专利名称：液压数字控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液压控制装置，特别是一种液压数字转换装置，可以用来实现对输 出油液压力，流量的数字控制，调节方便，属于数字液压技术领域。
技术背景传统的节流调节液压回路， 一般都是液压泵连续供油，通过节流装置的节流作用来 控制输出油液的流量和压力，势必会产生节流损失，使得系统效率下降。近年来虽然数 字液压领域的研究取得了一定的进展，但是使用的仍然是传统的液压元件，节流损失依 然存在，而且数字控制仅限于控制电磁阀，因此受到电磁阀响应能力的限制。 发明内容本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种液压数字转换装置，可用于 实现对数出油液压力、流量的数字控制。 为达到上述目的，本发明的构思是本发明提出的液压数字转换装置，通过陆续的从液压泵和油箱供油至负载，结合一 种共振装置，使系统在共振条件下工作，大大地提高了系统效率。并且调节通泵油路P 和通油箱油路T的通油时间，调节油路转换频率，都可以方便的调节输出油液压力或者 流量。另一方面，该发明将液压装置与数字控制结合在了一起。众所周知，数字控制已广 泛应用于工程领域，然而在液压领域却很少得到应用，主要原因是缺少高速的液压开关 阔。数字控制，尤其是转换控制，都要求较高的转换频率，然而目前通过多级液压放大 装置获得的开关频率，仅有几十赫兹，高速开关电磁阀的频率最高也仅为上百赫兹，阀 芯惯性和电磁铁响应能力都限制了频率的提高。另外频率的提高使得液压装置通流能力 带负载能力和下降。本发明采用多孔配流原理，由一多孔转子高速旋转，实现油路的快速切换，可以达 到较高的转换频率。共振装置固有频率可以调节，以适应不同转速要求。调节控制盘控 制边的相对位置可以方便的调节油路接通时间，实现脉宽调节。该液压装置采用轴向配 流，结构简单，调节方便，效率较高。该液压转换装置根据液压转换原理设计，可以方便精确的调节输出油液的压力和流 量，具有较高的效率。液压转换原理如图l所示，通过一可控换向阀l，将负载液压缸2与油路P和T接通或断开，油路P接通液压泵，油路T接通油箱。当换向阀l工作于a位时，油路P接 通液压缸压力腔4，油液克服负载F运动，压力腔4体积增大；当换向阀经c位工作至 b位时，油路P断开，油路T接通，由于油液及质量块ra的惯性作用，压力腔体积继续 增大，使得压力腔压力P下降至油箱预压，油液少量被吸入压力腔4;当换向阀l又重 新经c位至a位时，由于负载F的作用，液压缸活塞停止运动，当压力腔4内压力p大 于油路P油压时，油液又重新被压回油路P，在油液回流过程中可以通过蓄能器蓄能或 者接通其他负载恢复一部分能量，因而提高了系统效率。通过控制装置3可以控制换向 阀1的油路P，T切换顺序，通油时间和切换频率，进而能控制输出油液压力和流量。图1所示的液压转换原理可以通过共振管的方式来实现，如图2所示，通过换向阀 1使共振腔5接通油路P和T，在油路快速转换过程中，在压力腔5入口处6产生和转 换频率同频的压力波，通过设定共振管5的长度，使入口处的压力波和共振腔端部反射 的压力波叠加形成驻波。在共振管5上某一共振节点处8输出油液至负载液压缸。由于 共振管5端部7为固定端，驻波各处振幅恒为0，通过控制装置3调节油路P， T的接通 时间便可以调节共振管5的输出压力。但是采用这种装置有两个缺点， 一是共振管5最 短为压力波波长的一半，通常为几米，并且换向阀l的转换频率越低，要求的共振管就 越长。二是系统共振频率确定，无法调节，装置调节范围有限。