CN113482874A - 一种具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵 - Google Patents
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Abstract
本发明属于柱塞泵技术领域，提供了一种具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，包括泵本体、与泵本体滑动连接的变量活塞、用于调节变量活塞的位移的电控压油阀、用于将变量活塞的水平位移转换为斜面位移转换块的纵向位移的斜面位移转换块、用于检测纵向位移并将纵向位移转换成反馈信号的位移传感器、在变量活塞的带动下同步运动的斜盘、在斜盘的带动下同步运动的至少一个柱塞、与对应的柱塞滑动连接的缸套、与缸套固定连接的一个回弹机构以及用于接收反馈信号的控制器。本发明具备结构简单紧凑，控制灵敏度高，能够精确测量斜盘式柱塞泵排量，且使用寿命长，能够安静的无振动运行，可以非常经济的制造等优点。
Description
技术领域
本发明属于柱塞泵技术领域，具体涉及一种具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵。
背景技术
斜盘式柱塞泵在工业市场上的应用极为广泛。调节排量是变量机构最基本的功能，即利用变量机构的位置控制作用，使泵的排量和控制信号成比例，其他的控制功能都是基于这一功能实现的。但是，市场上的液压泵很少能实现精确控制其自身排量。现有的斜盘式柱塞泵普遍存在控制灵敏度低、客户无法根据使用工况准确进行调节泵的排量以及斜盘式柱塞泵内部空间受限等技术问题。为了得到精确排量，通常都是借助外部流量计测量流量，因为电机转速是已知的，而排量由流量和电机转速计算得出，所以可以反推出排量。虽然这种方法操作方便，但是耗时耗力。目前已有采用将位移传感器设置在变量缸的两侧会使泵排量与位移传感器的反馈存在较大误差的问题，而且变量缸和壳体之间要留有足够大的空间安装位移传感器，使得柱塞泵体积增大或者位移传感器安装难度大。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，能够精确测量斜盘式柱塞泵排量。
本发明提供了一种具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，具有这样的特征，包括：泵本体；变量活塞，位于泵本体内，与泵本体滑动连接；电控压油阀，用于调节变量活塞的位移；斜面位移转换块，与变量活塞的顶端一体成型，用于将变量活塞的水平位移转换为斜面位移转换块的纵向位移；位移传感器，与斜面位移转换块的上表面相接触，用于检测纵向位移并将纵向位移转换成反馈信号；斜盘，位于泵本体内，与变量活塞转动连接，在变量活塞的带动下同步运动；至少一个柱塞，位于泵本体内，与斜盘连接，用于在斜盘的带动下同步运动；至少一个缸套，与柱塞一一对应，并且与对应的柱塞滑动连接；至少一个回弹机构，与缸套一一对应，并且一端与缸套固定连接；控制器，与位移传感器通信连接，用于接收反馈信号。
在本发明提供的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵中，还可以具有这样的特征：其中，缸套由合金钢制成，呈圆筒形，与泵本体连通。
在本发明提供的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵中，还可以具有这样的特征：其中，缸套远离柱塞的一端的内壁上具有多个沿缸套的周向分布的环形槽。
在本发明提供的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵中，还可以具有这样的特征：其中，变量活塞通过驱动臂及球形导向座与斜盘转动连接，球形导向座与变量活塞的侧壁固定连接，驱动臂的一端具有球窝，另一端具有压头，球窝与球形导向座铰接，压头与斜盘可拆卸连接。
