反置阀芯阀套阀配流的伺服泵

摘要

本发明提供了一种反置阀芯阀套阀配流的伺服泵，包括至少一个泵单元，泵单元包括泵壳，泵壳内具有两个贯通泵壳的安装腔，泵壳上固定连接有封闭安装腔开口的端盖，安装腔内安装有直线电机，直线电机包括与安装腔固定配合的定子，定子内滑动连接有动子，动子具有安装通孔，安装通孔的中部设置有定位凸起，安装通孔内设置有阀芯，阀芯与端盖固定连接，阀芯与定位凸起之间夹装有弹簧。本发明具有高动态的流量调节能力，更能适应泵控系统需求；与采用单向阀配流的往复泵相比，泵的泵油方向可以主动调节。

说明书

技术领域

本发明涉及液压传动技术领域，尤其涉及一种反置阀芯阀套阀配流 的伺服泵。

背景技术

液压技术是现代工程机械技术领域内重要的技术之一，液压泵是液 压系统中完成机械能到液压能转换的元件，现有液压泵主要包括柱塞 泵、叶片泵、齿轮泵等形式。上述传统的液压泵主要应用于开式液压系 统，其特点是不管负载的需求如何，泵和电机组一直高速运转完成电能 到液压能的转换，通过蓄能器和溢流阀维持系统压力的稳定，给末端的 伺服阀或比例阀提供充足的液压功率，这种系统的功率损失严重，整体 效率低。伴随着对高能源效率、低重量体积、模块化设计、机电一体化 等方向需求的发展，容积控制液压系统是一个发展方向，一种典型应用 就是航空航天领域的电静液作动器。

传统的纯机械结构液压泵在持续稳定的机械能到液压能转换需求 下是一种很好的技术路径，但容积控制液压系统中液压泵不仅实现机械 功率到液压功率的转换，还要完成对后端作动器液压功率的控制，由于 其旋转轴系惯量大，配流结构固定，无法实现对后端负载压力与流量的 高动态调控，因此旋转电机驱动旋转液压泵的这种系统架构在泵控系统 的高动态需求下发展潜力有限。以应用最为广泛的斜盘式轴向柱塞泵为 例，柱塞在公转圆上的运动通过斜盘倾角得到柱塞的往复运动，从而实 现柱塞吸排油容腔体积的周期性变化，通过配流盘的吸油口与排油口实 现对泵的油液流动方向的限定。其存在的缺陷是需要通过复杂的机构将 柱塞在公转圆上的旋转运动转换为往复运动，由此造成柱塞泵的内部传 动环节及摩擦副多。对于泵控液压系统的应用需求，柱塞泵需要改变转 动部件的旋转方向来改变油液的流向，或者动态调节斜盘倾角来改变油 液的流向，结构的复杂性造成旋转运动部件的转动惯量大，这样其对系 统流量和压力的动态调节能力有限，不能满足泵控系统的高动态需求。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些 方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。 它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的 范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的 更详细描述的前序。

本发明的目的是提供一种反置阀芯阀套阀配流的伺服泵。

本发明提供了一种反置阀芯阀套阀配流的伺服泵，包括至少一个 泵单元，泵单元包括泵壳，泵壳内具有两个贯通泵壳的安装腔，泵壳 上固定连接有封闭安装腔开口的端盖，安装腔内安装有直线电机，直 线电机包括与安装腔固定配合的定子，定子内滑动连接有动子，动子 具有安装通孔，安装通孔的中部设置有定位凸起，安装通孔内设置有 阀芯，阀芯与端盖固定连接，阀芯与定位凸起之间夹装有弹簧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的双蝶形协同配流泵包括至少一个泵单元，加工及 装配工艺性好；

2、吸排油部件由直线电机动子直接驱动，与传统的斜盘柱塞泵相 比不需要通过缸体、滑靴、斜盘等部件得到柱塞的往复运动，减少了 摩擦副对数，并且没有斜盘倾斜角度带来的侧向力问题，摩擦损耗更 小；

3、直线电机动子为空心轴，其套在轴状的配流阀静止部件外面， 构成一种运动部件在外、静止部件在内的反置阀芯阀套新结构阀，这 种结构能有效减小本发明的轴向尺寸，简化机械结构，提高其可靠性 和功率重量比；

4、通过调节直线电机动子的往复运动幅值、频率和两个单元运动 函数的相位差，可以调节泵的流量大小及方向。

因此本发明具有高动态的流量调节能力，更能适应泵控系统需 求；与采用单向阀配流的往复泵相比，泵的泵油方向可以主动调节， 而单向阀配流的往复泵一旦安装完成，泵的流量方向也就固定，也就 是说本发明提供的是一种双向泵。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将 对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见 地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技 术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得 其他的附图。

