液压控制泵、液压控制泵的控制方法和激振系统

1.本发明涉及泵技术领域，具体地涉及一种液压控制泵、液压控制泵的控制方法和激振系统。


背景技术：

2.激振系统在各个领域都具有广泛应用，在国内外工程振动领域中，电液式振动技术因其功率密度大，位移和推力大，可控参数多等更大的优势，广泛应用于车辆、建筑、海洋、航空航天、核工业等产业。
3.当前广泛采用的电液振动设备主要分为伺服阀控振动设备和旋转阀控振动设备。前者在低频振动下，通过先进控制策略可以获得较高质量的振动波形，而后者在高频振动领域有更大优势。但两者在阀处都存在较大的节流和溢流损失，能量的利用率低等缺点，大大增加了能耗成本。
4.对于现有交变配流技术，又存在旋转配流盘相对于缸体柱塞腔的相对运动导致的流量脉动较大，以及需要增加旋转配流盘及其驱动机导致泵结构复杂、成本上升等问题(例如，授权公告号为cn104763604b的发明专利，公开了一种用于控制液压激振系统的交变配泵)。


技术实现要素：

5.申请人研究发现，在授权公告号为cn104763604b的发明专利中，由于各柱塞腔与旋转配流盘的a、b槽之间会产生相对转动，因而产生了较大的流量脉动现象。然而，当各柱塞腔与旋转配流盘的a、b槽间不产生相对转动，即配流盘的转速与缸体的转速一致时(如图6和图7所示)，各配流通道上提供液流供给的柱塞是固定的，液流变化平稳，无阶跃突变，流量脉动趋近于零。在这种情况下，整个装置处于最佳工作状态。
6.因此，本发明的目的是为了解决现有技术中液压控制泵存在旋转配流盘相对于缸体柱塞腔的相对运动导致的流量脉动较大，以及需要增加旋转配流盘及其驱动机导致泵结构复杂、成本上升的问题。
7.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种液压控制泵，包括：
8.斜盘；
9.柱塞，一端伸入缸体的柱塞腔内，另一端能够环绕所述斜盘的轴线在所述斜盘的工作面上做圆周运动；
10.缸体驱动轴，与支撑座转动连接，与所述斜盘的工作面中心球铰连接，与所述缸体同轴且固定连接，用于驱动所述柱塞转动，使得所述柱塞在所述柱塞腔内作往复运动，以形成相位固定的吸油区和排油区；多个所述柱塞腔以所述缸体驱动轴的轴线为中心旋转对称；
11.角度调节机构，用于调节所述斜盘的轴线与所述缸体驱动轴之间的夹角；
12.每个所述柱塞腔均配备有吸/排油口，每个所述吸/排油口均配备有与其对应的且
设置在所述缸体上的腰型槽；多个所述腰型槽形成内圈腰型槽组和外圈腰型槽组；所述内圈腰型槽组和所述外圈腰型槽组分布在所述缸体右端面两个不同半径的圆弧上；两个不同的半径圆弧分别配置有设置在所述支撑座上的内配流通道和外配流通道。
13.通过上述设置，一方面，各柱塞腔的吸/排油口与腰型槽之间不会产生相对运动，进而使得液流变化平稳，无阶跃突变，流量脉动趋近于零。解决了现有技术中液压控制泵存在旋转配流盘相对于缸体柱塞腔的相对运动导致的流量脉动较大的问题。另一方面，省略了旋转配流盘及其驱动机，简化了装置的整体结构，大大降低了生产成本。
14.进一步地，所述柱塞腔的数量为偶数个。
15.进一步地，所述内圈腰型槽组和外圈腰型槽组在所述缸体右端面上相对分布；所述内圈腰型槽组和所述外圈腰型槽组分别包括三个所述腰型槽。
16.进一步地，所述内圈腰型槽组和所述外圈腰型槽组中相对的两个所述腰型槽位于所述缸体的同一径线上；
17.进一步地，所述内圈腰型槽组和所述外圈腰型槽组所占据的区域在角度上360
°
互补。
18.进一步地，所述斜盘的工作面上设置有与所述斜盘同轴设置的环形轨道，所述柱塞与所述斜盘连接的首端设置有柱塞铰接的球形滑块；所述球形滑块位于所述环形轨道中。
19.进一步地，所述角度调节机构包括：
20.变量柱塞，所述斜盘与所述变量柱塞的外侧壁连接；
21.变量丝杆，与所述变量柱塞在其轴向上螺纹连接；
22.变量电机，用于驱动所述变量丝杆转动。
23.本发明第二方面提供一种激振系统，包括所述的液压控制泵。
24.该激振系统采用缸体驱动轴的交变配流泵对作动器进行驱动，利用缸体旋转直接输出交变液流，通过改变缸体转速来控制激振频率，通过调节斜盘角度来控制综合排量从而控制激振振幅；整个控制泵的优势在于相对现有技术，减少了旋转配流盘及其驱动部分，避免使用激振控制阀，减小了流量脉动，简化了结构，节省了成本。
