| 专利类型 | 发明授权 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 授权; 权利转移; |
| 专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
| 申请号 | CN202210618243.6 | 申请日 | 2022-05-31 |
| 公开(公告)号 | CN115013275B | 公开(公告)日 | 2024-03-08 |
| 申请人 | 江苏大学流体机械温岭研究院; 江苏大学; | 申请人类型 | 科研院所 |
| 发明人 | 高强; 朱勇; 汤胜楠; 吴卿轶; 兰波; | 第一发明人 | 高强 |
| 权利人 | 江苏大学流体机械温岭研究院,江苏大学 | 权利人类型 | 科研院所 |
| 当前权利人 | 江苏国瑞液压机械有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：浙江省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：浙江省台州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：浙江省台州市温岭市大溪镇金利路泵业创新服务综合体5-7楼 | 邮编 | 当前专利权人邮编：317525 |
| 主IPC国际分类 | F04B1/14 | 所有IPC国际分类 | F04B1/14 ; F04B1/18 ; F04B1/295 ; F04B53/10 |
| 专利引用数量 | 5 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 3 | 专利文献类型 | B |
| 专利代理机构 | 苏州隆恒知识产权代理事务所 | 专利代理人 | 计静静; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种主动 阀 配流的负载敏感数字 轴向 柱塞 泵 及工作方法，主要包括泵 主轴 、 斜盘 、5个柱塞、5个柱塞腔、 转轴 、5个 凸轮 、5个排油阀、5个吸油阀、流量 控制阀 、负载敏感 控制器 、数字阀、变量缸、压 力 传感器 、油箱；泵主轴在带动柱塞旋转的同时，通过转轴与凸轮驱动排油阀和吸油阀运动，在简化控制电 信号 的 基础 上，进一步实现了高频响的主动配流；负载敏感控制器根据 流量控制阀 的两端压差与设定压差的差值大小，输出PWM信号以驱动两个数字阀动作来调节斜盘的倾 角 ，最终实现在 轴向柱塞泵 输出流量与负载自适应匹配的功能；本发明所提出的负载敏感数字轴向柱塞泵具有高转速、控制难度低、高可靠以及智能化等优势。 | ||
| 权利要求 | 1.一种主动阀配流的负载敏感数字轴向柱塞泵，其特征在于：包括泵主轴、斜盘、第一柱塞、第一柱塞腔、第二柱塞、第二柱塞腔、第三柱塞、第三柱塞腔、第四柱塞、第四柱塞腔、第五柱塞、第五柱塞腔、转轴、第一排油阀、第一凸轮、第一吸油阀、第二排油阀、第二凸轮、第二吸油阀、第三排油阀、第三凸轮、第三吸油阀、第四排油阀、第四凸轮、第四吸油阀、第五排油阀、第五凸轮、第五吸油阀、第一油箱、第一压力传感器、流量控制阀、第二压力传感器、负载敏感控制器、第二油箱、泄压数字阀、增压数字阀、变量缸； |