在本发明提供的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵中，还可以具有这样的特征，还包括：扣压装槽成型块一及扣压装槽成型块二，其中，斜盘上具有安装孔，扣压装槽成型块一及扣压装槽成型块二将压头固定在安装孔内，且压头的上表面与斜盘的上表面齐平。
在本发明提供的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵中，还可以具有这样的特征：其中，压头具有斜角，安装孔具有和斜角匹配的倾斜面。
在本发明提供的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵中，还可以具有这样的特征：其中，斜面位移转换块的顶端为倾斜面，底部与变量活塞的中间处一体成型。
在本发明提供的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵中，还可以具有这样的特征：其中，电控压油阀为伺服阀FF-106A/103，位移传感器为IW-03-01感应直线位移传感器。
在本发明提供的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵中，还可以具有这样的特征：其中，斜盘的一端通过弹性件与泵本体连接，另一端与变量活塞转动连接。
在本发明提供的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵中，还可以具有这样的特征，还包括：转轴，其中，转轴的一端与斜盘固定连接，多个柱塞分别与斜盘固定连接且沿转轴的周向均匀分布在转轴的周围。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，控制器可以预先输入控制信信号，通过电控压油阀根据控制变量活塞的位移，变量活塞的运动会带动相连的斜盘的运动，引起斜盘的倾角的改变，斜盘角度一变，就带动柱塞前后运动，所以可以实现泵的流量输出。
每个缸套单独设置有回弹机构，使得柱塞泵的结构紧凑，这样既消除了滑靴对柱塞的拉力，减少磨损，提高稳定性，增加了泵的寿命；这样也可以大幅减小成本以及加工难度。
斜盘是由变量活塞的运动通过连接机构改变倾角，另一方面，因为变量活塞上一体成型有斜面位移转换块，当变量活塞水平运动时，会带动斜面位移转换块移动，导致斜面位移转换块上表面产生纵向位移，位移传感器与斜面位移转换块相接触，所以可以测得纵向位移，从而可等比例计算出变量活塞的水平位移。再由位移传感器将位移变化转换作为为反馈信号传递给外部控制器，与输入的控制信号相比较，得出偏差信号，控制电控压油阀，从而构成一个闭环位置控制***，使得斜盘式柱塞泵的排量保持在设定值附近，这样就实现了基于变量活塞位置反馈的闭环排量控制。
综上，本实施例具备结构简单紧凑，控制灵敏度高，能够精确测量斜盘式柱塞泵排量，且使用寿命长，能够安静的无振动运行，可以非常经济的制造等优点。
附图说明
图1是本发明的实施例中的泵本体的结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是本发明的实施例中的变量活塞、斜面位移转换块、位移传感器、连接机构及斜盘的安装关系示意图；
图4是本发明的实施例中的缸套、柱塞的安装关系示意图；
图5是本发明的实施例中的变量活塞与斜面位移转换块的不同视角的结构示意图；
图6是本发明的实施例中的变量活塞、斜面位移转换块、位移传感器的安装位置关系示意图；以及
图7是本发明的实施例中的变量活塞、斜面位移转换块和位置传感器在运动过程中的位置示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明一种具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵作具体阐述。
<实施例>
本实施例对具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵做具体阐述。