25.本发明第三方面提供一种用于所述的液压控制泵的控制方法，通过主电机驱动缸体驱动轴转动，带动腰型槽和柱塞腔一同转动。
26.通过上述设置，一方面，各柱塞腔的吸/排油口与腰型槽之间不会产生相对运动，进而使得液流变化平稳，无阶跃突变，流量脉动趋近于零。解决了现有技术中液压控制泵存在旋转配流盘相对于缸体柱塞腔的相对运动导致的流量脉动较大的问题。另一方面，省略了旋转配流盘及其驱动机，简化了装置的整体结构，大大降低了生产成本。
27.进一步地，通过角度调节机构调节斜盘的倾斜角度，改变柱塞的行程，进而改变泵排量。
28.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
29.图1是本发明液压控制泵的正视剖面图；
30.图2是图1沿a-a的剖视图；
31.图3a是缸体右端面示意图；
32.图3b是图3a所示剖切位置的剖面示意图；
33.图3c是缸体左端面示意图；
34.图4是本发明的支撑座的左端面示意图；
35.图5是本发明的工作原理示意图；
36.图6和图7是配流盘转速、缸体转速与流量脉动之间的关系的示意图。
37.附图标记说明
38.1缸体驱动轴；2驱动轴轴承；3支撑座；4缸体；5柱塞；6泵壳；7缸体轴承；8斜盘；9变量柱塞；10变量丝杆；11变量塞盖；12变量电机。
具体实施方式
39.以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
40.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指在装配使用状态下的方位。“内、外”指相对于各部件本身轮廓的内、外。
41.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
42.本发明第一方面提供一种液压控制泵，如图1、图2、图3a、图3b和图3c所示，该液压控制泵包括：斜盘8、柱塞5、腰型槽、缸体驱动轴1以及角度调节机构。
43.其中，柱塞5的一端伸入缸体4的柱塞腔内，另一端能够环绕所述斜盘8的轴线在所述斜盘8的工作面上做圆周运动。在一种可选的具体实施方式中，所述斜盘8的工作面上设置有与所述斜盘8同轴设置的环形轨道，所述柱塞5与所述斜盘8连接的首端设置有柱塞5铰接的球形滑块；所述球形滑块位于所述环形轨道中。通过这样的结构实现柱塞5与斜盘8之间的滑动连接。
44.缸体驱动轴1与支撑座3转动连接，与所述斜盘8的工作面中心球铰连接，与所述缸体4同轴且固定连接，用于驱动所述柱塞5转动，使得所述柱塞5在所述柱塞腔内作往复运动，以形成相位固定的吸油区和排油区；多个所述柱塞腔以所述缸体驱动轴1的轴线为中心旋转对称。
45.每个所述柱塞腔均配备有吸/排油口，每个所述吸/排油口均配备有与其对应的且设置在缸体4上的腰型槽。多个腰型槽形成内圈腰型槽组13b和外圈腰型槽组13a。内圈腰型槽组13b和外圈腰型槽组13a分布在缸体4右端面两个不同半径的圆弧上并跟随缸体4一同转动。两个不同的半径圆弧分别配置有设置在所述支撑座3上的内配流通道i和外配流通道ii。也就是说，内圈腰型槽组13b与内配流通道i连通，外圈腰型槽组13a与外配流通道ii连通。其中，内配流通道i和外配流通道ii均为环形结构的流体通道。
46.角度调节机构用于调节斜盘8的轴线与缸体驱动轴1之间夹角。在一种可选的具体
实施方式中，角度调节机构包括变量柱塞9、变量丝杆10、变量电机12以及变量塞盖11。斜盘8与变量柱塞9的外侧壁连接。变量丝杆10与变量柱塞9在变量丝杆10的轴向上螺纹连接。变量电机12用于驱动变量丝杆10转动。如图1所示，当变量丝杆10正转时，变量柱塞9向下运动，由于斜盘8与变量柱塞9的外侧壁连接，斜盘8的倾斜角度发生变化。
47.需要说明的是，本文中“斜盘8的倾斜角度”是指斜盘8的轴线与缸体驱动轴1的轴线之间的夹角。
48.在一种优选的具体实施方式中，柱塞腔的数量设置为偶数个，例如6个、8个、12个均可。相应地，柱塞、腰型槽的数量也相应地为偶数个且数量相同。内圈腰型槽组13b和外圈腰型槽组13a在缸体4右端面上相对分布。内圈腰型槽组13b和外圈腰型槽组13a分别包括三个所述腰型槽。进一步地，内圈腰型槽组13b和外圈腰型槽组13a中相对的两个腰型槽位于缸体4的同一径线上。优选地，内圈腰型槽组13b和外圈腰型槽组13a所占据的区域在角度上360