针对共振管5实现液压转换装置的缺点，本发明采用共振装置9来代替共振管5， 如图3所示，通过换向阀1使共振腔14陆续接通油路P，油路T和油路A，油路P接通 液压泵供油线路，油路T接通油箱，油路A用来驱动负载。油路P，油路T的通油过程在 转换原理中已介绍过，当共振腔14体积达到最大时，油路A接通，油液输出驱动负载。 共振装置9由压力膜片12密封可调压縮空气11组成，压力膜片12上固连质量块10， 通过端口 13可以调节压縮空气压力，进而可以改变共振装置的固有频率。当油路转换 频率与共振装置9固有频率相同时，系统达到共振，压力腔4内形成驻波，当压力腔4 出口位于驻波波腹位置时，压力波振幅最大，输出压力最高。通过控制机构3可以调节 油路P,油路T和油路A的通油时间，可以方便调节压力腔4的输出压力和流量。输出 油压一般可以在油箱油压和泵油压的范围内调节，当调节油路A的通油时间少于油路P 和T的通油时间之和时，输出油压会大于泵输出油压。使用该装置可以克服使用共振管 的结构限制，调节范围也大于共振管转换装置的调节范围，还可以改变系统共振频率来 适应不同的转换频率，适用性更强。根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案。一种液压数字控制装置，包含一个控制机构3控制一个可控切换阀1接通油泵的油 路P、接通油箱的油路T和接通负载的油路A之间的切换，其特征在于所述的控制机构 是一个由电机驱动的转子20;所述的可控切换阀1是一个与所述转子20匹配配流构件构成的转动式三路切换阀；转动式三路切换阀控制所述的油路A，油路P和油路T互换 接通一个可调共振装置9的共振腔14。上述的转子20、转动式三路切换阀、油路P、油路T、油路A以及共振装置9集合 构成一个整体式液压数字控制装置。上述的整体式液压数字控制装置包括一个箱体14，其前端连接一个法兰盖15，其 后端连接一个端盖19，而内腔安置构成转子20转动式三路切换阀、共振装置9及油路 P、 T、 A的内核18，转子20的转轴从法兰盖15伸出外接可变速电机，油路P、 T、 A分 别从端盖19接出。上述的内核18的结构是所述的转子20的内端呈圆筒体，在该圆筒体上均布三排 穿孔构成的三油路P、 T、 A的启闭活动阀口，该圆筒体内旋转插配固定的出油腔体22 和控制体21，在出油腔体22中设置油路A，在控制体21中设置油路P和油路T，三油 路A、 P、 T的内端口分别对准转子22圆筒体上的三排穿孔，构成三油路P、 T、 A的固 定内阀口，转子20圆筒体外滑配一个套筒23和固定环24,套筒23上的二排穿孔和固 定环24上的一排穿孔与转子20的圆筒体上的三排穿孔对准而接通安置在箱体16内壁 凹腔中的共振装置9。上述可调共振装置9是一个容器内由一个压力膜片12分隔成两个腔室， 一个是共 振腔14，另一个是可调压空气腔11，共振腔14互换接通邮路A、油路P和油路T,可 调压空气腔端口接调压空气，压力膜片12上固定安装一个质量块10。上述的控制体21后端外缘加工成齿轮，与一个小齿轮48啮合，小齿轮48的转轴 伸出端盖19，从而构成控制体21的调位机构。上述的转子20圆筒体的三排穿孔中，每排穿孔数量为8个，周向均布；所述的转 子套筒23 二排穿孔和固定环24的一排穿孔都是每排4个穿孔周向均布；所述的箱体16 内壁4个均布的凹腔与套筒23和固定环24的穿孔对准；在每个凹腔内各设置一个所述 的可调共振装置9;所述的出油腔体22有4个径向油路A出口，所述的控制体21的油 路P和油路T各有四个径向油路出口 。