CN104179734A - 一种用于液压泵的恒压控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于液压泵的恒压控制装置及控制方法。其中，精过滤器进油口与液压泵排油口连通，精过滤器出油口同时与恒压控制阀P口、小变量活塞的无杆腔连通，恒压控制阀A口与减震阀P口连通，恒压控制阀T口同时与减震阀T口和油箱连通，恒压控制阀控制口通过其内部固定阻尼与恒压控制阀P口连通，减震阀A口与大变量活塞的无杆腔连通；反馈杆与小变量活塞固定连接，以使液压泵排油口压力高于恒压控制阀的比例弹簧设定压力时，反馈杆能在小变量活塞的带动下运动至与减震阀阀芯相接触并推动阀芯运动至减震阀的P口与T口连通工位；当液压泵排油口的压力低于恒压控制阀的比例弹簧设定压力时，反馈杆能与减震阀阀芯相分离。

Description

一种用于液压泵的恒压控制装置及控制方法

技术领域

     本发明涉及一种液压泵恒压控制装置及控制方法，属于液压控制技术领域。

背景技术

液压泵作为液压***的核心元件，其性能的优劣直接影响液压***的整体性能。随着液压技术的发展，液压***工作压力越来越高，输出流量越来越大，因此，对于液压泵应对***过载时的响应速度和稳定性也提出了更为苛刻的要求。为了减少液压泵在其应用的***过载情况下，对液压泵及液压***元件产生压力过载损害，常采用恒压控制方法对液压泵进行过载保护。

传统的恒压控制方法普遍采用可调节比例弹簧压缩量来调节起调压力的恒压控制阀，并与一个固定液阻配合，组成C型先导液压半桥方式的恒压控制方法，固定液阻起到提高液压泵恒压调节过程的稳定性的作用。该方案通过合理的液阻匹配可以实现液压***过载保护，但是存在两方面的不足：首先，当液压泵处于过载保护状态时，由于固定液阻的存在，一部分先导控制液压油通过固定液阻泄露至油箱，没有完全作用于变量活塞的活塞腔而促使泵排量减小，以遏制***压力增加，因此，液压泵对于液压***过载的响应速度被固定液阻削弱；其次，从先导控制***阻尼的角度来看，传统C型先导液压半桥控制方式中，液压泵先导变量控制***的稳定性和快速性受固定阻尼制约，即当增大固定阻尼时，恒压调节过程稳定性增加，恒压调节过程平稳，但液压泵先导变量控制***的响应速度变慢，恒压调节过程时间变长，从而造成液压泵本身及***元件的损害，而减少固定阻尼，效果相反。由上可见，这种泵的传统恒压控制方法存在优化和改进空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的用于液压泵的恒压控制装置及控制方法，从而克服现有技术的全部或部分缺陷。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：本发明用于液压泵的恒压控制装置包括反馈杆、精过滤器、恒压控制阀和减震阀，精过滤器的进油口与液压泵的排油口连通，精过滤器的出油口同时与恒压控制阀的P口、液压泵的小变量活塞的无杆腔连通，恒压控制阀的A口与减震阀的P口连通，恒压控制阀的T口同时与减震阀的T口和外部的油箱连通，恒压控制阀的控制口通过其内部的固定阻尼与恒压控制阀的P口连通，减震阀的A口与液压泵的大变量活塞的无杆腔连通；

反馈杆与小变量活塞固定连接，以使当液压泵的排油口的压力高于恒压控制阀的比例弹簧设定压力时，反馈杆能够在小变量活塞的带动下而运动至与减震阀的阀芯相接触并推动该阀芯运动直至该减震阀的P口与T口连通；而当液压泵的排油口的压力低于恒压控制阀的比例弹簧设定压力时，反馈杆能够由小变量活塞带动而与所述减震阀的阀芯相分离。