图1是本发明的实施例中的泵本体的结构示意图；图2是图1的左视图；图3是本发明的实施例中的变量活塞、斜面位移转换块、位移传感器、连接机构及斜盘的安装关系示意图；图4是本发明的实施例中的缸套、柱塞的安装关系示意图；图5是本发明的实施例中的变量活塞与斜面位移转换块的不同视角的结构示意图；图6是本发明的实施例中的变量活塞、斜面位移转换块、位移传感器的安装位置关系示意图。其中，图5中的(a)、(b)、(c)分别是变量活塞的主视图、左视图及俯视图。
如图1-6所示，斜盘式柱塞泵包括泵本体10、变量活塞20、斜面位移转换块30、位移传感器40、过渡板50、电控压油阀(图中均未显示)、斜盘60、球形导向座71、驱动臂72、扣压装槽成型块一81及扣压装槽成型块二82、柱塞91、缸套92、回弹机构93、转轴94、滑靴95、以及控制器(图中均未显示)。
泵本体10内盛有液压油，具有变量活塞安装处11及斜盘与柱塞安装处12。泵本体10采用增强尼龙材料一次成型，可以进行回收再利用，这样可以节省成本。
变量活塞20安装在变量活塞安装处11，上端与泵本体10上的变量活塞孔滑动连接，其余部分位于泵本体10内，在液压力的推动下左右移动。
变量活塞20包括相互不连通的第一缸体21、第二缸体22及将第一缸体21和第二缸体22分隔开的分隔块23。
电控压油阀安装在泵本体10上，用于调节变量活塞20的位移。电控压油阀分别与第一缸体21和第二缸体22对应的油路连通，并控制油路的供油量。当第一缸体21、第二缸体22内的油量发生变化时，液压力发生变化，因此变量活塞20左右移动。在本实施例中，电控压油阀采用高精度伺服阀FF-106A/103。
斜面位移转换块30的的顶端为倾斜面，底部与变量活塞20的中间处一体成型，将变量活塞20由于水平移动产生的水平位移转换为自身的纵向移动的纵向位移。
斜面位移转换块30与变量活塞20一次铸造成型，形成一个整体，能够精确测量斜盘式柱塞泵排量，且使用寿命长，能够安静的无振动运行。
位移传感器40为IW-03-01感应直线位移传感器，固定安装泵本体10上，而过渡板50固定在泵本体上。
位移传感器40的底端与斜面位移转换块30的上表面相接触，检测斜面位移转换块30的纵向位移，并将纵向位移转换成反馈信号。
位移传感器40在排量标定过程中反应的是变量活塞20的位移，但在实际工作中，反应的是柱塞泵的排量。这是因为，在实际工作中，位移传感器40安装上后，先测试出位移传感器40的单位位移量对应的排量，从而将单位位移量与排量对应起来，这样，位移传感器40的纵向位移就体现的是排量的反馈。
控制器与电控压油阀及位移传感器40分别通信连接，可以输入控制信号，也接收接收移传感器40的反馈信号。
斜盘60及柱塞均位于泵本体内的斜盘与柱塞安装处12位置。
斜盘60的一端通过弹性件61与泵本体10连接，另一端与变量活塞20转动连接。在本实施例中，弹性件61为弹簧。斜盘60的上端具有安装孔。
斜盘60与变量活塞20通过球形导向座71及驱动臂72转动连接，在变量活塞20的带动下同步运动。柱塞与斜盘60固定连接，在斜盘60的带动下移动。在本实施例中，斜盘和柱塞之间设有滑靴95。
球形导向座71与变量活塞20的侧壁固定连接。驱动臂72的一端具有球窝，另一端具有压头。压头具有斜角α，安装孔内具有和斜角匹配的倾斜面。球窝与球形导向座71铰接，压头与斜盘可拆卸连接。扣压装槽成型块一81及扣压装槽成型块二82分别***安装孔，相互卡合将压头固定在安装孔内，且压头的上表面与斜盘的上表面齐平。扣压装槽成型块一81和扣压装槽成型块二82设有斜坡，与安装孔内的坡度相配合。
转轴94呈圆筒状，一端斜盘60固定连接。9个柱塞91分别与斜盘60固定连接且沿转轴的周向均匀分布在转轴的周围。
每个柱塞91的均与一个缸套92滑动连接。柱塞91具有柱塞内孔911。缸套92由合金钢制成，呈圆筒形，与泵本体20连通。
缸套92远离柱塞91的一端的内壁上具有多个沿缸套92的周向分布的环形槽921。环形槽921可以实现油液的缓冲。
回弹机构93为弹簧，一端与缸套92的内壁固定连接，另一端在柱塞91在缸套92内滑动时，与缸套92的末端地接。回弹机构靠弹簧的弹性、复原的能力，辅助液压油的作用力对柱塞进行位置的确定，避免卡死等，同时也具有减震的效果。
当变量活塞20水平移动时，斜盘60与变量活塞20通过连接机构转动连接，带动斜盘60移动，斜盘倾斜一定的角度。通过变量活塞20的位置与斜盘60的角度一一对应的关系，进而控制柱塞的运动，来达到改变斜盘式柱塞泵输出排量的目的。