图1为本发明实施例提供的反置阀芯阀套阀配流的伺服泵立体图。

图2为本发明实施例提供的反置阀芯阀套阀配流的伺服泵的结构 图。

图3为本发明实施例提供的反置阀芯阀套阀配流的伺服泵的半机 械原理图。

图4为本发明实施例提供的反置阀芯阀套配流阀的局部结构图。

图5为本发明实施例提供的一模块与二模块运动相位差为π/2时的 流量曲线图。

图6为本发明实施例提供的一模块与二模块运动相位差为-π/2时 的流量曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合 本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的 实施例。

图1是本发明实施例提供的反置阀芯阀套阀配流的伺服泵的立体 图。图2是本发明实施例提供的反置阀芯阀套阀配流的伺服泵的结构 图，如图2所示，本发明提供了一种反置阀芯阀套阀配流的伺服泵，包 括至少一个泵单元，泵单元包括泵壳1，泵壳1内具有两个贯通泵壳1 的安装腔，泵壳1上固定连接有封闭安装腔开口的端盖2，安装腔内安 装有直线电机3，直线电机3包括与安装腔固定配合的定子，定子内滑 动连接有动子31，动子31具有安装通孔，安装通孔的中部设置有定位 凸起4，安装通孔内设置有阀芯5，阀芯5与端盖2固定连接，阀芯5 与定位凸起4之间夹装有弹簧6。

直线电机3的动子31为空心轴，动子31套在轴状的阀芯5外侧， 构成一种运动部件在外、静止部件在内的反置阀芯阀套新结构阀。

进一步地，阀芯5与动子31之间设置有用于测量动子31运动量的 位移传感器7。位移传感器7便于测量动子31往复运动的幅值。

进一步地，阀芯5朝向所述凸起的一端设置有凹槽，位移传感器7 的外壳固定于凹槽内，位移传感器7的伸缩杆固定于凸起处。

进一步地，安装通孔的端部固定连接有阀套，阀套的一端设置有 向内缩小的阶梯过渡段，阀套的侧壁上设置有连接孔，阀芯5与阀套 滑动配合，且阀芯5的端部具有与阶梯过渡段吻合配合的轴端，阀芯5 的中部设置有三个环形油槽，连接孔用于选择性连通两相邻的环形油 槽，轴端及所述环形油槽内均设置有相互独立的油孔。

进一步地，端盖2上设置有与油孔相连通的连接孔。

进一步地，动子31通过直线轴承32滑动安装于定子内。直线轴承 32的安装便于配合动子31的稳定工作。

进一步地，动子31的外周面与定子内壁之间设置有滑动间隙。具 体地，在动子31的外周面与定子之间设置的滑动间隙方便直线轴承滑 动安装在直线电机3的定子内，有利于动子31的工作。

直线电机动子31为空心轴结构，将其套在轴状阀芯的外面，构成 一种运动部件在外、静止部件在内的反置阀芯阀套的新结构阀，以这种 结构的阀作为配流阀，能有效减小本发明的轴向尺寸，简化机械结构， 提高其可靠性和功率重量比。

图3是本发明提供的反置阀芯阀套阀配流的伺服泵的半机械原理 图。如图3所示，为了对反置阀芯阀套配流阀的原理做更明晰的阐述， 做如下符号定义：配流阀包括两个阀模块，分别为一模块、二模块，一 模块11左边吸排油柱塞的吸排油容腔油口符号定义为Ac₁；一模块11 左边配流阀为两位三通阀，油口分别定义为T₁、A₁、P₁；一模块11右 边吸排油柱塞的吸排油容腔油口符号定义为Bc₁；一模块11右边配流阀 为两位三通阀，油口分别定义为C₁、B₁、D₁；二模块12左边吸排油柱 塞的吸排油容腔油口符号定义为Ac₂；二模块12左边配流阀为两位三 通阀，油口分别定义为T₂、A₂、P₂；二模块12右边吸排油柱塞的吸排 油容腔油口符号定义为Bc₂；二模块12右边配流阀为两位三通阀，油口 分别定义为C₂、B₂、D₂。

