一种数字式径向柱塞变量泵

摘要

本发明公开了数字式径向柱塞变量泵。亟需设计易于控制的数字式径向柱塞变量泵。本发明的中心转轴驱动偏心传动件；柱塞杆压紧偏心传动件；前盖板和后盖板均支承在中心转轴上，且均与柱塞缸固定；前盖板开有与柱塞缸出油口连通的单向通道；泵罩两端分别与前盖板和后盖固定；后盖开有进油口；高速电磁阀的滑阀一端与衔铁焊接，另一端与柱塞缸的柱塞腔构成滑动副；滑阀开设有溢流通道，可将柱塞缸的柱塞腔与柱塞缸的所有溢流孔连通；闭合弹簧的两端分别与滑阀端面和柱塞缸柱塞腔内的限位阶梯面接触；高速电磁阀的安装座与柱塞缸的沉孔通过螺纹连接。本发明只需调节高速电磁阀的开关频率便可实现泵输出排量的数字化控制。

说明书

技术领域

本发明属于液压技术领域，涉及一种径向柱塞泵，具体涉及一种可通过电 脉冲信号频率控制实现流量精细调节的数字式径向柱塞变量泵。

背景技术

径向柱塞泵在液压领域有着广泛的应用。因为这种柱塞泵不仅结构简单、 成本低廉，而且抗污染能力强，即使在恶劣的环境下也可以稳定的工作很长 时间。现有的径向柱塞泵一般都是在进出油口设置单向阀，由于进出油口单 向阀并未同时开启，便形成了密封油腔。同时密封油腔内的柱塞组件沿其轴 线做往复运动，密封油腔的容积便会产生周而复始的大小变化，从而达到吸 油和排油的目的。同时径向柱塞泵为了实现输出排量大小的调节，在上述结 构基础上加入了变量机构，这些变量机构主要用来改变柱塞组件的运动行程 或者运动规律。这种变量式径向柱塞泵的缺点在于变量机构复杂而且可靠性 差，导致其单位功率的重量和体积较大。

为了实现径向柱塞泵输出排量的可调节性，国内外许多专家对于变量机构 做了大量研究，例如授权公告号为CN104819115A的变量柱塞泵是利用步进 电机驱动变量机构改变转子的偏心距从而改变柱塞组件的运动行程，这种变 量泵缺点已在上文提及，且机械传动时会存在非线性因素对系统输出产生干 扰。又如授权公告号为CN104929885A的变量泵，利用两个高速开关阀进行 配流，通过在排液过程中延迟关闭进油口高速开关阀的关闭实现泵排量的改 变。该发明将高速开关阀安装在泵体内，整个泵体体积较大，故只在一定程 度上简化了机构。在排量的调节机制上既要考虑高速开关阀的开关频率，同 时又有延时时间，故其控制策略较为冗杂。不仅如此，其进油口单向阀经常 要处于反向开启的状态，这对设计工作提出了很高的要求。总而言之，这些 研究效果有限，反而会使得制造成本增高，技术经济指标不合理，故这些变 量机构的应用未能得到推广。因此，如何设计一种结构简单有效且易于控制 的数字式径向柱塞变量泵是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明针对现有变量式径向柱塞泵变量机构复杂，且排量调节机制繁琐的 不足，提供了一种可通过电脉冲信号调节排量的数字式径向柱塞变量泵。本 发明是一种利用高速开关阀实现排量脉宽调制的变量泵；是一种可通过改变 多个高速开关阀控制信号脉冲频率来调整输出排量的径向柱塞泵；是一种可 根据液压回路负载需求，实时匹配调整泵输出功率的节能型柱塞变量泵。

本发明包括转轴组件、柱塞组件、前盖板、后盖板、后盖、泵罩和变量机 构；所述的转轴组件包括中心转轴和偏心传动件；中心转轴输入动力，并驱 动偏心传动件偏心转动。

所述的柱塞组件包括柱塞杆、复位弹簧、柱塞缸和单向阀；所述的柱塞杆 与柱塞缸的柱塞腔构成滑动副；所述的复位弹簧套置在柱塞杆上，将柱塞杆 贴紧于偏心传动件上；所述柱塞缸的圆筒端端面开有沉孔，沉孔的孔壁设有 内螺纹；柱塞缸的圆筒端开设多个沿周向均布的溢流孔，且圆筒端外圆面设 有外螺纹；所述的溢流孔为径向孔，两端分别开口于圆筒的内外壁；所述柱 塞缸的进油口均安装有单向阀；多个柱塞组件沿着周向均布。