°
互补。
49.在另一种可选的具体实施方式中，所述柱塞腔的数量不一定设置为偶数个，腰型槽的大小也不一定设置成相同。但是要确保内圈腰型槽组13b和外圈腰型槽组13a整体面积相同。
50.在实际作业时，如图4所示，缸体驱动轴1连接的电机带动柱塞缸体4连续旋转，由于斜盘8的作用，迫使柱塞5在柱塞缸体4内作往复运动，从而形成相位固定的吸油区和排油区。与此同时，缸体4的旋转得使支撑座3的内外配流通道与柱塞缸体的吸油区和排油区的接触面积发生变化。
51.如图5所示，定义柱塞缸体4的旋转角零点，即内配流通道a与柱塞缸体4吸油区和排油区的接触面积相同，外配流通道ii与柱塞缸体4吸油区和排油区的接触面积相同，即内配流通道i的输入流量和外配流通道ii的输出流量为零。随着缸体4的旋转，交变配流泵液压控制泵的输入输出流量发生如下变化：
52.内配流通道i与缸体4的排油区的接触面积以及外配流通道ii与缸体4的吸油区的接触面积逐渐变大，即内配流通道i的输出流量和外配流通道ii的输入流量同时变大。
53.内配流通道i的输出流量和外配流通道ii的输入流量达到最大；内配流通道i与缸体4的排油区的接触面积以及外配流通道ii与缸体4的吸油区的接触面积逐渐变小，即内配流通道i的输出流量和外配流通道ii的输入流量同时变小；
54.内配流通道i的输出流量和外配流通道ii的输入流量减小到零；
55.外配流通道ii与柱塞缸体4的排油区的接触面积以及内配流通道i与柱塞缸体4的吸油区的接触面积逐渐变大，即外配流ii通道的输出流量和内配流通道i的输入流量同时变大；
56.外配流通道b的输出流量和内配流通道a的输入流量达到最大；
57.外配流通道ii与柱塞缸体4的排油区的接触面积以及内配流通道i与柱塞缸体4的吸油区的接触面积逐渐变小，即外配流通道b的输出流量和内配流通道i
的输入流量同时变小；
58.外配流通道ii的输出流量和内配流通道i的输入流量减小到零；
59.如此循环，交变配流泵的两油口就会形成流量和方向都交替变化的油液，从而驱动激振缸往复运动。
60.在将该液压控制泵应用至激振系统后，一方面，各柱塞腔的吸/排油口与腰型槽之间不会产生相对运动，进而使得液流变化平稳，无阶跃突变，流量脉动趋近于零。解决了现有技术中液压控制泵存在旋转配流盘相对于缸体柱塞腔的相对运动导致的流量脉动较大的问题。同时，省略了旋转配流盘及其驱动机，简化了装置的整体结构，大大降低了生产成本。另一方面，可利用缸体4旋转直接输出交变液流，通过改变缸体4转速来控制激振频率，通过调节斜盘8的倾斜角度来控制综合排量从而控制激振振幅。相对于现有技术，整个液压控制泵减少了旋转配流盘及其驱动部分，避免使用激振控制阀，减小了流量脉动，简化了结构，节省了成本。
61.因此，解决现有技术中液压控制泵存在旋转配流盘相对于缸体柱塞腔的相对运动导致的流量脉动较大，以及需要增加旋转配流盘及其驱动机导致泵结构复杂、成本上升的问题。
62.本发明第二方面提供了一种激振系统，包括所述的液压控制泵。该激振系统采用缸体驱动轴的交变配流泵对作动器进行驱动，利用缸体旋转直接输出交变液流，通过改变缸体转速来控制激振频率，通过调节斜盘角度来控制综合排量从而控制激振振幅；整个控制泵的优势在于相对现有技术，减少了旋转配流盘及其驱动部分，避免使用激振控制阀，减小了流量脉动，简化了结构，节省了成本。
63.本发明第三方面提供一种用于执行所述液压控制泵的液压控制泵控制方法，通过主电机驱动缸体驱动轴1转动，带动腰型槽和柱塞腔一同转动。由于腰型槽和柱塞腔是一同转动的，两者之间不会产生相对运动。在这种工作状态下液流变化最为平稳，无阶跃突变，流量脉动趋近于零。通过该技术方案，解决现有技术中液压控制泵存在旋转配流盘相对于缸体柱塞腔的相对运动导致的流量脉动较大，以及需要增加旋转配流盘及其驱动机导致泵结构复杂、成本上升的问题。
64.进一步地，可通过角度调节机构调节斜盘8的倾斜角度，改变柱塞5的行程，进而改变泵排量。
65.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
66.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
67.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。