使用本发明上述恒压控制装置对液压泵进行恒压控制的方法如下：

当液压泵的排油口的压力低于恒压控制阀的比例弹簧设定压力而处于正常工作状态时，恒压控制阀处于其A口与T口连通的工位，减震阀处于其P口与A口连通工位，此时，来自液压泵的排油口的液压油经由精过滤器进入小变量活塞的无杆腔，同时，大变量活塞的无杆腔内的液压油按先后顺序经由减震阀的A口、减震阀的P口、恒压控制阀的A口、恒压控制阀的T口而进入外部的油箱；此时，反馈杆在小变量活塞的带动下与减震阀的阀芯相分离。

当液压泵的排油口的压力高于恒压控制阀的比例弹簧设定压力而进入过载保护状态时，恒压控制阀由其A口与T口连通的工位切换至其P口与A口连通的工位，此时，来自液压泵的排油口的液压油经由精过滤器后分成两路：其中一路进入小变量活塞的无杆腔，另一路按先后顺序经由恒压控制阀的P口、恒压控制阀的A口、减震阀的P口、减震阀的A口而进入大变量活塞的无杆腔，由此推动大变量活塞运动，使得液压泵的斜盘在大变量活塞的推动下运动而使液压泵的排量减小，从而遏制液压泵的排油口的压力升高；并且随着液压泵的斜盘的运动而带动小变量活塞运动，使得反馈杆在小变量活塞的带动下运动至与减震阀的阀芯接触,并推动减震阀的阀芯运动直至该减震阀处于其P口同时与A口、T口连通的工位，此时，来自液压泵的排油口的液压油按先后顺序经由精过滤器、恒压控制阀的P口、恒压控制阀的A口、减震阀的P口而进入减震阀后分成两路：其中一路经减震阀的T口进入外部的油箱，另一路经由减震阀的A口进入大变量活塞的无杆腔，使得所述大变量活塞和所述斜盘的运动逐渐停止，液压泵的排量进一步减小，从而进一步遏制液压泵的排油口的压力升高而使液压泵工作在恒压状态。

当液压泵的排油口的压力由高于恒压控制阀的比例弹簧设定压力回到低于恒压控制阀的比例弹簧设定压力而进入液压泵的过载保护解除状态时，恒压控制阀由其P口与A口连通的工位切换至其A口与T口连通的工位，减震阀仍然处于其P口同时与A口、T口连通的工位，大变量活塞的无杆腔内的液压油经由减震阀的A口进入减震阀后分成两路：其中一路按先后顺序经由减震阀的P口、恒压控制阀的A口、恒压控制阀的T口而进入外部的油箱，另一路经由减震阀的T口进入外部的油箱，由此使得所述斜盘由大变量活塞带动而运动，进而带动小变量活塞运动，使得反馈杆在小变量活塞的带动下与减震阀的阀芯相分离，使得减震阀由其P口同时与A口、T口连通的工位切换至仅其P口与A口连通的工位，此时液压泵恢复至正常工作状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）与传统C型先导液压半桥恒压控制方法相比，本发明采用变增益A型先导液压半桥的恒压控制方法。本发明控制方法在过载保护调节的初期，因减震阀的阀芯复位弹簧的作用，减震阀处于P口与A口连通的工位且有最大过流面积，不起节流作用，来自液压泵的排油口的液压油依次经由精过滤器的进油口、精过滤器的出油口、恒压控制阀P口、恒压控制阀A口、减震阀P口、减震阀A口流入大变量活塞的无杆腔，这种控制方式避免了传统C型先导液压半桥控制方式中部分先导液压油被固定阻尼泄漏至油箱，而造成响应速度被固定阻尼削弱的问题，因此，该控制方式响应速度比传统方式更快。

（2）本发明在过载保护中后期，随着液压泵的排量的迅速减少，反馈杆与减震阀的阀芯逐渐接触，并使减震阀的P口与A口之间的过流面积逐渐减少至固定值，减震阀的P口与T口之间的过流面积逐渐增大；恒压控制阀的P口与A口之间可变过流面积形成的可变阻尼与减震阀的P口与T口之间可变过流面积形成的可变阻尼组成A型先导液压半桥，对大变量活塞进行控制，因此随着液压泵的排量的不断减少，反馈杆推动减震阀的阀芯运动，减震阀的P口与T口之间的节流面积不断增大，旁路泄流作用逐渐加强，流入大变量活塞的无杆腔的油液不断减少，即控制增益变小，大变量活塞和液压泵的斜盘的运动速度逐渐变慢，这可以防止液压泵的排油口的压力因先导控制不稳定而产生压力大幅波动，因此，后期液压泵先导控制***的稳定性比传统方式更强。