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点本发明的液压数字控制装置采用电机驱动高速旋转的多孔转子与配流构件构成油路P、油路T和油路A的转动式三路切换阀，实现了三条油路通油时间的控制，采用三 油路切换接通可调共振装置的共振腔，实现压力腔最大压力波振幅，输出压力最高；采 用调位机构调节控制体位置，从而调节通泵时间和通油箱时间，即调节脉宽，控制输出 油压力和流量。本装置能实现对油液输出参数的精确控制，并且通过调定共振频率，适 应不同转速。本装置结构简单，调节方便，提高了系统效率，使数字控制和液压装置实 现了很好的结合，为真正意义上的数字液压提供了一种转换装置，在下一代液压系统中 有着广泛的应用前景。
图1是液压转换原理2是共振管实现液压转换原理3是共振装置实现液压转换原理4是本发明一个实施例证外形5是图4示例的分解6是图5中内核18的分解7是图4示例的剖视8是图7中c-c处截面图(油路P接通时)图9是图7中b-b处截面图(油路T接通时)图10是图7中a-a处截面图(油路A接通时)具体实施方式
本发明的一个优选实施例结合
如下参见图3、图4、图5、图6和图7，本液压数字控制装置包括一个控制机构3控制 一个可控换向阀1接通油泵的油路P、接通油箱的油路T和接通负载的油路A之间的切 换，所述的控制机构是一个由电机驱动的转子20，所述的可控换向阀1是一个与所述转 子20匹配配流构件构成的转动式三路换向阀；转动式三路换向阀控制油路A，油路P 和油路T互换接通一个可调共振装置9的共振腔14。转子20、转动式三路换向阀、油 路P、油路T、油路A以及共振装置9集合构成一个整体式液压数字控制装置。该整体 式液压数字控制装置包括一个箱体16，其前端连接一个法兰盖15，其后端连接一个端 盖19，而内腔安置构成转子20、转动式三路换向阀、共振装置9及油路P、 T、 A的内 核18，转子20的转轴从法兰盖15伸出外接可变速电机，油路P、 T、 A分别从端盖19 接出。内核18的结构是所述的转子20的内端呈圆筒形，在该圆筒上均布三排穿孔构成的三油路P、 T、 A的启闭活动阔口，该圆筒体内旋转插配固定的出油腔体22和控制 体21，在出油腔体22中设置油路A，在控制体21中设置油路P和油路T，三油路A、 P、 T的内端口分别对准转子22圆筒体上的三排穿孔，构成三油路P、 T、 A的固定内阀口， 转子20圆筒体外滑配一个套筒23和固定环24，套筒23上的二排穿孔和固定环24的一 排穿孔与转子20的圆筒体上的三排穿孔对准而接通安置在箱体16内壁凹腔中的共振装 置9。共振装置9是一个容器内由一个压力膜片12分隔成两个腔室， 一个是共振腔14， 另一个是可调压空气腔ll，共振腔14互换接通邮路A、油路P和油路T，可调压空气腔 端口接调压空气，压力膜片12上固定安装一个质量块10。控制体21后端外缘加工成齿 轮，与一个小齿轮48啮合，小齿轮48的转轴伸出端盖19，从而构成控制体21的调位 机构。转子20圆筒体的三排穿孔中，每排穿孔数量为8个，周向均布；所述的套筒23 二排穿孔和固定环24的一排穿孔都是每排4个穿孔周向均布；所述的箱体16内壁4个 均布的凹腔与套筒23和固定环24的穿孔对准；在每个凹腔内各设置一个所述的可调共 振装置9;所述的出油腔体22有4个径向油路A出口，所述的控制体21的油路P和油 路T各有四个径向油路出口。参见图8、图9和图10,本液压数字控制装置的细节结构和工作原理如下根据液压转换原理和图3所示的实施方案，本发明提出了一种液压数字转换装置， 具体结构如图4所示，该装置由法兰盘15，箱体16 (含共振装置9)，小齿轮箱17,内 核18，端盖19等组成，内核18由转子20和四个配流构件——控制体21，出油腔22， 套筒23和固定环24组成。