而相應(yīng)的能耗也很小。而當(dāng)需要其供油時(shí)，只需給二位二通電磁截止閥一個(gè)激勵(lì)信號。因此其響應(yīng)取決于電磁閥的響應(yīng)速度，而與電機(jī)和栗的動態(tài)響應(yīng)無關(guān)。由于排量的控制是由電磁閥調(diào)節(jié)單個(gè)柱塞對應(yīng)的排量實(shí)現(xiàn)的，而電磁閥可以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，從而可以使得數(shù)字變量栗的排量變化對電信號的輸入響應(yīng)非?？?，從而滿足高頻響控制的要求。當(dāng)系統(tǒng)所需流量更大時(shí)，只需增加一個(gè)或多個(gè)類似的柱塞和相應(yīng)的電磁閥即可，系統(tǒng)的整體性能幾乎不受影響，因而非常適于大流量的情況。
[0016]本發(fā)明涉及的柱塞組合式數(shù)字變量液壓栗主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
1.整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)流量從零到最大排量的多級可調(diào)，最大排量取決于整個(gè)數(shù)字變量栗內(nèi)所有柱塞排量的總和。排量控制的精度取決于最小柱塞的排量。
[0017]2.由于數(shù)字變量栗應(yīng)用于液壓系統(tǒng)時(shí)，可以直接采用數(shù)字變量栗來控制液壓缸的速度和位置，而不需要流量比例閥，避免了大量的節(jié)流損失，因此系統(tǒng)壓力損失非常小，可以大幅節(jié)能。
[0018]3.如前述，采用二位二通截止閥來旁通單個(gè)柱塞的排油，則其頻響可以非常高，因此整個(gè)數(shù)字變量栗的流量控制可以達(dá)到很高的頻響，克服了傳統(tǒng)大流量比例控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)低的困難。
[0019]4.系統(tǒng)完全可以基于已有的柱塞栗的改造，加上標(biāo)準(zhǔn)二位二通電磁閥，結(jié)構(gòu)非常簡單，成本低，只是使用了新的控制策略。
[0020]6.栗體和栗體內(nèi)柱塞的個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要和具體布置要求而定。
[0021]7.在系統(tǒng)控制精度要求較高，且額定流量較小的情況下，可選用較小尺寸的柱塞，而對于大流量情況，則可選用較大尺寸的柱塞。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明柱塞組合式數(shù)字變量液壓栗的系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過示意圖來說明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明的柱塞組合式數(shù)字變量液壓栗由7個(gè)二位二通截止式電磁閥1，7個(gè)吸油單向錐閥2，7個(gè)壓油單向閥3，七個(gè)柱塞4，以及柱塞復(fù)位彈簧5，偏心輪6和栗體7組成。
[0025]整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為:所有柱塞都由偏心輪克服復(fù)位彈簧的作用力驅(qū)動，每個(gè)柱塞的吸油口均與油箱相連，柱塞的排油口的連接方式根據(jù)實(shí)際需要確定。每個(gè)柱塞對應(yīng)的工作容積都由一個(gè)二位二通截止式電磁閥連接到油箱。
[0026]數(shù)字變量栗工作時(shí)，電機(jī)一直帶動偏心輪勻速轉(zhuǎn)動。柱塞A-G的排量分別為Ch g,2q, Ag, 1632 q。栗的排量通過7個(gè)柱塞的排量疊加來實(shí)現(xiàn)，排量在0_32q之間由二位二通電磁截止閥的動作來控制。
[0027]當(dāng)某個(gè)柱塞不需要供油時(shí)，其出油口被接回油箱，而當(dāng)需要其供油時(shí)，只需給二位二通截止式電磁閥I施加激勵(lì)信號，電磁閥I處于截止?fàn)顟B(tài)，壓力油直接頂開排油單向錐閥3，則該柱塞處于排油狀態(tài)。例如，若系統(tǒng)所需排量為257，則可以通過以下組合實(shí)現(xiàn)=IW柱塞A)+ 87 (柱塞E)+167 (柱塞F)。相應(yīng)的閥狀態(tài)為:與柱塞B、E、F相連的電磁閥受激勵(lì)信號作用而截止，其余導(dǎo)通，直接回油至油箱。
[0028]在總排量一定的情況下，柱塞個(gè)數(shù)越多，則排量控制的精度越高。
