柱塞泵流量及功率控制系统的制作方法

1.本发明涉及液压控制器技术领域，特别是涉及一种柱塞泵流量及功率控制系统。


背景技术：

2.在挖掘机上，各执行元件的速度会随操作手柄行程的变化而变化，液压系统会根据这种变化对其排量进行控制，正流量和负流量的区别在于变化的信号采集位置的不同。
3.正流量控制系统：操作手柄的先导压力不仅控制换向阀，还用来调节泵的排量。执行元件不工作时，油泵上没有先导压力，斜盘摆角小，油泵只输出少量备用流量。操作先导手柄，则液压先导回路中建立起与手柄偏转量成比例的压力来控制换向阀阀芯位移和泵的排量。油泵的流量和由此产生的执行元件的工作速度与先导压力成正比例。正流量控制系统的信号采集于二次先导压力。
4.负流量控制系统：液压泵的流量通过比例阀被分为两部分，一部分去油缸，用于推动负载，称之为有效流量；另一部分通过比例阀中位泄油通道流经阻尼孔回油箱，称之为浪费流量，这部分流量经过阻尼孔时会在阻尼孔前端产生一个负反馈压力，流经阻尼孔的流量越大，负反馈压力越大，此时泵处于最小摆角。当推动先导手柄时，大部分流量是有效流量，浪费流量较小，负反馈压力也随之减小，此时泵的摆角增大。负流量控制系统的信号采集于负反馈压力。
5.总（恒）功率控制系统是一种为了防止柱塞泵的功率超过发动机输出功率而对系统功率限制的控制方式。当柱塞泵功率达到设定的功率值时，排量调节机构通过减小排量使系统的功率限制在设定功率值以下。如果恒功率设定值在工作中可调则称为变功率控制。
6.现有技术中的正、负流量控制方案的工作原理及运动关系差异较大，正、负流量控制方案各自零部件无法通用；正、负流量控制阀铸件无法通用，需开两副铸件模具，增本高；负流量控制阀内部零部件连接方式较为复杂，运动反馈关系复杂，市场反馈该变量机构有卡滞现象；负流量控制方案中，负流量控制阀和功率阀共用一个阀口形式，无法分别调节负流量和功率阀的响应特性；负流量和功率阀同时起作用时，系统按照最小流量输出，两个阀之间有一定干扰。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种柱塞泵流量及功率控制系统，通过反馈杆实现机械反馈连接，形成闭环控制，通过流量控制单元的不同阀芯结构和不同相对位置的设置，实现正流量控制、负流量控制的切换，多零件通用，产品成本低，结构可靠。
8.柱塞泵流量及功率控制系统，包括阀体、流量先导控制单元及功率控制单元，所述阀体上具有第一阀腔、第二阀腔和第三阀腔，所述功率控制单元设置在所述第三阀腔，所述阀体上通过支点销安装有反馈杆，所述反馈杆的一端连接至变量活塞，所述功率控制单元包括功率控制阀套和功率控制阀芯，
该系统具有正流量及功率控制工作模式和负流量及功率控制工作模式，正流量及功率控制工作模式：所述第一阀腔内设置有正流量控制单元和所述流量先导控制单元，所述正流量控制单元包括正排量控制阀套和正流量控制阀芯，所述功率控制阀套和所述正排量控制阀套分别铰接至所述反馈杆且铰接点分别位于所述支点销的两侧，压力通过所述流量先导控制单元和所述正流量控制单元控制所述变量活塞移动，所述功率控制阀套的移动方向与所述变量活塞的移动方向相反，所述正排量控制阀套的移动方向与所述变量活塞的移动方向相同；负流量及功率控制工作模式：所述第二阀腔内设置有负流量控制单元和所述流量先导控制单元，所述负流量控制单元包括负排量控制阀套和负流量控制阀芯，所述功率控制阀套和所述负排量控制阀套分别铰接至所述反馈杆且铰接点位于所述支点销的同侧，压力通过所述流量先导控制单元和所述负流量控制单元控制所述变量活塞移动，所述功率控制阀套的移动方向与所述变量活塞的移动方向相反，所述负排量控制阀套的移动方向与所述变量活塞的移动方向相反。
9.可选地，所述反馈杆上沿长度方向上依次排列开设有第一销孔、支点销孔和第二销孔，且所述第二销孔比所述第一销孔靠近所述变量活塞，所述支点销穿过所述支点销孔，正流量及功率控制工作模式下，所述功率控制阀套通过连接销铰接安装在所述第一销孔中，所述正排量控制阀套通过连接销铰接安装在所述第二销孔中；负流量及功率控制工作模式下，所述功率控制阀套和所述负排量控制阀套通过连接销共同铰接安装在所述第一销孔中。