双蝶形配流阀块内部的连通方式是将一模块11吸排油容腔油口 Ac₁和Bc₁分别与二模块12配流阀的A2和B2口相连，二模块12吸排 油容腔油口Ac2和Bc2分别与一模块11配流阀的A₁和B₁口相连，一 模块11配流阀的T₁口与二模块12配流阀的P₂口相连，一模块11配流 阀的P₁口与二模块12配流阀的T₂口相连，一模块11配流阀的C₁口与 二模块12配流阀的D₂口相连，一模块11配流阀的D₁口与二模块12 配流阀的C₂口相连，并且在配流阀块内部将一模块11配流阀的P₁口 与C₁口相连，引出泵的对外油口X；将二模块12配流阀的P₂口与C₂口相连，引出泵的对外油口Y；X口和Y口就是泵的工作进出油口。

完成了符号定义及配流油路的描述，下文将用数学语言的描述泵的 工作原理。泵的两个单元电机动子驱动两端的吸排油柱塞和配流阀做往 复运动，二者的运动需要保证一定的相位差，相位差不同，泵的流量曲 线不同。定义泵X口的流量为Q_X，定义泵Y口的流量为Q_Y，流量方向 均为流出油口为正，流入油口为负，定义图2中向右为位移正方向，当 配流阀处于中位时位移为零，定义一模块11的电机动子及柱塞位移为 x₁，运动速度为v₁，定义二模块12的电机动子及柱塞位移为x₂，运动 速度为v₂。定义吸排油柱塞的作用面积为A_p。

定义符号函数sign(x)为

$\mathrm{sign}\left(x\right)=\left(\begin{array}{c}-1,x<0\\ 0,x=0\\ 1,x>0\end{array}\right)$

两个直线电机动子均做往复运动，已经定义了图3中位移向右为正 方向，位移原点为配流阀的中位，针对位移取值的正负，则其运动状态 具有如下四种工况：(1)x₁＞0且x₂＞0；(2)x₁＞0且x₂＜0；(3)x₁＜0 且x₂＜0；(4)x₁＜0且x₂＞0。不讨论x₁＝0或x₂＝0，是因为此时配流阀 关断，相对于4个状态的时间长度，这只是各个状态的切换时刻，与轴 向柱塞泵的柱塞容腔闭死的时刻相似，不影响泵的工作原理阐述。下面 分四种工况说明，得到泵的几何流量函数。

当x₁＞0且x₂＞0时，一模块11左边配流阀内部A₁与P₁连通，一模 块11右边配流阀内部B₁与D₁连通，二模块12左边配流阀内部A₂与 P₂连通，二模块12右边配流阀内部B₂与D₂连通。吸排油容腔经配流 阀连接至对外油口X的连通方式为： Ac₂—A₁—P₁—X—C₁—D₂—B₂—Bc₁，此时Ac₂与Bc₁作用于泵的X口， X口的流量为A_pv₁-A_pv₂；吸排油容腔经配流阀连接至对外油口Y的连通 方式为：Ac₁—A₂—P₂—Y—C₂—Ac₁—A₂—P₂—Y—C₂—D₁—B₁—Bc₂， 此时Ac₁与Bc₂作用于泵的Y口，Y口的流量为-A_pv₁+A_pv₂。

当x₁＞0且x₂＜0时，一模块11左边配流阀内部A₁与P₁连通，一模 块11右边配流阀内部B₁与D₁连通，二模块12左边配流阀内部A₂与 T₂连通，二模块12右边配流阀内部B₂与C₂连通。吸排油容腔经配流 阀连接至对外油口X的连通方式为： Ac₁—A₂—T₂—P₁—X—P₁—A₁—Ac₂，此时Ac1与Ac2作用于泵的X口， 泵X口的流量为-A_pv₁-A_pv₂；吸排油容腔经配流阀连接至对外油口Y的 连通方式为：Bc₁—B₂—C₂—Y—C₂—D₁—B₁—Bc₂，此时Bc₁与Bc₂作 用于泵的Y口，Y口的流量为A_pv₁+A_pv₂。

当x₁＜0且x₂＜0时，一模块11左边配流阀内部A₁与T₁连通，一模 块11右边配流阀内部B₁与C₁连通，二模块12左边配流阀内部A₂与 T₂连通，二模块12右边配流阀内部B₂与C₂连通。吸排油容腔经配流 阀连接至对外油口X的连通方式为： Ac₁—A₂—T₂—P₁—X—C₁—B₁—Bc₂，此时Ac1与Bc2作用于泵的X口， 泵X口的流量为-A_pv₁+A_pv₂；吸排油容腔经配流阀连接至对外油口Y的 连通方式为：Ac₂—A₁—T₁—P₂—Y—C₂—B₂—Bc₁，此时Ac₂与Bc₁作 用于泵的Y口，Y口的流量为A_pv₁-A_pv₂。