所述的前盖板通过轴承支承在靠近中心转轴的动力输入端处；前盖板的侧 面与柱塞缸的方形筒端侧面贴紧并固定；前盖板在内部开有单向通道，单向 通道的入口与柱塞缸出油口连通；所述的后盖板通过轴承支承在远离中心转 轴的动力输入端处，并与柱塞缸的方形筒端及前盖板固定。所述的泵罩套在 柱塞组件外；泵罩的两端分别与前盖板和后盖固定；所述泵罩在周向上开设 有与柱塞组件数量相等的螺纹孔，与各个柱塞缸圆筒端的外螺纹连接；所述 的后盖开设有进油口。

所述的变量机构包括高速电磁阀和闭合弹簧；每个柱塞组件对应设有一个 变量机构。所述高速电磁阀的滑阀一端与衔铁焊接，另一端与柱塞缸的柱塞 腔构成滑动副，且滑阀位于柱塞缸柱塞腔的一端开设有溢流通道；所述的溢 流通道设有与溢流孔数量相等的溢流出口在周向位置与多个溢流孔一一对 应；溢流通道的溢流入口将柱塞缸的柱塞腔与所有溢流出口连通。所述闭合 弹簧的两端分别与滑阀端面和柱塞缸柱塞腔内的限位阶梯面接触，实现滑阀 的复位。高速电磁阀的安装座与柱塞缸的沉孔通过螺纹连接；滑阀在初始位 置时，柱塞腔处于密闭状态。

所述的偏心传动件包括传动轴承、挡圈和偏心轴套。所述的中心转轴为三 轴段式阶梯轴，两端轴段均开有键槽，外端键槽连接交流电机的输出轴，内 端键槽连接偏心传动件的偏心轴套；所述的偏心轴套外套置有传动轴承，传 动轴承两侧分别安装有一个挡圈，两个挡圈限制传动轴承内、外圈的相对转 动；所述的复位弹簧将柱塞杆贴紧于传动轴承外圈；中心转轴上位于传动轴 承两侧安装有两个支撑轴承，两个支撑轴承分别通过垫圈与对应的挡圈隔开； 所述的前盖板支承在靠近中心转轴动力输入端的支承轴承外圈上，后盖板支 承在另一个支承轴承外圈上；所述中心转轴的内端轴段设有螺纹轴，螺纹轴 与螺母连接，螺母在中心转轴轴向上压紧传动轴承、支撑轴承及挡圈。

所述柱塞缸的一侧开有螺纹孔；后盖板的螺纹孔与柱塞缸侧部的螺纹孔通 过螺钉连接。

所述的前盖板与中心转轴之间设有骨架油封密封件。

所述后盖板的外缘直径比前盖板的外缘直径小2～3mm。

所述的泵罩与前盖板之间设有密封胶带，与后盖之间设有密封圈。

本发明的有益效果：

本发明结合外部高速电磁铁与内部液压泵，只需人为改变高速电磁铁的开 关频率，便可实现柱塞泵从零流量到最大额定流量的输出，即仅调节单个参 数便可实现泵输出排量的数字化控制，且对控制信号跟踪具有高响应速度； 本发明的变量机构结构简单、易于控制。

附图说明

图1为本发明去掉变量机构后的结构剖视图；

图2为本发明中变量机构的安装示意图；

图3为本发明中转轴组件和柱塞组件的传动原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1、2和3所示，一种数字式径向柱塞变量泵，包括转轴组件1、柱塞组 件2、前盖板3、后盖板5、后盖6、泵罩7和变量机构8。

转轴组件1包括中心转轴1-1、螺母1-3、支撑轴承1-6和偏心传动件；偏心 传动件包括传动轴承1-2、挡圈1-4和偏心轴套1-5。中心转轴1-1为三轴段式 阶梯轴，两端轴段均开有键槽，外端键槽用于连接交流电机的输出轴，作为 整个转轴组件旋转的动力源，内端键槽则用于连接偏心传动件的偏心轴套 1-5；偏心轴套外套置有传动轴承1-2，传动轴承1-2两侧分别安装有一个挡圈 1-4，两个挡圈1-4限制传动轴承1-2内、外圈的相对转动。中心转轴1-1上位 于传动轴承1-2两侧安装有两个支撑轴承1-6，两个支撑轴承1-6分别通过垫圈 与对应的挡圈1-4隔开。中心转轴1-1的内端轴段设有螺纹轴，螺纹轴与螺母 1-3连接，螺母1-3在中心转轴1-1轴向上压紧传动轴承1-2、支撑轴承1-6及挡 圈1-4。由于传动轴承1-2相对于中心转轴1-1的轴线存在偏心量，因此在旋转 过程中相当于一个偏心轮。