10.可选地，所述阀体的两端分别设置有第一盖板和第二盖板，所述流量先导控制单元安装在所述第一盖板与所述第一阀腔或所述第二阀腔之间，所述正流量控制阀芯与所述第二盖板之间设置有正流量控制弹簧组件，所述负流量控制阀芯与所述第二盖板之间设置有负流量控制弹簧组件。
11.可选地，所述正流量控制弹簧组件与所述负流量控制弹簧组件为同一组件。
12.可选地，所述正流量控制弹簧组件包括排量弹簧座、弹簧调整座以及抵接在所述排量弹簧座与所述弹簧调整座之间的排量弹簧，所述弹簧调整座通过调节螺钉安装在所述第二盖板上。
13.可选地，所述功率控制阀芯与所述第二盖板之间设置有功率控制弹簧组件。
14.可选地，所述功率控制弹簧组件包括功率弹簧座、大弹簧、小弹簧、大弹簧座和小弹簧座，所述大弹簧座安装在所述第二盖板上，所述小弹簧座固定安装在所述大弹簧座上，所述大弹簧不接触地套于所述小弹簧的外部，所述大弹簧的两端分别抵接在所述功率弹簧座与所述大弹簧座之间，所述小弹簧的两端分别抵接在所述功率弹簧座与所述小弹簧座之间。
15.可选地，所述第一盖板与所述第三阀腔之间设置有功率先导控制单元，压力通过所述功率先导控制单元和所述功率控制单元控制所述变量活塞移动。
16.可选地，所述流量先导控制单元包括排量先导控制阀套和排量先导控制阀芯，所述功率先导控制单元包括功率先导控制阀套和功率先导控制阀芯，所述第一盖板上开设有第一先导油路和第二先导油路，所述第一先导油路贯通至所述排量先导控制阀芯，所述第二先导油路贯通至所述功率先导控制阀芯。
17.可选地，所述正排量控制阀套与所述负排量控制阀套为同一部件。
18.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：1.正、负流量控制结构均采用阀芯阀套相对运动的形式，阀套均与变量活塞通过反馈杆形成机械反馈连接，通过阀芯-变量活塞-阀套的逻辑运动关系，对控制阀口进行闭环控制，正、负流量控制方案运动逻辑相似，运动关系简单可靠；2.正、负流量控制结构切换时只需调整排量控制阀相对反馈杆旋转支点的位置，并分别配以对应的正流量控制阀芯和负流量控制阀芯即可实现。其中正流量控制系统中排量控制阀套与变量活塞向大排量运动方向相同，负流量控制系统中排量控制阀套与变量活塞向大排量运动方向相反；3.正、负流量控制系统中零部件通用度高，阀体仅需开一副逐渐模具，在降低零部件物料种类的同时，也降低了产品成本；4.流量控制阀和功率控制阀分别采用阀口结构形式不同的双阀芯结构，有利于根据实际工况分别设计排量控制和功率控制的响应特性；5.前泵和后泵的负载压力同时作用在各自泵的功率阀上，可实现串泵总功率控制。
附图说明
19.图1为本发明的正流量及功率控制工作模式的结构示意图一；图2为本发明的正流量及功率控制工作模式的结构示意图二；图3为本发明的负流量及功率控制工作模式的结构示意图一；图4为本发明的负流量及功率控制工作模式的结构示意图二；图5为本发明的功率控制单元的结构示意图；图6为本发明的正流量及功率控制工作模式的原理图；图7为本发明的负流量及功率控制工作模式的原理图；图8为本发明的正流量及功率控制的运动逻辑图；图9为本发明的负流量及功率控制的运动逻辑图。
20.附图中：1-功率先导控制阀芯，2-功率先导控制阀套，3-功率控制阀套，4-功率控制阀芯，5-排量控制阀套，6-负流量控制阀芯，7-第二盖板，8-支点销，11-排量先导控制阀套，13-功率弹簧座，14-排量弹簧座，16-大弹簧，17-小弹簧，18-弹簧调节座，19-排量弹簧，20-大弹簧座，21-锁紧螺母，22-正流量控制阀芯，23-第一盖板，25-调节螺钉，28-排量先导控制阀芯，31-电比例减压阀，38-小弹簧座，39-阀体，42-反馈杆，45-变量活塞。
具体实施方式
21.以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
22.本发明的柱塞泵流量及功率控制系统，包括阀体39、流量先导控制单元及功率控制单元，阀体39上具有第一阀腔、第二阀腔和第三阀腔，功率控制单元设置在第三阀腔，阀体39上通过支点销8安装有反馈杆42，反馈杆42的一端连接至变量活塞45，功率控制单元包括功率控制阀套3和功率控制阀芯4。
23.该系统具有正流量及功率控制工作模式和负流量及功率控制工作模式，具体如