（3）本发明的恒压控制装置由于减震阀在液压泵的排量较少时才被反馈杆打开并介入调解，减震阀介入的时间占恒压调节过程的时间较少，调节时间在整个调节过程可以基本忽略，因此调节时间基本由恒压控制阀的流量增益决定， A型半桥稳定性可以由减震阀的P口与T口过流面积决定，因此，消除了传统控制方式中先导控制***的稳定性和快速性受固定阻尼的设置相互制约的问题，使得快速性与稳定性的设定独立并可以同时得到保证。

（4）反馈杆与小变量活塞采用固定连接的方式连接，并直接作用于减震阀的阀芯，对减震阀的阀口开度进行控制，避免传感器的使用，因此本发明的这种恒压控制方式安全、可靠。 

附图说明

图1是利用本发明的恒压控制装置对液压泵进行控制的液压原理图；

其中，1-大变量活塞， 2-液压泵， 3-小变量活塞，4-反馈杆，5-精过滤器， 6-恒压控制阀，7-减震阀，8-油箱，9-斜盘，10-小变量活塞的无杆腔，11-大变量活塞的无杆腔，101-大变量活塞的无杆腔的进出油口，201-液压泵的排油口，301-小变量活塞的无杆腔的进出油口，601-恒压控制阀的控制口，602-恒压控制阀的A口，603-恒压控制阀的T口，604-恒压控制阀的P口，701-减震阀的A口，702-减震阀的P口，703-减震阀的T口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，本发明用于液压泵2的恒压控制装置包括反馈杆4、精过滤器5、恒压控制阀6和减震阀7，其中，精过滤器5起过滤先导液压油的作用。精过滤器5的进油口与液压泵2的排油口201连通，精过滤器5的出油口同时与恒压控制阀的P口604、液压泵2的小变量活塞的无杆腔10连通，恒压控制阀的A口602与减震阀的P口702连通，恒压控制阀的T口603同时与减震阀的T口703和外部的油箱8连通，恒压控制阀的控制口601通过其内部固定阻尼与恒压控制阀的P口604连通，减震阀的A口701与液压泵2的大变量活塞的无杆腔11连通。反馈杆4与小变量活塞3固定连接，使得当液压泵的排油口201的压力低于恒压控制阀6的比例弹簧设定压力时，通过小变量活塞3的运动带动反馈杆4离开减震阀7的阀芯；而当液压泵的排油口201的压力高于恒压控制阀6的比例弹簧设定压力时，通过小变量活塞3的运动带动反馈杆4运动至与减震阀7的阀芯相接触并推动该阀芯运动直至该减震阀7的P口与T口连通。

    本发明恒压控制装置可针对液压泵2的正常工作状态、液压泵2的过载保护状态、液压泵2的过载保护解除状态进行相应的控制。具体如下：

在利用本发明恒压控制装置对液压泵2进行恒压控制过程中，当液压泵的排油口201的压力低于恒压控制阀6的比例弹簧设定压力而使液压泵2处于正常工作状态时，恒压控制阀的控制口601中液压油的压力对其阀芯的作用力小于恒压控制阀6的比例弹簧对其阀芯的作用力，由此使恒压控制阀6处于其A口与T口连通的工位；而减震阀7的阀芯轴线仅受其复位弹簧的弹簧力的作用而处于P口与A口连通工位。此时，来自液压泵的排油口201的液压油经由精过滤器5进入小变量活塞的无杆腔10，同时大变量活塞的无杆腔11内的液压油依次经由减震阀的A口701、减震阀的P口702、恒压控制阀的A口602、恒压控制阀的T口603进入外部的油箱8。由于液压泵2的小变量活塞的无杆腔10中的液压油来自液压泵的排油口P201，而液压泵2的大变量活塞的无杆腔11处于卸荷状态，即小变量活塞的无杆腔10中的压力高于大变量活塞的无杆腔11中的压力，因此，大变量活塞1对液压泵2的斜盘9的作用力小于小变量活塞3对液压泵2的斜盘9的作用力，使得液压泵2的斜盘9向排量增大的方向运动，直至液压泵2处于最大排量状态，此时，小变量活塞3的运动带动反馈杆4离开减震阀7的阀芯，使得反馈杆4与减震阀7的阀芯不接触。