[0029]本發(fā)明能夠有效解決大流量伺服、比例電液執(zhí)行系統(tǒng)中的壓力損失大和頻響低等缺陷，同時(shí)達(dá)到大幅節(jié)能效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柱塞組合式數(shù)字變量栗，單個(gè)栗體內(nèi)包含η個(gè)排量不同的液壓柱塞，η個(gè)吸油單向閥，η個(gè)壓油單向閥，η個(gè)二位二通電磁式截止閥，其特征在于: 每個(gè)柱塞的吸油口均通過吸油單向閥與油箱聯(lián)通；每個(gè)柱塞的壓油口均通過壓油單向閥與高壓油路連接；每個(gè)柱塞的壓油口均通過二位二通電磁式截止閥進(jìn)行旁路，電磁式截止閥的輸出油路在一個(gè)工作位時(shí)被截止，在另一個(gè)工作位時(shí)則被接回到油箱；該數(shù)字變量栗的排量可以迅速從零值切換到滿排量；數(shù)字變量栗工作時(shí)的實(shí)際排量由所有正常排油的柱塞的排量疊加得到； 所述的二位二通電磁式截止閥，當(dāng)其截止時(shí)，對應(yīng)的柱塞排油時(shí)會打開相應(yīng)的壓油單向閥，壓力油正常排出，且阻力??；當(dāng)其接通時(shí)，壓油單向閥關(guān)閉，柱塞不排高壓油；柱塞內(nèi)的液壓油直接排回油箱，且阻力小； 所述數(shù)字變量栗的排量可根據(jù)液壓執(zhí)行元件上所帶位移傳感器或者速度、加速度傳感器進(jìn)行控制，基于傳感器的反饋，通過快速確定某個(gè)柱塞是否排油，以容積調(diào)速的方式來控制執(zhí)行元件的位置和速度； 所述數(shù)字變量栗，二位二通電磁式截止閥僅在需要改變變量栗的排量式才動作，排量穩(wěn)定時(shí)，電磁式截止閥無動作，結(jié)構(gòu)簡單可靠。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柱塞組合式數(shù)字變量栗，其特征在于:其排量的控制精度取決于最小的柱塞的排量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柱塞組合式數(shù)字變量栗，其特征在于:其排量調(diào)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間，取決于所采用的電磁式截止閥的換向時(shí)間。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種柱塞組合式數(shù)字變量栗，其特征在于:所述的數(shù)字式變量栗采用多個(gè)栗體，每個(gè)栗體可有多個(gè)柱塞，所有柱塞的吸油口均連接油箱，壓油口分別組合成不同排量的多個(gè)高壓輸出；所有柱塞由偏心輪帶動，由單個(gè)電機(jī)拖動，電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種柱塞組合式數(shù)字式變量栗，其特征在于:所述栗體有m個(gè)，共m X η個(gè)柱塞，第i個(gè)柱塞的排量取值為，則數(shù)字式變量栗的滿排量為所有柱塞的排量總和qA +...+Q1+...<><?;其排量控制的精度取決于最小柱塞的排量，其響應(yīng)時(shí)間取決于電磁式截止閥的響應(yīng)時(shí)間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柱塞組合式數(shù)字變量泵。它包括多個(gè)柱塞，多個(gè)吸油單向閥，多個(gè)排油單向閥，多個(gè)二位二通電磁截止閥組成。每個(gè)柱塞的吸油口均通過吸油單向閥與油箱聯(lián)通；每個(gè)柱塞的壓油口均通過壓油單向閥與高壓油路連接；每個(gè)柱塞的壓油口均通過二位二通截止式電磁閥進(jìn)行旁路；數(shù)字式變量泵工作時(shí)的實(shí)際排量由所有正常排油的柱塞的排量疊加得到；排量的控制是由電磁閥調(diào)節(jié)單個(gè)柱塞對應(yīng)的排量實(shí)現(xiàn)的，從而可以使得數(shù)字變量泵的排量變化對電信號的輸入響應(yīng)非?？欤瑥亩鴿M足高頻響控制的要求。本發(fā)明能夠有效地解決大流量伺服、比例電液控制系統(tǒng)中的壓力損失大和頻響低等不足，同時(shí)達(dá)到大幅節(jié)能效果。
【IPC分類】F04B49/22
【公開號】CN105134573
【申請?zhí)枴緾N201510492036
【發(fā)明人】王林翔
【申請人】王林翔
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月12日