[发明专利]一种电控变量柱塞泵及其泵控液压系统

说明书

技术领域

液压系统是一种流体动力传输系统，广泛应用于工业领域的各个方面，而液压系统的动力装置是其关键组成部分，很大程度上决定了系统的静、动态特性。本发明正是针对液压系统的动力装置提出了一种新型的变量泵，以及应用这种泵的泵控系统，特别是一种电控变量柱塞泵及其泵控系统。

背景技术

现有的液压系统中的动力装置主要是液压泵，它是由原动机驱动的，将输入的电能或机械能转换为液压能，以压力和流量的形式输送到系统中去。液压泵一般由(旋转)电动机带动，也有用其他动力机械(柴油机、汽油机、燃气机、蒸汽机等)带动的。液压泵按主要运动部件的形状和运动方式可分为：齿轮式、叶片式、螺杆式、径向柱塞式、轴向柱塞式等。按工作容腔周期性变化而吸入和排出的液体容积是否恒定，又可分为定量泵和变量泵。恒压变量泵的压力在全部流量范围内几乎是保持恒定的，其压力设定也是按系统工作工况的最高压力点设计的，实际系统的功率浪费较大。

现有的柱塞泵的柱塞在缸体柱塞孔中作往复运动时，由柱塞与缸体上的柱塞孔组成的密闭工作容腔发生容积变化而实现吸、排油过程。根据柱塞和柱塞孔在缸体中的不同排列形式，柱塞泵分为径向式和轴向式两大类。轴向柱塞泵因柱塞的轴线与缸体的轴线平行，通常安放在缸体上的柱塞孔为5～11个(柱塞泵采用奇数柱塞以减少压力脉动)，且一周均匀分布。有阀式配流、端面配流、轴配流方式，端面配流的斜盘泵和斜轴泵是目前使用最广泛的柱塞泵。液压系统中也常常将电机和泵组装在一起构成油泵电机组。

采用变量泵调节流量具有一定的节能效果，近年来使用越来越广泛。实现调节参数变化的机构称为变量机构，根据变量机构操纵力的形式，可分为手动、机动、电动、液控和电液控制等形式，按调节方式区分有压力控制、流量控制、功率控制等方式，本质都是改变液压泵的排量来实现变量，减少多余流量。

现有的液压系统的调速一般有节流调速、容积调速和联合调速。节流调速回路是采用定量泵、流量阀、溢流阀和执行元件等组成的调速回路，通过调节流量阀改变进入或流出执行元件的流量来达到调速的目的，缺点是流体介质通过节流口时，能量损失大、效率低、发热量大。容积调速回路是通过改变液压泵或液压马达的排量来调节执行元件运动速度的回路，该回路中液压泵输出流量与负载流量相适应，没有溢流损失和节流损失，有定量泵变量马达、变量泵一定量马达、变量泵-变量马达三种，缺点是结构局限，响应慢，动态特性不理想。

上述液压传动系统的基本知识可以参考教材《液压元件与系统》(李壮云主编，机械工业出版社，2005年8月第2版，书号：ISBN 7-111-06871-8)，也可参考其他教材，以及各期《机床与液压》(CN44-1259/TH)的中文杂志。

近年来，随着电气元器件的快速发展，电机的变频调速技术也在液压调速系统中有所体现，产生了诸如变频调速变量系统。通过变频调速手段实时改变电机的转速，从而改变液压泵的流量输出，达到调速的目的。缺点是频响不高，动态特性不理想。

常规液压系统都是由动力装置(液压泵)、控制元件(液压阀)、执行元件(液压缸、液压马达)、负载对象、管路和辅助元件等组成，液压伺服系统还要有专门的控制器、传感系统等组件。

由于负载和外扰动的存在，液压系统动力装置在实际工况下提供的瞬时流量，总是不可能与需要的流量完全匹配，从而产生了多余流量。多余流量为正，则要通过溢流或泄漏来消耗掉；多余流量为负，则要加大动力装置的流量输出或加大阀的开口去满足负载的要求。理想的情况就是需要多少流量，动力装置就提供多少流量，并且是及时的提供才能不形成多余流量。液压系统的效率低，能耗大，发热多等问题，本质上是多余流量造成的，不需要的流量必需排出去，造成泄漏损失和溢流损失，需要的流量得不到满足时(多余流量为负)，会造成负载驱动力不足，功率下降，还可能产生气蚀。

现有的变量柱塞泵、变量叶片泵或其他变量泵的泵控系统，都是依靠变量机构来反应系统的流量需求的瞬时变化，做到快速反应是很困难的，前述的变频调速变量系统也同样反应较慢。

另外，液压系统绝大部分都是节流控制，流量和压力的减少要通过节流口的减小来实现，节流损失巨大，都转化为热量了。而容积调速、变频调速都由于泵的变量机构和变频电机本身的频响低、反应慢，造成较多的瞬时多余流量，动态性能的提高也受到限制。

本发明正是针对常规液压系统存在的问题，提出一种新型的电控变量柱塞泵以及相应的泵控系统，实现较快响应系统压力、流量等信息的变化，减少系统多余流量，同时能实现非节流控制，从而整体提高液压系统效率，减少能耗，同时能有助于系统的动态性能的改善。