液压泵2的过载保护阶段分为三个时期：分别为调节初期、调节中期和调节后期。

在调节初期，液压泵的排油口201的压力高于恒压控制阀6的比例弹簧设定压力而进入液压泵2的过载保护状态，在恒压控制阀的控制口601处的液压油的压力对恒压控制阀6的阀芯的作用力大于恒压控制阀6的比例弹簧对其阀芯的作用力，恒压控制阀6由A口与T口连通的工位切换至P口与A口连通的工位，减震阀7的阀芯轴线依然仅受减震阀7的复位弹簧的弹簧力的作用而处于P口与A口连通工位且处于全开状态。此时，来自液压泵的排油口201的液压油依次经由精过滤器5的进油口、精过滤器5的出油口后分成两路：其中一路液压油由小变量活塞的无杆腔的进出油口301进入小变量活塞的无杆腔10，另一路液压油依次经由恒压控制阀的P口604、恒压控制阀的A口602、减震阀的P口702、减震阀的A口701、大变量活塞的无杆腔的进出油口101而进入大变量活塞的无杆腔11。由于小变量活塞的无杆腔10中的压力与大变量活塞的无杆腔11中的压力基本相同，而小变量活塞3的尺寸小于大变量活塞1的尺寸，因此，大变量活塞1对液压泵2的斜盘9的作用力大于小变量活塞3对液压泵2的斜盘9作用力，大变量活塞1推动液压泵2的斜盘9向排量减小的方向运动，液压泵2的排量减小能够遏制液压泵的排油口201的压力升高。此时，虽然液压泵2的排量减少，但反馈杆4仍然未接触到减震阀7的阀芯，因此，这个阶段减震阀7没有节流和固定阻尼分流的作用，因此对大变量活塞1的控制增益最大，这将使液压泵2的排量迅速降低至较小的状态，从而快速遏制***压力的升高，保护液压泵2及***元件。

在调节中期，随着液压泵2的斜盘9运动进而带动小变量活塞3运动，反馈杆4在小变量活塞3的带动下运动至与减震阀7的阀芯接触,并逐渐使减震阀7的P口与A口之间过流面积减少至固定值；先导液压油的流向与调节前期一致；但随着减震阀7的P口与A口之间过流面积逐渐变小，节流作用逐渐加强，先导油路对大变量活塞1的控制增益因为节流作用而变小，大变量活塞1及斜盘9的运动变缓，液压泵2的恒压控制过程的稳定性提高。

在调节后期，反馈杆4在小变量活塞3的带动下继续运动并推动减震阀7的阀芯运动至减震阀7的P口与T口连通，减震阀的P口702与减震阀的A口703之间由于存在固定阻尼孔，因此过流面积不再变化，而减震阀7的P口与T口之间过流面积逐渐增大，使得来自液压泵的排油口201的液压油依次经由精过滤器5的进油口、精过滤器5的出油口、恒压控制阀的P口604、恒压控制阀的A口602、减震阀的P口702进入减震阀7后分成两路：其中一路经由减震阀的A口701进入大变量活塞的无杆腔11，另一路经减震阀的T口703进入外部的油箱8。因此，对于大变量活塞的进出油口101而言，恒压控制阀的P口604与恒压控制阀的A口602之间的可变过流面积形成的可变阻尼，与减震阀的P口702及减震阀的T口703之间的可变过流面积形成的可变阻尼组成A型先导液压半桥。在反馈杆4推动减震阀7的阀芯不断运动的过程中，由于减震阀的P口702与减震阀的T口703过流面积不断增大，使得减震阀的P口702及减震阀的T口703之间阻尼不断减少，通过减震阀的T口703流入油箱8的油液逐渐增多，故而流入液压泵2的大变量活塞的无杆腔11的油液逐渐减少，对大变量活塞1的控制增益进一步降低，液压泵2的大变量活塞1及液压泵2的斜盘9的运动逐渐停止，最终使液压泵2的排量维持在一个很小的状态，该排量只维持通过减震阀的T口703泄流至油箱8的流量和液压泵2的内部泄露流量，从而彻底遏制液压泵2的排油口201的压力升高，由此最终使油液泵2工作在恒压状态。