转子20通过电机或其他传动装置带动，转子20上加工有多排孔，随着转子的高速 旋转，在四个配流构件之间形成三条流道，如图7所示，油路P接通液压泵，油路T接 通油箱，油路A输出油液驱动负载。三条流道的配流断面如图8、图9和图10所示，当转子孔25转至固定环24通油孔 29控制边35时，油路P开始接通，油液从液压泵经控制体腔30，转子孔25，固定环通 油孔29流至共振腔14，压力膜片12受压变形，密封空气压縮；当转子孔25转过腔30 的控制边36时，油路P断开，同时，转子孔26转至控制体腔31控制边37，油路T接 通，油液从共振腔14经控制体腔31，转子孔26，套筒23油口 32少量吸入共振腔14; 当转子孔26转过套筒23油口 32的控制边38时，油路T断开，同时转子孔27转至套 筒23油口33的控制边39，油路A接通，油液从共振腔14,经套筒油口33，转子孔27， 出油腔22的腔34流出；当转子孔27转过腔34的控制边40时，油路A断开，而此时转子孔28重新接通油路P，新的循环开始。如上所述，油路P的通油时间由两条控制边35， 36构成的夹角a'P决定，油路T的通油时间由控制边37， 38组成的夹角a'T决定，油路A的出油时间由控制边39， 40的 夹角"A决定。由于转子孔有一定厚度，因此，油路P，油路T和油路A的通油时间分别为控制角a'p， a'T， a'A与转子孔角^之和。要实现对该液压数字装置输出油液的数字控制，就要求对控制角度进行调节，使得 油路P和油路T的通油时间大约等于油路A的出油时间，即使得控制边39平分控制边 35与边41之间的中心角。并且调节控制边36和37的位置，即控制体的位置，可以调 节油路P和油路T的相对通油时间，即实现脉宽调节。结构上的实现如图7所示，轴套23上有凸起42，可以嵌入固定环24的凹槽中用于 定位，固定环24上控制边位置钻有锥形孔43，可用圆锥销44与箱体16间进行定位。 出油腔22出油口处加工有一定长度的凹槽45，端盖19凸台圆柱面加工有通孔46，使 用带孔销47可以将出油腔22与端盖19间进行周向定位。并且出油腔出口处还加工出 螺纹48，可用螺栓紧固于端盖凸台上，用于轴向固定出油腔，而且还可以调节出油腔与 控制体之间的轴向间隙，减少调节控制体时的摩擦阻力。端盖19与箱体16之间通过螺 钉固定(图7未画出)，因此出油腔22控制边40与固定环控制边35的相对位置便可以 确定，使得转子孔27转过出油腔控制边40时，转子孔28转至固定环24的控制边，油 路P接通。控制体21端部加工成齿轮，通过与小齿轮48啮合来调节其位置，进而调节油路P 和油路T的通油时间，实现脉宽调节。控制体21控制边处加工有孔49，通过销钉50 将其限位于端盖19上的凹槽51中，使其调节范围在固定环24控制边35与轴套23控 制边38之间，并且可以直观的看到油路P, T通油时间的相对关系。转子20端部通过两个圆锥滚子轴承52组合使用，采用大跨度的安装方式，以减小 转子孔处的悬臂长度，增加转动平稳性，避免转子孔与配流构件发生摩擦。转子20端 部通过轴端挡圈53固定油封54来进行密封，并且轴端挡圈还可以调节圆锥滚子轴承间 隙，用于对转子的轴向位置进行微量调节，以减少与端盖间的摩擦。并且出油腔与转子 的轴向间隙也可以微量调节，使得二者间形成液体摩擦。共振装置9的共振频率与油路P，T,A的切换频率一致，使系统在共振条件下工作。系统 共振频率由转子转速和转子孔周向的分布排数有关，配流构件控制边之间夹角的大小由转子孔间夹角决定，即取决于均布孔的数量。因为控制边不具有轴对称性，所以该液压 数字控制装置与转子转向有关。改变共振装置的固有频率可以适应不同的转速要求，因 此该装置也可通过改变频率来调节输出，调节范围更广。
权利要求
