[发明专利]一种基于动力耦合作动阀的新型数字配流机构

说明书

本发明公开了属于液体变容式机械领域的一种基于动力耦合作动阀的新型数字配流机构；其中每个动力耦合作动器外均固接有两个阀组和柱塞腔配流块，两个阀组和柱塞腔配流块并排安装在动力耦合作动器阀体侧外，柱塞腔配流块位于两个阀组之间，且柱塞腔配流块的三个出口分别与两个阀组中部以及活塞腔相连；穿过动力耦合作动器且与动力耦合作动器中作动器壳体转动连接的传动轴的一端与驱动设备相连。本发明中两组励磁单元设置于驱动转盘的两侧，可实现对一对开关阀的驱动，恰好配合柱塞腔配流块形成一个数字配流单元，并可以利用驱动轴串接多阀紧凑叠加的阀组结构，理想地适配数字排量泵的多柱塞配流单元。

技术领域

本发明属于液体变容式机械技术领域，具体为一种基于动力耦合作动阀的新型数字配流机构。

背景技术

在变量柱塞泵领域，传统的斜盘式或斜轴式柱塞泵通过改变斜盘或斜轴倾角改变排量，从而大幅减少节流损失，但这种变量泵在工作过程中，柱塞与腔内壁具有间隙造成能量损失，配流阀盘与圆柱泵体间也因流体剪切与泄露存在额外的能量消耗，另外柱塞腔内存在无法工作的死区容积，上述因素导致传统柱塞变量泵的能量效率随着排量的减小而显著降低。基于模拟量控制方式的传统柱塞泵对工作环境比较敏感，其工作性能容易受到温度、压强等环境条件的影响，其高可靠性对制造技术提出了苛刻的要求。例如传统的高性能变量柱塞泵和伺服阀就具有很高的制造技术门槛，而我国许多具有战略意义的整机装备中的这些核心液压元件现今仍依赖进口，处于被卡脖子的状态。继续通过提高我国的液压元件制造技术水平，自然是改变上述现状的一种方式，但通过开发新型的、节能可靠的数字液压元件，突破传统模拟量液压技术发展的内卷，则是意义更为深远的解决方式。本发明提出的新型数字排量泵则是解决上述问题有效手段。

在现有所使用的使用数字变排量技术的数字泵中，数字排量泵仅在所采用的电磁开关阀组仅能在阀口压差较小情况下完成阀的主动驱动，供油端的开关阀更多情况下类似于单向止回阀，利用柱塞运动变化产生的阀口压差被动地控制阀的开关，这导致其较难应对压差较大的回路或者液压马达工作模式，限制了应用范围。

同时美国普渡大学的Holland和Merrill合作开发了一种轴向行列式的三柱塞数字排量泵，利用商用电磁开关阀组完成了数字泵和数字马达模式的单元配流，其在超过50％排量时能量效率达到85％。上海交通大学的齐礼东和施光林等针对随机低转速工况，开发了径向式五柱塞数字排量泵，他们设计了基于电磁开关阀组的数字配流机构,针对径向柱塞泵的运动规律，并结合静动态数学建模仿真给出了该泵流量的具体控制方法。

但由于目前的数字排量技术依赖于主动控制高速开关阀组，但现有电磁开关阀本身的性能却限制了数字排量泵的发展。当高速开关阀的切换时间不超过5ms且额定流量超过90L/min，数字排量泵才能发挥明显的能效优势，而无论是普渡大学轴向行列式三柱塞数字排量泵还是上海交通大学的径向式五柱塞数字排量泵，均采用了商用电磁阀，且开关响应时间分别为50ms和25ms，同时额定流量均不超过40L/min，限制了原型样机的性能。同时，为了应对更复杂的压差环境(高压差，或作为液压马达)，数字排量泵要求提供给高速开关阀驱动力更大。国内外学者们为提高高速开关阀综合性能也进行了诸多探索，其他常规的高速开关阀的性能虽然较商用电磁阀有了显著的提高，但缺乏适用于数字排量泵工况的针对性设计，与理想的高速开关阀仍有差距。另外，由于数字排量泵需要多个高速开关阀组，在保证高速开关阀具有良好的综合性能的同时，如何使其设计结构更易于适配数字排量泵同样是一个亟待解决的问题。

动力耦合作动器的原理是在作旋转运动能量源和作线性运动的阀芯之间构建基于磁流变液剪切模式的动力耦合装置，通过控制耦合的建立与解除来驱动一对高速开关阀，因此急需一种基于动力耦合作动器的数字配流单元结构的数字排量机构，用到的磁流变液动力耦合具有快速且无机械磨损的特点，能有效减少数字排量泵的开关阀组高频地工作时产生的磨损与疲劳失效。

发明内容