当x₁＜0且x₂＞0时，一模块11左边配流阀内部A₁与T₁连通，一模 块11右边配流阀内部B₁与C₁连通，二模块12左边配流阀内部A₂与 P₂连通，二模块12右边配流阀内部B₂与D₂连通。吸排油容腔经配流 阀连接至对外油口X的连通方式为： Bc₁—B₂—D₂—C₁—X—C₁—B₁—Bc₂，此时Bc₁与Bc₂作用于泵的X口， 泵X口的流量为A_pv₁+A_pv₂；吸排油容腔经配流阀连接至对外油口Y的 连通方式为：Ac₁—A₂—P₂—Y—P₂—T₁—A₁—Ac₂，此时Ac₁与Ac₂作 用于泵的Y口，Y口的流量为-A_pv₁-A_pv₂。

动子往复运动的一个周期内包含上述四种工况，结合已经定义的符 号函数sign(x)，得到双蝶形协同配流泵X口与Y口几何流量的数学描述 为：

Q_X＝sign(x₂)·A_pv₁-sign(x₁)·A_pv₂

Q_Y＝-sign(x₂)·A_pv₁+sign(x₁)·A_pv₂

从数学描述可以看出Y口流量与X口流量大小相等，方向相反。

若两个单元动子做正弦往复运动，相位差为π/2，定义正弦运动幅 值为±S_p，角频率为ω，则运动函数的数学描述为

$\left(\begin{array}{c}{x}_1=S_p\sin \left(\mathrm{\omega t}\right)\\ x_2=S_p\sin (\mathrm{\omega t}+\pi /2)\end{array}\right),$即$\left(\begin{array}{c}{x}_1=S_p\sin \left(\mathrm{\omega t}\right)\\ x_2=S_p\cos \left(\mathrm{\omega t}\right)\end{array}\right)$

则运动速度为

$\left(\begin{array}{c}{v}_1={\mathrm{\omega S}}_p\cos \left(\mathrm{\omega t}\right)\\ v_2=-{\mathrm{\omega S}}_p\sin \left(\mathrm{\omega t}\right)\end{array}\right)$

将运动函数公式代入泵的流量公式，得到泵X口与Y口流量的数 学描述为

Q_X＝sign[S_pcos(ωt)]·ωA_pS_pcos(ωt)+sign[S_psin(ωt)]·ωA_pS_psin(ωt)

Q_Y＝-sign[S_pcos(ωt)]·ωA_pS_pcos(ωt)-sign[S_psin(ωt)]·ωA_pS_psin(ωt)

图4是本发明实施例提供的反置阀芯阀套新结构阀的结构图,其具 体结构如图4所示，电机动子31做往复运动，内圆柱面上开有矩形孔， 作为配流阀的连通窗口。阀芯5是静止部件，具有4个工作油口，其中 单元吸排油口51为吸排油活塞的对外油口，对应于图3中Ac₁、Ac₂、 Bc₁、Bc₂油口；单元配流阀左位油口52，对应于图2中T₁、T₂、D₁、 D₂油口；单元配流阀常通油口53，对应于图2中A₁、A₂、B₁、B₂油口； 单元配流阀右位油口54，对应于图2中P₁、P₂、C₁、C₂油口。

图5为本发明实施例提供的一模块与二模块运动相位差为π/2时的 流量曲线图，反置芯阀芯套的阀配流的伺服泵的两个模块的相位差为 π/2时动子位移、动子速度、泵X口流量及泵Y口流量的曲线如图5 所示，Y口的流进油量与X口的流出油量相同，一模块11的柱塞速度 的相位滞后二模块12的柱塞速度的相位π/2，而一模块11的柱塞位移 的相位滞后二模块12的柱塞速度位移的相位π/2。

图6为本发明实施例提供的一模块与二模块运动相位差为-π/2时 的流量曲线图，反置芯阀芯套的阀配流的伺服泵两个模块的相位差为 -π/2时动子位移、动子速度、泵X口流量及泵Y口流量的曲线图如图 6所示，Y口的流出油量与X口的流入油量相同，一模块11的柱塞速 度的相位超前二模块12的柱塞速度的相位π/2，而一模块11的柱塞位 移的相位超前二模块12的柱塞速度位移的相位π/2。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是 应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的 情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于 说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域 内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使 用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相 同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。 因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手 段、方法或者步骤。