柱塞组件2包括柱塞杆2-1、复位弹簧2-2、柱塞缸2-3和单向阀2-4；柱塞 缸2-3的圆筒端端面开有沉孔，沉孔的孔壁设有内螺纹；柱塞缸2-3的圆筒端 开设七个沿周向均布的溢流孔，且圆筒端外圆面设有外螺纹；溢流孔为径向 孔，两端分别开口于圆筒的内外壁；柱塞杆2-1与柱塞缸2-3的柱塞腔构成滑 动副；复位弹簧2-2套置在柱塞杆2-1上，给柱塞杆2-1提供回复力使柱塞杆2-1 贴紧传动轴承1-2外圈；共有七个柱塞组件2沿着周向均布。柱塞缸2-3的进油 口安装有单向阀2-4，实现吸、压油的配流过程。柱塞缸2-3的方形筒端一侧 开有螺纹孔，用于连接后盖板5。

前盖板3支承在靠近中心转轴1-1动力输入端的支承轴承1-6外圈上，且前 盖板3与中心转轴1-1之间设有骨架油封密封件4，防止泵体内液压油的泄露。 前盖板3在内部开有单向通道，单向通道的入口与柱塞缸2-3出油口处单向阀 2-4的出口连通，高压油液经单向通道向外部输出，即高压油仅存在于前盖板 3的内部通道中，实现了泵体内低压油区和高压油区的隔离。

后盖板5支承在另一个支承轴承1-6外圈上；后盖板5与前盖板3通过螺钉紧 固；后盖板5的外缘直径比前盖板3的外缘直径小2～3mm，以利于油液在泵体 内扩散。后盖板5的侧面与柱塞缸2-3的方形筒端侧面贴紧，后盖板5的螺纹孔 与柱塞缸2-3方形筒端侧部的螺纹孔通过螺钉连接。

泵罩7套在柱塞组件2外；泵罩7的两端分别通过螺钉与前盖板3和后盖6固 定；泵罩7与前盖板3之间设有密封胶带，与后盖6之间设有密封圈，从而在其 内部形成一个密闭的容积空间。后盖6开设有进油口，低压油由后盖6的进油 口进入并通过支承轴承1-6的内、外圈缝隙充满整个泵体。后盖6与后盖板5通 过螺钉固定，后盖6的凸缘结构将前盖板3、后盖板5和柱塞组件2进行轴向固 定。泵罩7在周向上的七个螺纹孔分别与对应一个柱塞缸2-3圆筒端的外螺纹 连接。

变量机构8包括高速电磁阀8-1和闭合弹簧8-2；共有七个变量机构8与七个 柱塞组件2一一对应。高速电磁阀8-1的滑阀一端与衔铁焊接，另一端与柱塞 缸2-3的柱塞腔构成滑动副，且滑阀位于柱塞缸2-3柱塞腔的一端开设有溢流 通道；溢流通道的七个溢流出口在圆周方向的位置与七个溢流孔一一对应； 溢流通道的溢流入口将柱塞缸2-3的柱塞腔与七个溢流出口连通。闭合弹簧 8-2两端分别与滑阀端面和柱塞缸2-3柱塞腔内的限位阶梯面接触，实现滑阀 的复位。高速电磁阀8-1的安装座与柱塞缸2-3的沉孔通过螺纹连接，完成变 量机构8和柱塞组件2的对接。滑阀在初始位置时，柱塞腔处于密闭状态。

该数字式径向柱塞变量泵的工作原理：

交流电机输入动力给转轴组件1，传动轴承1-2绕中心转轴1-1偏心转动， 使得柱塞组件2实现吸、压油的配流过程；变量机构主要工作在柱塞组件的压 油阶段，即柱塞杆向远离传动轴承1-2方向运动的过程中。

在初始位置时，高速电磁阀8-1将柱塞缸2-3内的溢流孔封闭，即整个柱塞 腔处于密闭状态。通过向高速电磁阀8-1输入脉冲信号，高速电磁阀8-1释放 衔铁，由于衔铁和滑阀固定连接，滑阀便在电磁推力的作用下克服油液的液 动力运动。当溢流通道和溢流孔重合时，溢流通道得以打开，部分油液溢回 泵体。在低电平阶段滑阀由闭合弹簧8-2实现复位(溢流通道关闭)；其中， 脉冲信号可由微机系统给出，通过脉宽调制技术便可实现高速电磁阀8-1开闭 的频率调节，实现高速开关阀8-1的高速开闭。

在柱塞组件2的压油阶段，当高速开关阀8-1开启时，便会有部分油液经溢 流通道流回到泵体内的低压油区；剩下油液则经柱塞缸2-3出油口进入到前盖 板3的单向通道向外输出。而在高速开关阀8-1关闭阶段，高压油液则全部经 柱塞缸2-3的出油口输出到前盖板3的单向通道。即只需人为改变高速电磁铁 8-1的开关频率，便可实现柱塞泵从零流量(对应脉冲信号占空比为1)到最 大额定流量(对应脉冲信号占空比为0)的输出；控制七个高速开关阀8-1的 开关频率，便可协同控制实现柱塞泵输出流量的精细调节。这就是该数字式 径向柱塞变量泵的调节机制。