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| 说明书全文 | 主动阀配流的负载敏感数字轴向柱塞泵及其工作方法技术领域： [0002] 轴向柱塞泵具有结构紧凑、输出压力大以及容积效率高等优势，目前广泛应用于航空航天、工程机械以及高端装备等领域。轴向柱塞泵的主轴旋转并带动活塞在活塞腔中 作往复运动，以实现吸排油，为此正确的配流方式至关重要。 [0003] 目前轴向柱塞泵的配流方式主要有三种：第一种为配流盘配流，该方式通过配流盘上配流窗口与柱塞腔形成配流副，但存在泄漏大、工艺复杂以及适应性差等问题；第二种为被动阀配流，即采用单向阀实现吸排油，但该方式由于受到单向阀频响制约，存在滞后问题，并且单向阀存在不可逆性；第三种为主动阀配流，即采用配流阀主动控制每个柱塞腔的吸排油过程，如中国专利CN106762503A公开了一种数字配流与低速轴向柱塞泵，该发明采 用一个两位三通高速开关阀控制柱塞腔与吸油管路、排油管路的通断状态，进而实现主动 配流，该方式存在以下问题：(1)每个高速开关阀均为独立信号控制，控制信号较多：(2)控制信号与主轴旋转速度以及柱塞旋转角度存在复杂的关系，控制难度较大；(3)受限于高速开关阀的低动态约束，柱塞泵转速无法提升，输出流量较小。 发明内容： [0005] 为实现上述目的，本发明提供的负载敏感数字轴向柱塞泵可采用以下技术方案：一种主动阀配流的负载敏感数字轴向柱塞泵，包括泵主轴、斜盘、第一柱塞、第一柱塞腔、第二柱塞、第二柱塞腔、第三柱塞、第三柱塞腔、第四柱塞、第四柱塞腔、第五柱塞、第五柱塞腔、转轴、第一排油阀、第一凸轮、第一吸油阀、第二排油阀、第二凸轮、第二吸油阀、第三排油阀、第三凸轮、第三吸油阀、第四排油阀、第四凸轮、第四吸油阀、第五排油阀、第五凸轮、第五吸油阀、第一油箱、第一压力传感器、流量控制阀、第二压力传感器、负载敏感控制器、第二油箱、泄压数字阀、增压数字阀、变量缸； [0006] 所述泵主轴与所述斜盘连接，并带动斜盘作旋转运动；所述斜盘与所述变量缸的输出杆连接，通过控制输出杆位移可以实现所述斜盘的倾斜角度；所述第一柱塞、第二柱 塞、第三柱塞、第四柱塞、第五柱塞沿周向平均分布在所述斜盘上；所述第一柱塞放置在所述第一柱塞腔的内部，并作相对滑动运动；所述第二柱塞放置在所述第二柱塞腔的内部，并作相对滑动运动；所述第三柱塞放置在所述第三柱塞腔的内部，并作相对滑动运动；所述第四柱塞放置在所述第四柱塞腔的内部，并作相对滑动运动；所述第五柱塞放置在所述第五 柱塞腔的内部，并作相对滑动运动； [0007] 所述转轴与所述泵主轴连接，或通过机加工做成一根轴，并且两者转速相同；所述第一凸轮、第二凸轮、第三凸轮、第四凸轮、第五凸轮从上至下通过平键与所述转轴连接；从轴向视图看，所述第一凸轮、第二凸轮、第三凸轮、第四凸轮、第五凸轮平均分布在所述转轴的周向；所述第一排油阀和所述第一吸油阀分别安装在所述第一凸轮的左右侧；所述第二排油阀和所述第二吸油阀分别安装在所述第二凸轮的左右侧；所述第三排油阀和所述第三 吸油阀分别安装在所述第三凸轮的左右侧；所述第四排油阀和所述第四吸油阀分别安装在 所述第四凸轮的左右侧；所述第五排油阀和所述第五吸油阀分别安装在所述第五凸轮的左 右侧；因此，所述转轴在泵主轴的带动下，可以同时驱动5个排油阀和5个吸油阀运动，以实现对5个柱塞腔的主动配流。 [0008] 所述第一排油阀的进油口与所述第一吸油阀的出油口、所述第一柱塞腔连通；所述第二排油阀的进油口与所述第二吸油阀的出油口、所述第二柱塞腔连通；所述第三排油 阀的进油口与所述第三吸油阀的出油口、所述第三柱塞腔连通；所述第四排油阀的进油口 与所述第四吸油阀的出油口、所述第四柱塞腔连通；所述第五排油阀的进油口与所述第五 吸油阀的出油口、所述第五柱塞腔连通； [0009] 所述第一吸油阀、第二吸油阀、第三吸油阀、第四吸油阀、第五吸油阀的进油口与所述第一油箱连通；所述第一排油阀、第二排油阀、第三排油阀、第四排油阀、第五排油阀的出油口与所述流量控制阀的进油口连通；所述增压数字阀的进油口与所述流量控制阀的进油口连通；所述增压数字阀的出油口与所述泄压数字阀的进油口、所述变量缸的无杆腔连 通；所述泄压数字阀的出油口与所述第二油箱连通； [0010] 所述第一压力传感器和所述第二压力传感器分别安装在所述流量控制阀的进口和出口，用于实时测量所述流量控制阀的两端压差，并将信号传输至所述负载敏感控制器 的信号输入端口；所述负载敏感控制器的两个输出端口分别连接所述泄压数字阀和所述增 压数字阀的控制端口，并通过输出PWM信号来驱动泄压数字阀和增压数字阀动作。 [0011] 另外，在本发明中，当柱塞的数量为N，则柱塞的数量＝凸轮的数量＝吸油阀的数量＝排油阀的数量＝N；N个凸轮沿转轴周向的平均分布角度＝360°/N；N个吸油阀沿转轴周向的平均分布角度＝360°/N；N个排油阀沿转轴周向的平均分布角度＝360°/N；同一凸轮所连接的吸油阀与排油阀相隔180°。 [0012] 另外，本发明提供的负载敏感数字轴向柱塞泵的工作方法采用如下步骤： [0013] 步骤一，初始状态，泵主轴同时带动斜盘和转轴旋转，第一柱塞、第二柱塞、第三柱塞、第四柱塞、第五柱塞分别在第一柱塞腔、第二柱塞腔、第三柱塞腔、第四柱塞腔、第五柱塞腔的内部滑动，并且这五个柱塞腔的状态依次从排油状态向吸油状态过渡； [0014] 步骤二，五个排油阀和五个吸油阀在转轴的带动下，实现对每个柱塞腔的主动配流，此时五个排油阀的开度大小关系为：第一排油阀>第二排油阀>第三排油阀＝第四排油 阀＝第五排油阀；五个吸油阀的开度大小关系为：第三吸油阀>第四吸油阀>第五吸油阀＝ 第一吸油阀＝第二吸油阀； [0015] 步骤三，柱塞泵输出流量经过流量控制阀，最终流向负载，通过调节流量控制阀的开度可以控制负载的运动速度； [0016] 步骤四，当负载压力增加时，导致流量控制阀的两端实际压差减小，输出流量减小，由于实际压差小于设定压差，负载敏感控制器输出PWM信号以驱动泄压数字阀动作，导致变量缸的无杆腔压力减小，变量缸的输出杆向右运动，此时斜盘的倾角变大，输出流量增加，流量控制阀的进口压力增加，直至实际压差与设定压差相等时，斜盘的倾角保持不变； 当负载压力减小时，导致流量控制阀的两端实际压差增加，输出流量增加，由于实际压差大于设定压差，负载敏感控制器输出PWM信号以驱动增压数字阀动作，导致变量缸的无杆腔压力增加，变量缸的输出杆向左运动，此时斜盘的倾角减小，输出流量减小，流量控制阀的进口压力减小，直至实际压差与设定压差相等时，斜盘的倾角保持不变。 [0017] 本发明有益效果：相对于现有技术，本发明中的泵主轴不仅带动柱塞旋转，同时可以驱动5个排油阀和5个吸油阀运动，控制信号数量显著减小，并且无需考虑控制信号与转速与角度的耦合关系；本发明采用凸轮驱动两个配流阀的结构方案直接从结构上实现了吸 油阀和排油阀的互锁功能，可靠性较高；由于配流阀的开关频率取决于转速，因此该柱塞泵可以实现高转速和大流量；本发明采用数字阀控制变量缸，并通过控制器实现斜盘排量控 制算法，智能化程度高；本发明的数字轴向柱塞泵可以用于马达工况。 [0019] 图1为本发明实施例提供的主动阀配流的负载敏感数字轴向柱塞泵原理图； [0020] 图2为本发明实施例提供的凸轮组安装轴向示意图； [0021] 附图标号：1‑泵主轴、2‑斜盘、3‑第一柱塞、4‑第一柱塞腔、5‑第二柱塞、6‑第二柱塞腔、7‑第三柱塞、8‑第三柱塞腔、9‑第四柱塞、10‑第四柱塞腔、11‑第五柱塞、12‑第五柱塞腔、13‑转轴、14‑第一排油阀、15‑第一凸轮、16‑第一吸油阀、17‑第二排油阀、18‑第二凸轮、19‑第二吸油阀、20‑第三排油阀、21‑第三凸轮、22‑第三吸油阀、23‑第四排油阀、24‑第四凸轮、25‑第四吸油阀、26‑第五排油阀、27‑第五凸轮、28‑第五吸油阀、29‑第一油箱、30‑第一压力传感器、31‑流量控制阀、32‑第二压力传感器、33‑负载敏感控制器、34‑第二油箱、35‑泄压数字阀、36‑增压数字阀、37‑变量缸。 具体实施方式： [0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它 实施例，都属于本发明保护的范围。 [0023] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。 [0024] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0025] 如图1所示，本发明所述装置主要包括泵主轴1、斜盘2、第一柱塞3、第一柱塞腔4、第二柱塞5、第二柱塞腔6、第三柱塞7、第三柱塞腔8、第四柱塞9、第四柱塞腔10、第五柱塞11、第五柱塞腔12、转轴13、第一排油阀14、第一凸轮15、第一吸油阀16、第二排油阀17、第二凸轮18、第二吸油阀19、第三排油阀20、第三凸轮21、第三吸油阀22、第四排油阀23、第四凸轮24、第四吸油阀25、第五排油阀26、第五凸轮27、第五吸油阀28、第一油箱29、第一压力传感器30、流量控制阀31、第二压力传感器32、负载敏感控制器33、第二油箱34、泄压数字阀 35、增压数字阀36、变量缸37； [0026] 所述泵主轴1与所述斜盘2连接，并带动斜盘2作旋转运动；所述斜盘2与所述变量缸37的输出杆连接，通过控制输出杆位移可以实现所述斜盘2的倾斜角度；所述第一柱塞3、第二柱塞5、第三柱塞7、第四柱塞9、第五柱塞11沿周向平均分布在所述斜盘2上；所述第一柱塞3放置在所述第一柱塞腔4的内部，并作相对滑动运动；所述第二柱塞5放置在所述第二柱塞腔6的内部，并作相对滑动运动；所述第三柱塞7放置在所述第三柱塞腔8的内部，并作相对滑动运动；所述第四柱塞9放置在所述第四柱塞腔10的内部，并作相对滑动运动；所述第五柱塞11放置在所述第五柱塞腔12的内部，并作相对滑动运动； [0027] 所述转轴13与所述泵主轴1连接，或通过机加工做成一根轴，并且两者转速相同；所述第一凸轮15、第二凸轮18、第三凸轮21、第四凸轮24、第五凸轮27从上至下通过平键与所述转轴13连接；如图2所示，从轴向视图看，所述第一凸轮15、第二凸轮18、第三凸轮21、第四凸轮24、第五凸轮27平均分布在所述转轴13的周向；所述第一排油阀14和所述第一吸油 阀16分别安装在所述第一凸轮15的左右侧；所述第二排油阀17和所述第二吸油阀19分别安 装在所述第二凸轮18的左右侧；所述第三排油阀20和所述第三吸油阀22分别安装在所述第 三凸轮21的左右侧；所述第四排油阀23和所述第四吸油阀25分别安装在所述第四凸轮24的 左右侧；所述第五排油阀26和所述第五吸油阀28分别安装在所述第五凸轮27的左右侧；因 此，所述转轴13在泵主轴1的带动下，可以同时驱动5个排油阀和5个吸油阀运动，以实现对5个柱塞腔的主动配流。 [0028] 所述第一排油阀14的进油口与所述第一吸油阀16的出油口、所述第一柱塞腔4连通；所述第二排油阀17的进油口与所述第二吸油阀19的出油口、所述第二柱塞腔6连通；所述第三排油阀20的进油口与所述第三吸油阀22的出油口、所述第三柱塞腔8连通；所述第四排油阀23的进油口与所述第四吸油阀25的出油口、所述第四柱塞腔10连通；所述第五排油 阀26的进油口与所述第五吸油阀28的出油口、所述第五柱塞腔12连通； [0029] 所述第一吸油阀16、第二吸油阀19、第三吸油阀22、第四吸油阀25、第五吸油阀28的进油口与所述第一油箱29连通；所述第一排油阀14、第二排油阀17、第三排油阀20、第四排油阀23、第五排油阀26的出油口与所述流量控制阀31的进油口连通；所述增压数字阀36的进油口与所述流量控制阀31的进油口连通；所述增压数字阀36的出油口与所述泄压数字 阀35的进油口、所述变量缸37的无杆腔连通；所述泄压数字阀35的出油口与所述第二油箱 34连通； [0030] 所述第一压力传感器30和所述第二压力传感器32分别安装在所述流量控制阀31的进口和出口，用于实时测量所述流量控制阀31的两端压差，并将信号传输至所述负载敏 感控制器33的信号输入端口；所述负载敏感控制器33的两个输出端口分别连接所述泄压数 字阀35和所述增压数字阀36的控制端口，并通过输出PWM信号来驱动泄压数字阀35和增压 数字阀36动作。 [0031] 在本实施例中，假设柱塞的数量为N，则柱塞的数量＝凸轮的数量＝吸油阀的数量＝排油阀的数量＝N；N个凸轮沿转轴周向的平均分布角度＝360°/N；N个吸油阀沿转轴周向的平均分布角度＝360°/N；N个排油阀沿转轴周向的平均分布角度＝360°/N；同一凸轮所连接的吸油阀与排油阀相隔180°。 [0032] 在本实施例中，轴向柱塞泵的工作方法采用如下步骤： [0033] 步骤一，初始状态，泵主轴2同时带动斜盘3和转轴13旋转，第一柱塞3、第二柱塞5、第三柱塞7、第四柱塞9、第五柱塞11分别在第一柱塞腔4、第二柱塞腔6、第三柱塞腔8、第四柱塞腔10、第五柱塞腔12的内部滑动，并且这五个柱塞腔的状态依次从排油状态向吸油状态过渡； [0034] 步骤二，五个排油阀和五个吸油阀在转轴的带动下，实现对每个柱塞腔的主动配流，此时五个排油阀的开度大小关系为：第一排油阀14>第二排油阀>17第三排油阀20＝第 四排油阀23＝第五排油阀26；五个吸油阀的开度大小关系为：第三吸油阀22>第四吸油阀25>第五吸油阀28＝第一吸油阀16＝第二吸油阀19； [0035] 步骤三，柱塞泵输出流量经过流量控制阀31，最终流向负载，通过调节流量控制阀31的开度可以控制负载的运动速度； [0036] 步骤四，当负载压力增加时，导致流量控制阀31的两端实际压差减小，输出流量减小，由于实际压差小于设定压差，负载敏感控制器33输出PWM信号以驱动泄压数字阀35动作，导致变量缸37的无杆腔压力减小，变量缸37的输出杆向右运动，此时斜盘2的倾角变大，输出流量增加，流量控制阀31的进口压力增加，直至实际压差与设定压差相等时，斜盘2的倾角保持不变；当负载压力减小时，导致流量控制阀31的两端实际压差增加，输出流量增 加，由于实际压差大于设定压差，负载敏感控制器33输出PWM信号以驱动增压数字阀36动 作，导致变量缸37的无杆腔压力增加，变量缸37的输出杆向左运动，此时斜盘2的倾角减小，输出流量减小，流量控制阀31的进口压力减小，直至实际压差与设定压差相等时，斜盘2的倾角保持不变。 [0037] 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。 此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。 |
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