技术领域
[0001] 本
发明属于水压控制技术领域，特别涉及具有比例控制水压的技术。
背景技术
[0002] 现代水压技术主要是以
自来水或
海水介质一种环境友好型新型液压驱动技术。在医药制造、
食品加工、深海资源探测、高压水冲洗等领域有越来越广泛的需求。水压技术与油压技术原理相似，但是由于水与油相比具有特殊的物理、化学特性如低
粘度、
腐蚀性、高
饱和蒸汽压等，引起严重的
泄漏、摩擦、磨损、腐蚀、气蚀等问题，使得现代水压元件的开发涉及新材料、新结构、新工艺甚至新的设计理论等诸多方面的技术难题，因此现代水压驱动技术工业化发展远未达到油压的成熟度。成熟的水压元件不多、造价也很高，高控制品质的水压控制元件更是发展缓慢。水压泵作为水压系统关键元件，目前其开发主要理念仍是类比的油压
柱塞泵的开发，在其
基础上逐步改进。一般油压柱塞
变量泵能够变量实质是通过集成在基础泵上的
阀，控制
斜盘角，改变柱塞往复的行程实现变量。由于斜盘角度不可能变化太大，实现大
排量受限，且受柱塞数量的影响，脉动也很大。目前，现代水压泵设计理念没有突破油压柱塞泵的束缚，仍采用通变斜盘角变量，泵结构也很复杂，高压与大流量很难“两全”，流量脉动大、尚未实现诸如油压泵那样“丰富多样”的控制方式、可靠性也远低于油压泵。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种水压变量泵，它能有效地解决比流量、压
力控制和低压卸荷等问题，并可实现流量无脉动的特性。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的；一种水压变量泵，如图1所示，包括油压元件和水压元件，它们的连接关系为：
[0005] 一、
电机26通过泵轴2与油压泵1连接，油压泵1的输入端通过管路的进油口30连接油箱25，输出端通过管路与高速比例方向流量阀4连接；高速比例方向流量阀4通过管路与油压作动器5连接；高速比例方向流量阀4通过管路与出油口29连接，该管路与油压泵1输出管路之间设有
安全阀3；油压作动器5的进、出口的管路之间与第一
单向阀6和第二单向阀7的进水口连接，比例溢流阀9的一端通过第一管路8与第一单向阀6和第二单向阀7的出水口并接，另一端与出油口29管路连接。
[0006] 二、两个双出杆水压缸10的上腔通过第二管路14连接，下腔通过第三管路20连接；第二管路14和第三管路20之间并联了四个单向阀16、17、18和19，其中第三单向阀18、第四单向阀19的进水口相互连接，第五单向阀16、第六单向阀17的出水口相互连接，并通过第四管路21与
蓄能器15和出水口28之间的第五管路22连接；进水口27通过第六管路23与第三单向阀18和第四单向阀19的之间的管路连接。
[0007] 三、油压作动器5的两端分别与上构件13和下构件12的中部铰接，设有位移
传感器11的上构件13的两端分别与双出杆水压缸10上方的
活塞杆连接，下构件12的两端分别与双出杆水压缸10下方的
活塞杆连接。
[0008] 四、进水口通过管路连接水箱；出水口连接水压系统工作部；进油口、出油口与油箱连接。
[0009] 五、所述油压作动器两端的上构件和下构件之间可以均布两个以上双出杆水压缸。
[0010] 在使用时需与该水压变量泵连接的水箱、油箱、电机(或其他动力元件)为外部元件，不属于水压变量泵本身。
[0012] 1、本发明采用油压元件和水压元件进行混合设计，通过成熟可靠的油压元件控制水压泵的参数，通过高速比例方向流量阀(或
伺服阀)控制水压泵的流量，通过比例溢流阀对水压泵出水的最大压力(安全压力)比例控制和低压卸荷功能。
[0013] 2、采用双出杆水压缸转换成水压泵、水压缸结构简单，
密封性能好，易于实现高压。双出杆水缸并联连均布连接、受力均匀。水压缸数量多变，易于实现大流量、型号易扩展。
[0014] 3、油压作动器的位移传感器与高速比例方向流量阀构成闭环控制，用于控制油压作动器的行程范围，避免可以水压缸运动到极限
位置的冲击。
[0015] 4、通过控制油压作动器的匀速运动辅以蓄能器和高速
比例阀的快速通过中点，实现流量的无脉动。
[0016] 本发明采用油压元件和水压元件进行混合设计，由油压元件和水压元件及机械机构和管路构成。既适合作为传输介质水压泵结构。也适合作为
能量传输水压泵结构。结构通过油压元件、控制水压缸，使水压缸往复运动实现吸水、排水，实现控制水压变量泵功能。系统只采用了少量结构简单、工艺要求很低的水压元件(水压缸、单向阀、或蓄能器)，驱动和控制设计则采用油压元件。由于油压元件的开发技术成熟可靠，控制性能高，发展水平高，作为水压泵的驱动和控制可以有效降低体积，提高可靠性，提高控制性能。
附图说明：
