一種降低軸向柱塞泵壓力脈動的控制裝置的製作方法

2024-02-27 03:12:15

本發明涉及壓力脈動控制裝置，具體涉及一種降低軸向柱塞泵壓力脈動的控制裝置.

背景技術：

斜盤式軸向柱塞泵具有高壓、大功率、易於變量、可靠性高等優點而廣泛應用於液壓系統中。然而，由於其工作原理，斜盤式軸向柱塞泵在吸、排油時不可避免的將會產生流量脈動。斜盤式軸向柱塞泵吸油、排油是通過柱塞在缸體中做周期性往復運動引起密封容積變化實現的。柱塞泵輸出的流量為各個在排油區柱塞的排油量和，因此柱塞泵輸出流量隨著柱塞相對斜盤的位置變化而變化，即柱塞泵輸出的流量本身是脈動的。此外，由於斜盤式軸向柱塞泵吸油壓力和排油壓力存在很大的壓差，當處在吸油區的柱塞向排油區過渡時，部分排油區的高壓油液將流入壓力較低的柱塞中，即所謂的流量倒灌現象。因柱塞泵吸、排油而引起的流量脈動將會使液壓系統產生壓力脈動，流量/壓力脈動將引起系統和液壓管路的振動，使得液壓系統產生振動和噪聲。同時，流量/壓力脈動將降低液壓系統的性能，加速元件的老化和失效。因此降低軸向柱塞泵壓力脈動有利於提升泵源輸出油液壓力性能以及提升液壓系統的品質，具有較強的實用價值。

針對液壓系統產生的壓力和流量脈動，國內外學者提出了很多種解決方法，但歸納起來，流體脈動衰減主要可分為被動控制和主動控制兩種。

目前，液壓管路流體脈動被動控制的衰減器的形式主要可以分為三類:第一種是利用能量吸收原理的阻性脈動衰減器；第二種是利用壓力或流量脈動波相互抵消或利用諧振吸收能量，從而衰減流體脈動的抗性脈動衰減器；第三種是利用阻性、抗性各自特點，將它們組合成的阻抗複合型脈動衰減器。但被動控制只適用於削減某一特定頻帶內的流體脈動，而且由於實際的液壓系統的許多不確定因素，使這種控制容易受到外界幹擾的影響。此外，阻、抗性脈動衰減器結構參數固定，不具備自適應濾波的能力，難以滿足實際要求。

流體脈動主動控制是通過增加一些裝置來產生與源壓力脈動頻率、幅值都相等，但是相位不同的壓力波，通過此壓力波與源壓力波疊加而消減系統中的壓力與流量脈動。主動控制主要可以分為三類:(1)在管道中直接加裝一個伺服作動器，通過伺服作動器產生壓力脈動波抵消原液壓系統中的壓力脈動；(2)在管道外壁安裝壓電陶瓷之類的智能材料作動器，通過作動器的運動使管壁發生彈性變形，從而在管道內產生壓力脈動波；(3)基於旁路溢流原理，從主管路中引出一條分支管路，然後在分支管路上安裝由智能材料驅動的伺服閥，節流閥或者消振閥。通過控制閥的運動，從而消減主管路的流量脈動。但是這些主動控制方法也有一些缺點:(1)當加裝伺服作動器時，由於要產生幅值大小相等、相位相差的次級脈動波，這就使得作動器體積較大；又由於在高壓液壓系統中，作動器要承受很大的負載，使得其驅動電壓或磁場強度非常大，會引起作動器過熱等一系列問題；(2)因為管路中的高壓流體會使管道剛度變大，因此若要管道發生變形，則要很大的執行力，因此利用液壓系統管壁的變形來產生壓力脈動波的流體脈動主動控制不適用於高壓系統，一般應用於低壓的液壓管路系統；(3)雖然主動控制消除脈動的效果比被動控制的較好，但相應的主動控制系統複雜、成本昂貴，因此還沒廣泛的應用於實際中；(4)現在的液壓系統(比如飛機的液壓系統)柱塞泵轉速越來越快，因此產生的流量脈動頻率也越來越高，這就成為制約基於旁路溢流原理的流體脈動主動控制發展的瓶頸。

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技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種降低脈動效果好、適用範圍廣的降低軸向柱塞泵壓力脈動的控制裝置。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種降低軸向柱塞泵壓力脈動的控制裝置，該控制裝置安裝在主油路的旁路，所述控制裝置包括與主油路連通的壓力脈動控制閥、分別與所述壓力脈動控制閥另外兩個個出口連通的輔油泵和油箱、用於測量主油路內油壓的壓力傳感器以及與壓力傳感器連接用於控制壓力脈動控制閥開閉的控制器。

所述的壓力脈動控制閥為電磁式二位三通方向閥，當壓力傳感器測得的主油路油壓大於期望壓力，所述控制器控制壓力脈動控制閥與輔油泵連通的出口關閉，壓力脈動控制閥與油箱連通的出口打開，此時，主油路的油液由壓力脈動控制閥流入油箱，以降低主油路的油壓；當壓力傳感器測得的主油路油壓小於期望壓力，所述控制器控制壓力脈動控制閥與輔油泵連通的出口打開，壓力脈動控制閥與油箱連通的出口關閉，此時，輔油泵輸出的高壓油經壓力脈動控制閥進入系統，以增加主油路的油壓。

所述輔油泵的輸出油壓大於主油路的油壓。

所述壓力脈動控制閥的材質為壓電陶瓷材料。

所述壓力脈動控制閥的開閉響應頻率至少為500hz。由於軸向柱塞泵具有很高的壓力脈動頻率，因此需要選擇較高頻率的壓力脈動控制閥，使用壓電陶瓷材料設計壓力脈動控制閥，可以更靈敏的調節主油路的壓力。