总之，利用本发明恒压控制装置对液压泵进行恒压控制过程中，在过载保护阶段的调节初期，先导控制增益最大，从而快速将液压泵2的排量减少至较小的状态，减少***过载对液压泵2及***内元件的损害；在调节中期，液压泵2的排量进一步减小，液压泵先导控制增益也减小，先导控制***稳定性逐渐增强；在调节后期，恒压控制阀的P口604与恒压控制阀的A口602之间的可变过流面积形成的可变阻尼，与减震阀的P口702及减震阀的T口703之间的可变过流面积形成的可变阻尼组成A型先导液压半桥，控制液压泵2的斜盘9最终达到稳定状态，以上即是变增益A型先导液压半桥过载保护控制过程。因为该控制方法对液压泵2控制的快速性由调节初期决定，稳定性由调节中期和后期保证，因此在控制快速性和稳定性的设计方面相对独立，避免了传统控制方式中快速性与稳定性受固定阻尼制约的问题。

当液压泵的排油口201的压力由高于恒压控制阀6的比例弹簧设定压力回到低于恒压控制阀6的比例弹簧设定压力从而进入液压泵2的过载保护解除状态时，恒压控制阀的控制口601中液压油的压力对其阀芯的作用力小于恒压控制阀6的比例弹簧对其阀芯的作用力，恒压控制阀6由P口与A口连通的工位切换至A口与T口连通的工位, 减震阀7仍然处于其P口同时与A口、T口连通的工位，大变量活塞的无杆腔11内的液压油经由减震阀的A口701进入减震阀7后分成两路：其中一路依次经由减震阀的P口702、恒压控制阀的A口602、恒压控制阀的T口603进入外部的油箱8，另一路经由减震阀的T口703亦进入外部的油箱8，从而使液压泵2的大变量活塞的无杆腔11处于卸荷状态。由于液压泵2的小变量活塞的无杆腔10中的液压油来自液压泵的排油口P201，而液压泵2的大变量活塞的无杆腔11处于卸荷状态，即小变量活塞的无杆腔10中的压力高于大变量活塞的无杆腔11中的压力，因此，大变量活塞1对液压泵的斜盘9的作用力小于小变量活塞3对液压泵的斜盘9的作用力，液压泵的斜盘9向排量增大的方向运动，小变量活塞3的运动带动反馈杆4离开减震阀7的阀芯，反馈杆4逐渐脱离与减震阀7的阀芯的接触，减震阀7由其P口同时与A口、T口连通的工位切换至仅其P口与A口连通的工位，液压泵2的排量逐渐回到最大排量状态，液压泵2恢复至正常工作状态。

Claims (2)

1.一种用于液压泵的恒压控制装置，其特征是：包括反馈杆（4）、精过滤器（5）、恒压控制阀（6）和减震阀（7），精过滤器（5）的进油口与液压泵的排油口（201）连通，精过滤器（5）的出油口同时与恒压控制阀的P口（604）、液压泵的小变量活塞的无杆腔（10）连通，恒压控制阀的A口（602）与减震阀的P口（702）连通，恒压控制阀的T口（603）同时与减震阀的T口（703）和外部的油箱（8）连通，恒压控制阀的控制口（601）通过其内部的固定阻尼与恒压控制阀的P口（604）连通，减震阀的A口（701）与液压泵的大变量活塞的无杆腔（11）连通；