[0017] 图1本发明元件与管路连接结构图
[0018] 图2本发明与传统设计理念的水压斜盘变量泵特性比较图具体实施方式：
[0019] 下面结合附图对本发明做进一步描述：
[0020] 本发明采用油压元件和水压元件进行混合设计，由油压元件和水压元件及机械机构等构成。既适合作为传输介质水压泵结构。也适合作为能量传输水压泵结构。结构通过油压元件、控制水压缸，使水压缸往复运动实现吸水、排水，实现水压变量泵功能。
[0021] 一、通过油路连接关系：油压泵1的输入端通过管路的进油口30连接油箱25，输出端通过管路与高速比例方向流量阀4连接；高速比例方向流量阀4通过管路与油压作动器5连接；高速比例方向流量阀4通过管路与出油口29连接，该管路与油压泵1输出管路之间设有安全阀3；油压作动器5的进、出口的管路之间与第一单向阀6和第二单向阀7的进水口连接，比例溢流阀9的一端通过第一管路8与第一单向阀6和第二单向阀7的出水口并接，另一端与出油口29管路连接。
[0022] 二、通过水路连接关系：两个双出杆水压缸10的上腔通过第二管路14连接，下腔通过第三管路20连接；第二管路14和第三管路20之间并联了四个单向阀16、17、18和19，其中第三单向阀18、第四单向阀19的进水口相互连接，第五单向阀16、第六单向阀17的出水口相互连接，并通过第四管路21与蓄能器15和出水口28之间的第五管路22连接；进水口27通过第六管路23与第三单向阀18和第四单向阀19的之间的管路连接。
[0023] 三、通过机械连接关系：油压作动器5的两端分别与上构件13和下构件12的中部铰接，设有位移传感器11的上构件13的两端分别与双出杆水压缸10上方的活塞杆连接，下构件12的两端分别与双出杆水压缸10下方的活塞杆连接。
[0024] 四、水压变量泵与外部连接关系：电机26通过泵轴2与油压泵1机械连接，进水口27通过管路连接水箱24；出水口28连接水压系统工作部；进油口30、出油口29与油箱25连接。
[0025] 五、所述油压作动器两端的上构件(13)和下构件(12)之间可以均布两个以上的双出杆水压缸(10)。
[0026] 本发明的工作原理如下：
[0027] (1)油压元件的工作：电机26驱动油压泵1，油压泵1提供压力油给超高速比例方向流量阀4控制油压作动器5(的活塞)按比例阀设定的运动规律动作。
[0028] (2)水压元件的工作：当油压作动器5上下往复移动时，通过下构件12、上构件13带动双出杆水压缸10的活塞杆上下往复运动。以双出杆水压缸10向下运动为例，当双出杆水压缸10活塞向下运动时，双出杆水压缸10上腔体积增加，形成
负压(吸水)，水箱24中的水经第三单向阀18进入上腔；下腔体积减小，水经第六单向阀17、第四管路21、第五管路22到出水口28出水控制工作部。
[0029] (3)控制过程：该水压变量泵比例的控制本质，是变水控为油控。
[0030] 通过比例阀方向流量阀4比例控制进入油压作动器5的液压油流量，控制作动速度，进而比例控制水压缸出水流量；不论是油压系统还是水压系统，安全阀3是必要的，本发明通过安全阀3限定油压元件承受的最高压力，通过比例溢流阀9为比例调节油压作动器5上、下腔设定最高压力，由于油压作动器5与双出杆水压缸10的机械连接，比例溢流阀9压力与双出杆水压缸10的水压呈线性关系，就间接按比例设定了水压出口28的最高压力(安全压力)，当比例溢流阀9的压力调节接近零时，水压泵的水压也接近零，相当低压卸荷。
[0031] 在上构件13上安装的位移传感器11，用于测得构件的运动位置
信号，并将该型号反馈给高速比例方向流量阀4的
控制器，实现对油压作动器5活塞杆的位置精确控制，避免双出杆水压缸10的活塞与缸体产生机械冲击，提高双出杆水压缸的寿命，(可以起到缓冲阀的作用)。
[0032] 由于油压作动器5在换向时可以通过控制高速比例方向流量阀4快速通过零位，并由蓄能器15进行补偿，消除了死区。如果控制油压作动器5匀速运动，则可以使得流量无脉动，负载
刚度也很大。
[0033] 通过采用双出杆水压缸10，将水压缸转换成水压泵、水压缸结构简单，密封性能好，易于实现高压。双出杆水压缸10并联连均布连接、受力均匀。且水压缸数量可以多变，易于实现大流量、型号易扩展。既适合作为传输介质的水压泵结构。也适合作为能量传输水压泵结构。
[0034] 可见，由于本发明的特殊结构和构成，系统只采用了少量结构简单、工艺要求很低的水压元件(水压缸、单向阀、或蓄能器)，驱动和控制设计则采用油压元件。该比例控制水压变量泵能够实现精确的流量、压力(最大安全压力)比例控制和卸荷控制，还可实现流量没有脉动的特性，具有体积小、重量轻、响应快，可靠性高、技术成熟等优点。易于实现高压、大流量，易于工业化，型号可扩展、成本低。