下：正流量及功率控制工作模式：第一阀腔内设置有正流量控制单元和流量先导控制单元，正流量控制单元包括正排量控制阀套5和正流量控制阀芯22，功率控制阀套3和正排量控制阀套5分别铰接至反馈杆42且铰接点分别位于支点销8的两侧，压力通过流量先导控制单元和正流量控制单元控制变量活塞45移动，功率控制阀套3的移动方向与变量活塞45的移动方向相反，正排量控制阀套5的移动方向与变量活塞45的移动方向相同；负流量及功率控制工作模式：第二阀腔内设置有负流量控制单元和流量先导控制单元，负流量控制单元包括负排量控制阀套5和负流量控制阀芯6，功率控制阀套3和负排量控制阀套5分别铰接至反馈杆42且铰接点位于支点销8的同侧，压力通过流量先导控制单元和负流量控制单元控制变量活塞45移动，功率控制阀套3的移动方向与变量活塞45的移动方向相反，负排量控制阀套5的移动方向与变量活塞45的移动方向相反。
24.对于以上实施例，更具体地，反馈杆42上沿长度方向上依次排列开设有第一销孔、支点销8孔和第二销孔，且第二销孔比第一销孔靠近变量活塞45，支点销8穿过支点销8孔，正流量及功率控制工作模式下，功率控制阀套3通过连接销铰接安装在第一销孔中，正排量控制阀套5通过连接销铰接安装在第二销孔中；负流量及功率控制工作模式下，功率控制阀套3和负排量控制阀套5通过连接销共同铰接安装在第一销孔中；阀体39的两端分别设置有第一盖板23和第二盖板7，流量先导控制单元安装在第一盖板23与第一阀腔或第二阀腔之间，正流量控制阀芯22与第二盖板7之间设置有正流量控制弹簧组件，负流量控制阀芯6与第二盖板7之间设置有负流量控制弹簧组件；正流量控制弹簧组件与负流量控制弹簧组件为同一组件；正流量控制弹簧组件包括排量弹簧座14、弹簧调整座以及抵接在排量弹簧座14与弹簧调整座之间的排量弹簧19，弹簧调整座通过调节螺钉25安装在第二盖板7上；功率控制阀芯4与第二盖板7之间设置有功率控制弹簧组件；功率控制弹簧组件包括功率弹簧座13、大弹簧16、小弹簧17、大弹簧座20和小弹簧座38，大弹簧座20通过锁紧螺母21安装在第二盖板7上，小弹簧座38固定安装在大弹簧座20上，大弹簧16不接触地套于小弹簧17的外部，大弹簧16的两端分别抵接在功率弹簧座13与大弹簧座20之间，小弹簧17的两端分别抵接在功率弹簧座13与小弹簧座38之间；第一盖板23与第三阀腔之间设置有功率先导控制单元，压力通过功率先导控制单元和功率控制单元控制变量活塞45移动；流量先导控制单元包括排量先导控制阀套11和排量先导控制阀芯28，功率先导控制单元包括功率先导控制阀套2和功率先导控制阀芯1，第一盖板23上开设有第一先导油路和第二先导油路，第一先导油路贯通至排量先导控制阀芯28，第二先导油路贯通至功率先导控制阀芯1；正排量控制阀套5与负排量控制阀套5为同一部件；上述的第一盖板23和第二盖板7分别通过螺钉连接安装在阀体39上。
25.结合附图可以看出，本实施例的正流量功率控制工作模式和负流量功率控制工作模式下，有大部分零部件是通用的，通用的零部件包括阀体39、排量先导控制阀芯28、排量先导控制阀套11、排量控制阀套5、反馈杆42、排量弹簧座14、弹簧调节座18、第二盖板7、调节螺钉25、支点销8以及功率控制单元的整体结构，而不通用的零部件包括正流量控制阀芯22、排量弹簧19、正/负排量控制阀套5向反馈杆42安装的连接销以及第一盖板23，以上可以看出，两种控制工作模式下，大多数零部件通用，这样减少了零部件的种类且能够降低产品成本。
26.正流量控制的工作原理：如图1、2、5、6所示，给电比例减压阀31输入电流，其输出的二次压力作用在排量先导控制阀芯28上，排量先导控制阀芯28在压力油的作用下推动正流量控制阀芯22移动，克服排量弹簧19的弹簧力，最终达到力平衡状态，正流量控制阀芯22停止运动，此时逐渐关闭负载油口p至变量活塞45控制腔c的通道，打开变量活塞45控制腔c到泄油油口t的通道，变量活塞45在压力差的作用下带动斜盘向大摆角方向运动，变量活塞45运动的同时带动反馈杆42绕支点销8逆时针转动，同时反馈杆42带动排量控制阀套5向右运动（此处的左右方向与附图1中的左右方向相同），逐渐关闭活塞控制腔c至泄油油口t的通道，泵的摆角固定在某一角度停止。
