CN114934897A - 基于变量柱塞泵的控制机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于变量柱塞泵的控制机构，包括反馈杆、反馈弹簧、比例阀、摆叶机构及恒功率阀；所述反馈杆的一端通过变量柱塞泵的变量杆与所述变量柱塞泵的斜盘连接，以检测所述斜盘的倾角状态；所述反馈杆的另一端通过所述反馈弹簧与所述比例阀连接，以将所述倾角状态反馈至所述比例阀；所述反馈杆的另一端还通过所述摆叶机构与所述恒功率阀连接，以将所述倾角状态反馈至所述恒功率阀。本发明结构简单，可实现斜盘倾角状态的机械反馈。

Description

基于变量柱塞泵的控制机构

技术领域

本发明涉及柱塞泵技术领域，尤其涉及一种基于变量柱塞泵的控制机构。

背景技术

KD-A4VSO系列变量柱塞泵因其性能可靠、稳定，从而在工业柱塞泵市场上具有较高的占有率。

现有KD-A4VSO系列变量柱塞泵的电比例控制主要采用EO控制方式，其中，EO泵的排量与输入的电信号成正比，因此可通过改变输入的电信号来实现无级排量调节，但是该控制方式需要配置位移传感器及比例阀控制器，制造成本高昂且在工程机械上调试维护不便，其高精度的优点也不是工程机械的需求。

因此，为了更好地满足工程领域的需求并拓展工程机械市场，需要研发一种全新、可用于KD-A4VSO系列变量柱塞泵的控制机构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单的基于变量柱塞泵的控制机构，可实现斜盘倾角状态的机械反馈。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于变量柱塞泵的控制机构，包括反馈杆、反馈弹簧、比例阀、摆叶机构及恒功率阀；所述反馈杆的一端通过变量柱塞泵的变量杆与所述变量柱塞泵的斜盘连接，以检测所述斜盘的倾角状态；所述反馈杆的另一端通过所述反馈弹簧与所述比例阀连接，以将所述倾角状态反馈至所述比例阀；所述反馈杆的另一端还通过所述摆叶机构与所述恒功率阀连接，以将所述倾角状态反馈至所述恒功率阀。

作为上述方案的改进，所述摆叶机构上设有支点、动力端及阻力端，所述动力端与所述反馈杆连接，所述阻力端与所述恒功率阀连接；所述动力端在所述反馈杆的作用下，带动所述摆叶机构以所述支点为轴心进行旋转，以使所述阻力端驱动所述恒功率阀。

作为上述方案的改进，所述摆叶机构包括竖向摆杆及横向摆杆，所述竖向摆杆的一端与横向摆杆的一端相互连接以形成“L”型结构；所述竖向摆杆与横向摆杆的连接处为所述支点，所述竖向摆杆的另一端为阻力端并与所述恒功率阀连接，所述横向摆杆的另一端为动力端并与所述反馈杆连接，所述竖向摆杆及横向摆杆在所述反馈杆的作用下以所述支点为轴心进行旋转。

作为上述方案的改进，所述反馈杆包括杆体、滚轮及顶杆；所述摆叶机构的底部设有导轨，所述滚轮设于所述杆体顶部并可沿所述导轨来回移动；所述杆体内设有中空腔体，所述顶杆设于所述中空腔体内并可沿所述中空腔体内壁来回移动，所述顶杆的顶部与所述滚轮连接以驱动所述摆叶机构；

作为上述方案的改进，所述中空腔体通过所述变量杆与所述变量柱塞泵的变量缸小腔连通。

作为上述方案的改进，所述杆体的外壁设有驱动块，所述杆体通过所述驱动块与所述比例阀连接。

作为上述方案的改进，所述比例阀包括比例阀阀芯、阀套、调压弹簧及比例电磁铁，所述比例电磁铁设于所述阀套的末端，所述比例阀阀芯设于所述阀套内并可沿所述阀套内壁来回移动，所述比例阀阀芯的一端与所述反馈弹簧连接，所述比例阀阀芯的另一端与所述调压弹簧连接。