1.一种液压数字控制装置，包含一个控制机构(3)控制一个可控切换阀(1)接通油泵的油路P、接通油箱的油路T和接通负载的油路A之间的切换，其特征在于所述的控制机构是一个由电机驱动的转子(20)；所述的可控切换阀(1)是一个与所述转子(20)匹配配流构件构成的转动式三路切换阀；转动式三路切换阀控制所述的油路A，油路P和油路T互换接通一个可调共振装置(9)的共振腔(14)。
2. 根据权利要求1所示的液压数字控制装置，其特征在于所述的转子(20)、转动式 三路切换阀、油路P、油路T、油路A以及共振装置(9)集合构成一个整体式液 压数字控制装置。
3. 根据权利要求2所述的液压数字控制装置，其特征在于所述的整体式液压数字控 制装置包括一个箱体(14)，其前端连接一个法兰盖(15)，其后端连接一个端盖(19)，而内腔安置构成转子(20)、转动式三路切换阀、共振装置(9)及油路P、 T、 A的内核(18)，转子(20)的转轴从法兰盖(15)伸出外接可变速电机，油 路P、 T、 A分别从端盖(19)接出。
4. 根据权利要求3所示的液压数字控制装置，其特征在于所述的内核(18)的结构 是所述的转子(20)的内端呈圆筒体，在该圆筒体上均布三排穿孔构成的三油 路P、 T、 A的启闭活动阀口，该圆筒体内旋转插配固定的出油腔体(22)和控制 体(21)，在出油腔体(22)中设置油路A，在控制体(21)中设置油路P和油路 T，三油路A、 P、 T的内端口分别对准转子(22)圆筒体上的三排穿孔，构成三 油路P、 T、 A的固定内阀口，转子(20)圆筒体外滑配一个套筒(23)和固定环(24)，套筒(23)上的二排穿孔和固定环(24)上的一排穿孔与转子(20)的圆 筒体上的三排穿孔对准而接通安置在箱体(16)内壁凹腔中的共振装置(9)。
5. 根据权利要求4所示的液压数字控制装置，其特征在于所述的可调共振装置(9) 是一个容器内由一个压力膜片(12)分隔成两个腔室， 一个是共振腔(14)，另一 个是可调压空气腔(11)，共振腔(14)互换接通邮路A、油路P和油路T，可调 压空气腔端口接调压空气，压力膜片(12)上固定安装一个质量块(10)。
6. 根据权利要求4所示的液压数字控制装置，其特征在于所述的控制体(21)后端 外缘加工成齿轮，与一个小齿轮(48)啮合，小齿轮(48)的转轴伸出端盖(19)， 从而构成控制体(21)的调位机构。
7. 根据权利要求4所示的液压数字控制装置，其特征在于所述的转子(20)圆筒体 的三排穿孔中，每排穿孔数量为8个，周向均布；所述的转子套筒(23) 二排穿孔和固定环(24)的一排穿孔都是每排4个穿孔周向均布；所述的箱体(16)内 壁4个均布的凹腔与转子套筒(23)和固定环(24)的穿孔对准；在每个凹腔内 各设置一个所述的可调共振装置(9);所述的出油腔体(22)有4个径向油路A 出口，所述的控制体(21)的油路P和油路T各有四个径向油路出口。
全文摘要
本发明涉及一种液压数字控制装置，本装置包括一个控制机构控制一个可控换向阀，接通油泵的油路P、接通油箱的油路T和接通负载的油路A，控制机构是一个由电机驱动的转子，可控换向阀是一个与转子匹配配流构件构成的转动式三路切换阀，转动式三路切换阀控制油路A、油路P和油路T互换，接通一个可调共振装置的共振腔。该装置结构简单，调节方便，提高了系统效率，使数字控制和液压装置实现了很好的结合，为真正意义上的数字液压提供了一种变换装置，在下一代液压系统中有着广泛的应用前景。
文档编号F15B13/02GK101235835SQ20081003408
公开日2008年8月6日 申请日期2008年2月29日 优先权日2008年2月29日
发明者冀卫东, 张国贤, 王桂河, 健 金 申请人:上海大学