27.负流量控制的工作原理：如图3、4、5、7所示，当系统主控制阀处于中位时，负流量反馈压力pi最大，通过内部通道作用在排量先导控制阀芯28左端（此处的左右方向与附图3中的左右方向相同），排量先导控制阀芯28推动负流量控制阀芯6克服排量弹簧19向右移动（此处的左右方向与附图3中的左右方向相同），最终达到力平衡状态，控制负流量控制阀芯6停止移动。在上述负流量控制阀芯6移动过程中，附图7中油口p至油口a的通道打开，再通过功率控制阀油口b进入变量活塞45控制腔c，同时关闭变量活塞45控制腔c至泄油油口t的通道，此时变量活塞45向左移动（此处的左右方向与附图3中的左右方向相同），泵的摆角减小。变量活塞45向左移动的同时，变量活塞45带动反馈杆42绕支点销8顺时针转动，同时反馈杆42带动排量控制阀套5向右移动，逐渐关闭油口p至油口a的通道，泵的摆角固定至最小值后停止。当系统主控制阀手柄开始动作，负流量反馈压力pi减小，阀芯平衡位置被打破，负流量控制阀芯6在排量弹簧19的作用下向左移动，此时打开变量活塞45控制腔c至油口t的通道（控制腔c的液压油通过功率控制阀油口b，再通过油口a回油箱），变量活塞45向右移动，泵的摆角逐渐增大。在变量活塞45向右移动的同时，变量活塞45带动反馈杆42绕支点销8逆时针转动，同时反馈杆42带动排量控制阀套5向左移动，逐渐关闭变量活塞45控制腔c与油口t的通道，泵的摆角固定至某一角度停止。当系统主控阀手柄全开时，负流量反馈压力pi减小到0，此时泵的摆角最大，泵处于最大排量。
28.功率控制的工作原理：如图5、6、7所示，当系统主控阀处于某一位置时（非全关），泵处于某一排量时（非最小排量），负载压力p1和p2分别作用在功率控制阀芯4与功率控制阀套3之间形成的两个台阶环形面上，负载同时作用在变量活塞45小腔d，当两个液压力大于大弹簧16和小弹簧17的预紧力时，功率控制阀芯4向右移动（此处的左右方向与附图5中的左右方向相同），打开功率控制阀油口p至油口b 的通道，高压油进入变量活塞45控制腔c，在变量活塞45大腔和小腔的面积差的作用下，变量活塞45向泵摆角减小的方向移动。在变量活塞45移动的同时，变量活塞45带动反馈杆42绕支点销8顺时针转动，同时反馈杆42带动功率控制阀套3向右移动（此处的左右方向与附图5中的左右方向相同），逐渐关闭油口p至油口b的通道，泵的摆角固定至某一角度停止。
29.如图1、2、3、4、8、9所示，正流量和负流量控制是通过调整排量控制阀相对于支点销8的上下位置及流量控制阀芯结构设计来实现正/负流量控制功能切换，其中正流量控制工作模式中，排量控制阀套5位于支点销8的下方，排量控制阀套5与变量活塞45形成机械正反馈，排量控制阀套5的移动方向与变量活塞45向大排量的移动方向相同；负流量控制工作模式中，排量控制阀套5位于支点销8的上方（且与功率控制阀平行），排量控制阀套5与变量活塞45形成机械负反馈，排量控制阀套5的移动方向与变量活塞45向大排量的移动方向相
反；在正流量及功率控制工作模式中和负流量计功率控制工作模式中，功率控制阀套3均与变量活塞45形成机械负反馈，功率控制阀套3的移动方向均与变量活塞45向大排量的移动方向相反。
30.相较于已有技术，本发明的柱塞泵流量及功率控制系统具有以下优点：1.正、负流量控制结构均采用阀芯阀套相对运动的形式，阀套均与变量活塞通过反馈杆形成机械反馈连接，通过阀芯-变量活塞-阀套的逻辑运动关系，对控制阀口进行闭环控制，正、负流量控制方案运动逻辑相似，运动关系简单可靠；2.正、负流量控制结构切换时只需调整排量控制阀相对反馈杆旋转支点的位置，并分别配以对应的正流量控制阀芯和负流量控制阀芯即可实现。其中正流量控制系统中排量控制阀套与变量活塞向大排量运动方向相同，负流量控制系统中排量控制阀套与变量活塞向大排量运动方向相反；3.正、负流量控制系统中零部件通用度高，阀体仅需开一副逐渐模具，在降低零部件物料种类的同时，也降低了产品成本；4.流量控制阀和功率控制阀分别采用阀口结构形式不同的双阀芯结构，有利于根据实际工况分别设计排量控制和功率控制的响应特性；5.前泵和后泵的负载压力同时作用在各自泵的功率阀上，可实现串泵总功率控制。
31.以上具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。