作为上述方案的改进，所述比例阀还包括反馈弹簧座及设于所述阀套末端内壁的调压弹簧座；所述比例阀阀芯的一端伸出所述阀套外并与所述反馈弹簧座连接，所述反馈弹簧的一端与所述反馈杆连接，所述反馈弹簧的一端设于所述反馈弹簧座上；所述比例阀阀芯的另一端伸入所述调压弹簧座内，所述调压弹簧设于所述调压弹簧座内并套设于所述比例阀阀芯的外壁上。

作为上述方案的改进，所述比例阀阀芯的另一端设有轴肩，所述调压弹簧端面与所述轴肩接触。

作为上述方案的改进，所述恒功率阀包括功率阀阀芯、调节弹簧及调节螺杆，所述功率阀阀芯的一端与所述摆叶机构连接，所述功率阀阀芯的另一端通过所述调节弹簧与所述调节螺杆连接。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明采用反馈杆、反馈弹簧、比例阀、摆叶机构及恒功率阀，通过机械反馈的方式检测斜盘的倾角状态，不需要设置位置传感器及比例阀控制器，从而极大的降低了成本，且维护简单；

同时，本发明将比例阀控制与恒功率阀控制相结合，从而实现变量柱塞泵带恒功率控制的电比例控制功能。

进一步，本发明通过设计结构独特的反馈杆，可在变量柱塞泵产生变化时，同时产生水平方向及竖直方向的受力变化，从而分别对比例阀及恒功率阀产生机械反馈，实时性强。

附图说明

图1是本发明基于变量柱塞泵的控制机构及变量柱塞泵的原理图；

图2是本发明基于变量柱塞泵的控制机构的原理图；

图3是本发明基于变量柱塞泵的控制机构的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

如图1所述，本发明基于变量柱塞泵的控制机构2包括反馈杆21、反馈弹簧22、比例阀23、摆叶机构24及恒功率阀25；反馈杆21的一端通过变量柱塞泵1的变量杆11与变量柱塞泵1的斜盘12连接，以检测斜盘12的倾角状态；反馈杆21的另一端通过反馈弹簧22与比例阀23连接，以将倾角状态反馈至比例阀23；反馈杆21的另一端还通过摆叶机构24与恒功率阀25连接，以将倾角状态反馈至恒功率阀25。

现有技术中，随着控制电流的变化，电磁力作用于变量柱塞泵1上以使变量杆11移动，从而驱动斜盘12旋转，此时，可通过设置位移传感器采集斜盘12的倾角状态，因此，现有技术可通过电气反馈的方式检测斜盘12的倾角状态。

与现有技术不同的是，本发明采用反馈杆21、反馈弹簧22、比例阀23、摆叶机构24及恒功率阀25，通过机械反馈的方式检测斜盘12的倾角状态。具体地，本发明可包括比例阀23控制及恒功率阀25控制：

一、比例阀23控制

随着控制电流的变化，比例阀23在电磁力的作用下工作，使变量杆11在变量缸13内移动；此时，变量杆11可带动斜盘12的倾角发生变化，并同时带动反馈杆21沿水平方向移动；反馈杆21移动时，可对反馈弹簧22产生作用力以使反馈弹簧22伸缩，保证反馈弹簧22所产生的弹力与比例阀23的电磁力相平衡，从而实现将斜盘12的倾角状态实时反馈至比例阀23的效果。

例如，随着控制电流的增加，变量柱塞泵1的变量杆11在变量缸13内向右移动；此时，变量杆11可带动斜盘12顺时针旋转以使倾角发生变化，并同时带动反馈杆21向右移动；反馈杆21向右移动时，使反馈弹簧22压缩，反馈弹簧22所产生的弹力与比例阀23的电磁力相平衡。

二、恒功率阀25控制

随着控制电流的变化，变量柱塞泵1的变量杆11在变量缸13内移动；此时，变量杆11可带动斜盘12的倾角发生变化，同时，变量缸13内的液压油驱动反馈杆21沿竖直方向伸缩；反馈杆21伸缩时，可对摆叶机构24产生作用力，并将对应的作用力传输至恒功率阀25，从而实现将斜盘12的倾角状态实时反馈至恒功率阀25的效果。