图7是本发明的实施例中的变量活塞、斜面位移转换块和位移传感器在运动过程中的位置示意图。其中，图7中的(a)、(b)、(c)分别是变量活塞右移、居中及左移的位置示意图。
如图3、7所示，当位移传感器40的底端位于斜面位移转换块30的正上方时(见图7中的(b))，位移传感器40的读数为零，随着斜面位移转换块30的移动，位移传感器40的读数为负数(见图7中的(a))或者正数(见图7中的(c))。因此位移传感器40通过测得斜面位移转换块30的纵向位移，即可等比例对应为变量活塞20的水平位移，此处由于位移传感器40的响应频率远大于控制器的响应频率，故可将位移传感器40近似看成比例放大器，其将位移变化转换为反馈信号，并将其传递给控制器，与输入控制信号相比较，得出偏差信号控制电控压油阀，从而构成一个闭环位置控制***，使得斜盘式柱塞泵的排量保持在设定值附近，这样就实现了基于变量活塞位置反馈的闭环排量控制。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，控制器可以预先输入控制信信号，通过电控压油阀根据控制变量活塞的位移，变量活塞的运动会带动相连的斜盘的运动，引起斜盘的倾角的改变，斜盘角度一变，就带动柱塞前后运动，所以可以实现泵的流量输出。
每个缸套单独设置有回弹机构，使得柱塞泵的结构紧凑，这样既消除了滑靴对柱塞的拉力，减少磨损，提高稳定性，增加了泵的寿命；这样也可以大幅减小成本以及加工难度。
斜盘是由变量活塞的运动通过连接机构改变倾角，另一方面，因为变量活塞上一体成型有斜面位移转换块，当变量活塞水平运动时，会带动斜面位移转换块移动，导致斜面位移转换块上表面产生纵向位移，位移传感器与斜面位移转换块相接触，所以可以测得纵向位移，从而可等比例计算出变量活塞的水平位移。再由位移传感器将位移变化转换作为为反馈信号传递给外部控制器，与输入的控制信号相比较，得出偏差信号，控制电控压油阀，从而构成一个闭环位置控制***，使得斜盘式柱塞泵的排量保持在设定值附近，这样就实现了基于变量活塞位置反馈的闭环排量控制。
本实施例将位移传感器合理地安装在变量活塞的中间处上，在不增加泵本体的体积的前提下，位移传感器通过测得斜面位移转换块的纵向位移，即可等比例对应为变量缸的水平位移。
本实施例采用高精度伺服阀FF-106A/103改进使用，提高柱塞泵的响应速度。
本实施例的变量活塞与其上方的斜面块一次铸造成型，形成一个整体，能够精确测量斜盘式柱塞泵排量，且使用寿命长，能够安静的无振动运行，可以非常经济的制造；
本实施例构成了一个闭环位置控制***，使得斜盘式柱塞泵的排量保持在设定值附近，这样就实现了基于变量活塞位置反馈的闭环排量控制；
本实施例中，与变量活塞固连的球头与驱动臂的球窝贴合，扣压装槽成型块一，扣压装槽成型块分别置于斜盘上部的孔内，驱动臂的压头放入扣压装槽成型块一，扣压装槽成型块二内，并与斜盘上平面贴合，从而带动斜盘转动，控制斜盘的角度，以得到变量缸的位置与斜盘角度一一对应的关系，进而控制柱塞的运动，来达到改变斜盘式柱塞泵输出排量的目的。
本实施例提供一种用多个柱塞，特别是用九个柱塞操作的泵，该泵具有特别紧凑的结构，能够提供非常均匀的泵输出，并且能确保安静的无振动运行，还可以非常经济地制造。
本实施例的柱塞泵的泵体采用增强尼龙材料一次成型，可以进行回收再利用，这样可以节省成本。
本实施例中，柱塞内孔中的液压油会进入柱塞体表面的液压油槽内，储存一定的液压油。柱塞在泵本体内运动时，液压油槽内的液压油能够形成耐磨油层，对柱塞的表面进行静压支承作用,减少柱塞的机械磨损，提高柱塞的使用寿命。
斜盘和固定柱塞之间设有滑靴，压力油会在滑靴与斜盘的接触面间也形成了一层油膜，降低磨损。
本实施例中，当转轴转动时，固定于转轴之上的九个固定的柱塞随着缸套的运动，也进行转动，这样可以增加柱塞数目，同时减小轴向力。且每个缸套单独设置有回弹机构，使得柱塞泵的结构紧凑，这样既消除了滑靴对柱塞的拉力，增加了泵的寿命；这样也可以大幅减小成本以及加工难度；由于回弹机构的存在，此处取消了中心弹簧的设计，这样使得柱塞受压区域变成了面接触，减少磨损，提高稳定性。