反馈杆（4）与小变量活塞（3）固定连接，以使当液压泵的排油口(201)的压力高于恒压控制阀(6)的比例弹簧设定压力时，反馈杆（4）能够在小变量活塞（3）的带动下而运动至与减震阀（7）的阀芯相接触并推动该阀芯运动直至该减震阀（7）的P口与T口连通；而当液压泵的排油口(201)的压力低于恒压控制阀(6)的比例弹簧设定压力时，反馈杆(4)能够由小变量活塞带动而与所述减震阀（7）的阀芯相分离。

2.一种使用权利要求1的装置对液压泵进行恒压控制的方法，其特征是：

当液压泵的排油口（201）的压力低于恒压控制阀（6）的比例弹簧设定压力而处于正常工作状态时，恒压控制阀（6）处于其A口与T口连通的工位，减震阀（7）处于其P口与A口连通工位，此时，来自液压泵的排油口（201）的液压油经由精过滤器（5）进入小变量活塞的无杆腔（10），同时，大变量活塞的无杆腔（11）内的液压油按先后顺序经由减震阀的A口（701）、减震阀的P口（702）、恒压控制阀的A口（602）、恒压控制阀的T口（603）而进入外部的油箱（8）；此时，反馈杆（4）在小变量活塞（3）的带动下与减震阀（7）的阀芯相分离；

当液压泵的排油口（201）的压力高于恒压控制阀（6）的比例弹簧设定压力而进入过载保护状态时，恒压控制阀（6）由其A口与T口连通的工位切换至其P口与A口连通的工位，此时，来自液压泵的排油口（201）的液压油经由精过滤器（5）后分成两路：其中一路进入小变量活塞的无杆腔（10），另一路按先后顺序经由恒压控制阀的P口（604）、恒压控制阀的A口（602）、减震阀的P口（702）、减震阀的A口（701）而进入大变量活塞的无杆腔（11），由此推动大变量活塞（1）运动，使得液压泵（2）的斜盘（9）在大变量活塞（1）的推动下运动而使液压泵（2）的排量减小，从而遏制液压泵的排油口（201）的压力升高；并且随着液压泵（2）的斜盘（9）的运动而带动小变量活塞（3）运动，使得反馈杆（4）在小变量活塞（3）的带动下运动至与减震阀（7）的阀芯接触,并推动减震阀（7）的阀芯运动直至该减震阀（7）处于其P口同时与A口、T口连通的工位，此时，来自液压泵的排油口（201）的液压油按先后顺序经由精过滤器（5）、恒压控制阀的P口（604）、恒压控制阀的A口（602）、减震阀的P口（702）而进入减震阀（7）后分成两路：其中一路经减震阀的T口（703）进入外部的油箱（8），另一路经由减震阀的A口（701）进入大变量活塞的无杆腔（11），使得所述大变量活塞（1）和所述斜盘（9）的运动逐渐停止，液压泵（2）的排量进一步减小，从而进一步遏制液压泵的排油口（201）的压力升高而使液压泵（2）工作在恒压状态；

当液压泵的排油口（201）的压力由高于恒压控制阀（6）的比例弹簧设定压力回到低于恒压控制阀（6）的比例弹簧设定压力而进入液压泵（2）的过载保护解除状态时，恒压控制阀（6）由其P口与A口连通的工位切换至其A口与T口连通的工位，减震阀（7）仍然处于其P口同时与A口、T口连通的工位，大变量活塞的无杆腔（11）内的液压油经由减震阀的A口（701）进入减震阀（7）后分成两路：其中一路按先后顺序经由减震阀的P口（702）、恒压控制阀的A口（602）、恒压控制阀的T口（603）而进入外部的油箱（8），另一路经由减震阀的T口（703）进入外部的油箱（8），由此使得所述斜盘（9）由大变量活塞（1）带动而运动，进而带动小变量活塞（3）运动，使得反馈杆（4）在小变量活塞（3）的带动下与减震阀（7）的阀芯相分离，使得减震阀（7）由其P口同时与A口、T口连通的工位切换至仅其P口与A口连通的工位，此时液压泵（2）恢复至正常工作状态。