例如，随着控制电流的增加，变量柱塞泵1的变量杆11在变量缸13内向右移动；此时，变量杆11可带动斜盘12顺时针旋转以使倾角发生变化，同时，变量缸13内的液压油驱动反馈杆21向上伸长；当反馈杆21伸长至与摆叶机构24接触时，可对摆叶机构24产生作用力，并将对应的作用力传输至恒功率阀25。

因此，本发明可将比例阀23控制与恒功率阀25控制相结合，从而实现变量柱塞泵1带恒功率控制的电比例控制功能。

如图2所示，摆叶机构24上设有支点241、动力端242及阻力端243，动力端242与反馈杆21连接，阻力端243与恒功率阀25连接；动力端242在反馈杆21的作用下，带动摆叶机构24以支点241为轴心进行旋转，以使阻力端243驱动恒功率阀25。

当反馈杆21向上推动动力端242时，摆叶机构24受力并以支点241为轴心进行逆时针旋转，此时阻力端243也同步逆时针旋转并推动恒功率阀25，压力油进入变量缸13大腔，量杆带动斜盘12一起向左运动，斜盘12的倾角状态实时反馈至恒功率阀25；当反馈杆21向下收缩时，动力端242受力减少，摆叶机构24受力并以支点241为轴心进行顺时针旋转，此时阻力端243也同步顺时针旋转并减少对恒功率阀25的推力，变量缸13小腔的油液流进油箱，变量杆带动斜盘12一起向右运动，斜盘12的倾角状态实时反馈至恒功率阀25。

进一步，摆叶机构24包括竖向摆杆244及横向摆杆245，竖向摆杆244的一端与横向摆杆245的一端相互连接以形成“L”型结构；竖向摆杆244与横向摆杆245的连接处为支点241，竖向摆杆244的另一端为阻力端243并与恒功率阀25连接，横向摆杆245的另一端为动力端242并与反馈杆21连接，竖向摆杆244及横向摆杆245在反馈杆21的作用下以支点241为轴心进行旋转。

例如，当反馈杆21向上推动横向摆杆245的动力端242时，摆叶机构24以支点241为轴心进行逆时针旋转，此时竖向摆杆244的阻力端243也同步逆时针旋转并推动恒功率阀25；

又如，当反馈杆21向下收缩时，横向摆杆245的动力端242受力减少，摆叶机构24以支点241为轴心进行顺时针旋转，此时竖向摆杆244的阻力端243也同步顺时针旋转并减少对恒功率阀25的推力。

如图3所示，反馈杆21包括杆体211、滚轮212及顶杆213。具体地：

摆叶机构24的底部设有导轨246，滚轮212设于杆体211顶部并可沿导轨246来回移动。需要说明的是，当变量杆11在变量缸13内移动时，反馈杆21可随变量杆11同步移动，此时通过滚轮212可有效辅助反馈杆21的移动，避免反馈杆21与摆叶机构24发生不必要的摩擦；

同时，杆体211内设有中空腔体，顶杆213设于中空腔体内并可沿中空腔体内壁来回移动，所述顶杆213的顶部与所述滚轮212连接以驱动所述摆叶机构24。需要说明的是，顶杆213可在变量柱塞泵1的作用下沿中空腔体内壁来回移动；当顶杆213处于基准位置时，顶杆213通过该滚轮212与摆叶机构24接触但不产生作用力；当变量柱塞泵1中的液压油驱动顶杆213向上移动时，顶杆213通过滚轮212与摆叶机构24产生作用力，以驱动摆叶机构24运动。

进一步，杆体211内的中空腔体通过所述变量杆11与变量柱塞泵1的变量缸13小腔连通。当变量杆11向右移动时，变量缸13内的液压油压力增大，驱动顶杆213向上移动；当变量杆11向左移动时，变量缸13内的液压油压力减小，驱动顶杆213向下移动。

优选地，杆体211的外壁还设有驱动块，杆体211可通过驱动块与比例阀23连接，便于施力。

因此，通过设计结构独特的反馈杆21，可在变量柱塞泵1产生变化时，同时产生水平方向及竖直方向的受力变化，从而分别对比例阀23及恒功率阀25产生机械反馈，实时性强。

如图3所示，比例阀23包括比例阀阀芯231、阀套232、调压弹簧233及比例电磁铁234，比例电磁铁234设于阀套232的末端，比例阀阀芯231设于阀套232内并可沿阀套232内壁来回移动，比例阀阀芯231的一端与反馈弹簧22连接，比例阀阀芯231的另一端与调压弹簧233连接。