综上，本实施例具备结构简单紧凑，控制灵敏度高，能够精确测量斜盘式柱塞泵排量，且使用寿命长，能够安静的无振动运行，可以非常经济的制造等优点。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，其特征在于，包括：
泵本体；
变量活塞，位于所述泵本体内，与所述泵本体滑动连接；
电控压油阀，用于调节所述变量活塞的位移；
斜面位移转换块，与所述变量活塞的顶端一体成型，用于将所述变量活塞的水平位移转换为所述斜面位移转换块的纵向位移；
位移传感器，与所述斜面位移转换块的上表面相接触，用于检测所述纵向位移并将所述纵向位移转换成反馈信号；
斜盘，位于所述泵本体内，与所述变量活塞转动连接，在所述变量活塞的带动下同步运动；
至少一个柱塞，位于所述泵本体内，与所述斜盘连接，用于在所述斜盘的带动下同步运动；
至少一个缸套，与所述柱塞一一对应，并且与对应的所述柱塞滑动连接；
至少一个回弹机构，与所述缸套一一对应，并且一端与所述缸套固定连接；
控制器，与所述位移传感器通信连接，用于接收所述反馈信号。
2.根据权利要求1所述的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，其特征在于：
其中，所述缸套由合金钢制成，呈圆筒形，与所述泵本体连通。
3.根据权利要求2所述的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，其特征在于：
其中，所述缸套远离所述柱塞的一端的内壁上具有多个沿所述缸套的周向分布的环形槽。
4.根据权利要求1所述的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，其特征在于：
其中，所述变量活塞通过驱动臂及球形导向座与所述斜盘转动连接，所述球形导向座与所述变量活塞的侧壁固定连接，
所述驱动臂的一端具有球窝，另一端具有压头，
所述球窝与所述球形导向座铰接，所述压头与所述斜盘可拆卸连接。
5.根据权利要求4所述的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，其特征在于，还包括：
扣压装槽成型块一及扣压装槽成型块二，
其中，所述斜盘上具有安装孔，所述扣压装槽成型块一及扣压装槽成型块二将所述压头固定在所述安装孔内，且所述压头的上表面与所述斜盘的上表面齐平。
6.根据权利要求4所述的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，其特征在于：
其中，所述压头具有斜角，所述安装孔具有和所述斜角匹配的倾斜面。
7.根据权利要求1所述的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，其特征在于：
其中，所述斜面位移转换块的顶端为倾斜面。
8.根据权利要求1所述的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，其特征在于：
其中，所述电控压油阀为伺服阀FF-106A/103，所述位移传感器为IW-03-01感应直线位移传感器。
9.根据权利要求1所述的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，其特征在于：
其中，所述斜盘的一端通过弹性件与所述泵本体连接，另一端与所述变量活塞转动连接。
10.根据权利要求1所述的具有排量反馈控制的变量斜盘式轴向柱塞泵，其特征在于，还包括：
转轴，
其中，所述转轴的一端与所述斜盘固定连接，多个所述柱塞分别与所述斜盘固定连接且沿所述转轴的周向均匀分布在所述转轴的周围。
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- 2021-08-09 CN CN202110908031.7A patent/CN113482874A/zh active Pending
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