随着控制电流的变化，变量柱塞泵1的变量杆11在变量缸13内移动；此时，变量杆11可带动斜盘12的倾角发生变化，并同时带动反馈杆21沿水平方向移动；反馈杆21移动时，使反馈弹簧22伸缩；反馈弹簧22伸缩所产生的弹力与比例电磁铁234的电磁力相平衡，比例阀阀芯231重新平衡，从而实现将斜盘12的倾角状态实时反馈至比例阀23的效果。

进一步，比例阀23还包括反馈弹簧座235及设于阀套232末端内壁的调压弹簧座236；比例阀阀芯231的一端伸出阀套232外并与反馈弹簧座235连接，反馈弹簧22的一端与反馈杆21连接，反馈弹簧22的一端设于反馈弹簧座235上；比例阀阀芯231的另一端伸入调压弹簧座236内，调压弹簧233设于调压弹簧座236内并套设于比例阀阀芯231的外壁上。需要说明的是，通过反馈弹簧座235可实现反馈弹簧22的有效固定。

优选地，比例阀阀芯231的另一端设有轴肩237，调压弹簧233端面与轴肩237接触，并使调压弹簧233套设于比例阀阀芯231的外壁上。需要说明的是，在轴肩237的限位作用下，调压弹簧233无法滑出比例阀阀芯231，从而保证了比例阀阀芯231的受力需求。

结合图1及图3所示，假设变量柱塞泵1工作压力或外部控制压力>30bar，变量柱塞泵1的斜盘12的初始角度为零摆角；变量柱塞泵1的排量与比例电磁铁234的电流成比例，比例电磁铁234的电磁力作用在比例阀阀芯231的右端面上，变量缸13的大腔卸载使变量杆11向大排量方向运动；同时，变量杆11通过反馈杆21作用在反馈弹簧22上，使反馈弹簧22压缩，所产生的弹力与比例电磁铁234的电磁力相平衡，比例阀23芯重新平衡；相应地，排量减小工作过程与增加相反。

因此，在变量杆11、反馈杆21、反馈弹簧22、比例阀阀芯231、阀套232、调压弹簧233及比例电磁铁234的联动作用下，可有效地将倾角状态反馈至比例阀23。

如图3所示，恒功率阀25包括功率阀阀芯251、调节弹簧252及调节螺杆253，功率阀阀芯251的一端与摆叶机构24连接，功率阀阀芯251的另一端通过调节弹簧252与调节螺杆253连接。

随着控制电流的变化，变量柱塞泵1的变量杆11在变量缸13内移动；此时，变量杆11可带动斜盘12的倾角发生变化，同时，变量缸13内的液压油驱动反馈杆21沿竖直方向伸缩；反馈杆21伸缩时，可对摆叶机构24产生作用力，并将对应的作用力传输至功率阀阀芯251；再由功率阀阀芯251驱动调节弹簧252，最后通过调节弹簧252将作用力传输至调节螺杆253，从而实现将斜盘12的倾角状态实时反馈至恒功率阀25的效果。

进一步，恒功率阀25还包括密封螺母254、可调螺栓丝堵255及弹簧座256，密封螺母254及可调螺栓丝堵255将调节弹簧252及调节螺杆253进行密封固定，所述调节弹簧252通过弹簧座256与功率阀阀芯251连接。

结合图1-3所示，摆叶机构24为杠杆结构，变量柱塞泵1的工作压力可通过反馈杆21作用到摆叶机构24上，当功率阀阀芯251处于平衡位置时，PAa＝Fb，其中，PAa为力矩，Fb为力矩。同时，本发明采用恒功率阀25，当变量柱塞泵1输出功率达到功率阀设定值时，即PAa>Fb，功率阀阀芯251左移，功率阀阀芯251右位工作，排量减小，从而使变量柱塞泵1实现恒扭矩输出；相应地，排量增加工作过程与减小相反。

因此，在变量杆11、反馈杆21、反馈弹簧22、摆叶机构24、功率阀阀芯251、调节弹簧252及调节螺杆253的联动作用下，可有效地将倾角状态反馈至恒功率阀25。

进一步，可将反馈杆21、反馈弹簧22、比例阀23、摆叶机构24及恒功率阀25通过阀壳26进行封装以形成一体化的控制机构。

由上可知，本发明通过纯机械反馈，不需要设置位置传感器及比例阀23控制器，从而极大的降低了成本，且维护简单。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于变量柱塞泵的控制机构，其特征在于，包括反馈杆、反馈弹簧、比例阀、摆叶机构及恒功率阀；

所述反馈杆的一端通过变量柱塞泵的变量杆与所述变量柱塞泵的斜盘连接，以检测所述斜盘的倾角状态；

所述反馈杆的另一端通过所述反馈弹簧与所述比例阀连接，以将所述倾角状态反馈至所述比例阀；

所述反馈杆的另一端还通过所述摆叶机构与所述恒功率阀连接，以将所述倾角状态反馈至所述恒功率阀。

2.如权利要求1所述的基于变量柱塞泵的控制机构，其特征在于，所述摆叶机构上设有支点、动力端及阻力端，所述动力端与所述反馈杆连接，所述阻力端与所述恒功率阀连接；

所述动力端在所述反馈杆的作用下，带动所述摆叶机构以所述支点为轴心进行旋转，以使所述阻力端驱动所述恒功率阀。

3.如权利要求2所述的基于变量柱塞泵的控制机构，其特征在于，所述摆叶机构包括竖向摆杆及横向摆杆，所述竖向摆杆的一端与横向摆杆的一端相互连接以形成“L”型结构；

所述竖向摆杆与横向摆杆的连接处为所述支点，所述竖向摆杆的另一端为阻力端并与所述恒功率阀连接，所述横向摆杆的另一端为动力端并与所述反馈杆连接，所述竖向摆杆及横向摆杆在所述反馈杆的作用下以所述支点为轴心进行旋转。

4.如权利要求1所述的基于变量柱塞泵的控制机构，其特征在于，所述反馈杆包括杆体、滚轮及顶杆；

所述摆叶机构的底部设有导轨，所述滚轮设于所述杆体顶部并可沿所述导轨来回移动；

所述杆体内设有中空腔体，所述顶杆设于所述中空腔体内并可沿所述中空腔体内壁来回移动，所述顶杆的顶部与所述滚轮连接以驱动所述摆叶机构；

5.如权利要求4所述的基于变量柱塞泵的控制机构，其特征在于，所述中空腔体通过所述变量杆与所述变量柱塞泵的变量缸小腔连通。

6.如权利要求4所述的基于变量柱塞泵的控制机构，其特征在于，所述杆体的外壁设有驱动块，所述杆体通过所述驱动块与所述比例阀连接。

7.如权利要求1所述的基于变量柱塞泵的控制机构，其特征在于，所述比例阀包括比例阀阀芯、阀套、调压弹簧及比例电磁铁，所述比例电磁铁设于所述阀套的末端，所述比例阀阀芯设于所述阀套内并可沿所述阀套内壁来回移动，所述比例阀阀芯的一端与所述反馈弹簧连接，所述比例阀阀芯的另一端与所述调压弹簧连接。

8.如权利要求7所述的基于变量柱塞泵的控制机构，其特征在于，所述比例阀还包括反馈弹簧座及设于所述阀套末端内壁的调压弹簧座；

所述比例阀阀芯的一端伸出所述阀套外并与所述反馈弹簧座连接，所述反馈弹簧的一端与所述反馈杆连接，所述反馈弹簧的一端设于所述反馈弹簧座上；

所述比例阀阀芯的另一端伸入所述调压弹簧座内，所述调压弹簧设于所述调压弹簧座内并套设于所述比例阀阀芯的外壁上。

9.如权利要求8所述的基于变量柱塞泵的控制机构，其特征在于，所述比例阀阀芯的另一端设有轴肩，所述调压弹簧端面与所述轴肩接触。

10.如权利要求1所述的基于变量柱塞泵的控制机构，其特征在于，所述恒功率阀包括功率阀阀芯、调节弹簧及调节螺杆，所述功率阀阀芯的一端与所述摆叶机构连接，所述功率阀阀芯的另一端通过所述调节弹簧与所述调节螺杆连接。

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