所述壓力傳感器的檢測響應頻率至少為1000hz。由於柱塞泵具有很高的壓力脈動頻率，壓力傳感器必須具有較高的頻率以能夠實時跟蹤泵源輸出壓力。

相比於採用蓄能器的被動控制方式，本發明提供的一種降低斜盤式軸向柱塞泵壓力脈動的主動控制系統，在元件器方面選擇了具有較高頻率的壓力傳感器和壓力脈動控制閥，具有較好的動態響應特性，因此可適用於流量脈動頻率較高的管路系統，而且控制系統不需要考慮管路通徑的大小。相比於採用主動控制方式，本發明所提供的一種降低軸向柱塞泵壓力脈動的控制裝置是通過壓力脈動控制閥增加或者降低主油路的壓力來縮小系統實際壓力與設定壓力的差值，不僅能夠消除壓力脈動波的谷值，也能消除壓力脈動波的峰值。而且這個壓力差值一般比較小，因此本發明涉及的降低軸向柱塞泵壓力脈動的控制裝置既適用於低壓小流量的管路系統，也適用於高壓大流量的管路系統，而且設備簡單，結構緊湊，成本較低。

與現有技術相比，本發明的有益效果體現在以下幾方面：

(1)本發明涉及的降低軸向柱塞泵壓力脈動的控制裝置，能夠通過控制器控制壓力脈動控制閥的工作位置來進行補油或者溢流，不僅能夠消除壓力脈動波的谷值，同時也能消除壓力脈動波的峰值；

(2)本發明涉及的降低軸向柱塞泵壓力脈動的控制裝置，在元件器方面選擇了具有較高頻率的壓力傳感器和壓力脈動控制閥，具有較好的動態響應特性，因此可適用於流量脈動頻率較高的管路系統；

(3)本發明涉及的降低軸向柱塞泵壓力脈動的控制裝置，是通過壓力脈動控制閥增加或者降低主油路的壓力來縮小系統實際壓力與設定壓力的差值，而壓力差值一般比較小，因此本發明涉及的降低軸向柱塞泵壓力脈動的控制裝置既適用於低壓小流量的管路系統，也適用於高壓大流量的管路系統；

(4)本發明涉及的降低軸向柱塞泵壓力脈動的控制裝置，不需要設計特定的元件或者裝置，設備簡單，結構緊湊，成本較低。

附圖說明

圖1為本發明的連接示意圖；

圖2為本發明壓力脈動控制閥的結構示意圖；

圖3為控制裝置的控制流程圖。

其中，1為主油路，2為壓力傳感器，3為控制器，4為壓力脈動控制閥，5為輔油泵，6為油箱，a為工作油口，p為進油口，t為出油口，c為電控接口。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

實施例1

一種降低軸向柱塞泵壓力脈動的控制裝置，如圖1所示，該控制裝置安裝在主油路1的旁路，控制裝置包括與主油路1連通的壓力脈動控制閥4、分別與壓力脈動控制閥4另外兩個個出口連通的輔油泵5和油箱6、用於測量主油路1內油壓的壓力傳感器2以及與壓力傳感器2連接用於控制壓力脈動控制閥4開閉的控制器3。

輔油泵5為恆壓變量泵，其壓力設定值大於或等於主油路1的最大油壓，以保證輔油泵5的油液可以通過壓力脈動控制閥4進入主油路1。輔油泵5輸出的油液用於提升主油泵的波谷壓力(壓力傳感器2檢測到的泵源實際壓力小於泵源期望壓力)。由於柱塞泵最大脈動值要遠遠小於其額定流量，因此輔油泵5的額定流量要低於主油泵的額定流量，因此可選取小排量的恆壓變量泵為輔油泵5。

壓力傳感器2用於檢測主油路1的油壓，並將檢測到的信號傳送給控制器3。由於柱塞泵具有很高的壓力脈動頻率，壓力傳感器2必須具有較高的頻率以能夠實時跟蹤主油路1輸出壓力。

如圖2所示為壓力脈動控制閥的結構圖，壓力脈動控制閥4為二位三通方向閥，它包括一個工作油口a、一進油口p、一回油口t以及一個電控接口c。其中，工作油口a與主油路1連通，進油口p與輔油泵5連通，回油口t與油箱6相連，電控接口c與控制器3電聯，控制器3通過電控接口c向壓力脈動控制閥4傳遞指令。壓力脈動控制閥4的工作油口a與進油口p相連時，輔油泵5內的高壓油經過壓力脈動控制閥4流入主油路1，主油路1油壓上升；壓力脈動控制閥4的工作油口a與回油口t相連時，主油路1內的油液經過壓力脈動控制閥4流入油箱6，系統壓力降低。由於軸向柱塞泵具有很高的壓力脈動頻率，因此需要選擇較高頻率的壓力脈動控制閥4，使用壓電陶瓷材料設計壓力脈動控制閥4。由於輔油泵5額定流量較少，因此所需的壓力脈動控制閥4額定流量較低。因此壓力脈動控制閥4的選擇或設計原則為高頻響小流量。

控制器3接收壓力傳感器2檢測到的系統壓力，並和系統期望壓力比較，在此基礎上經過運算給定壓力脈動控制閥4電壓信號，從而控制壓力脈動控制閥4的工作位置和閥芯開度，是壓力脈動控制裝置的核心。

壓力脈動控制裝置的控制流程如圖3所示，先是由壓力傳感器2檢測主油路1的壓力，然後傳送至控制器3，控制器3將壓力傳感器2檢測到的系統實際壓力與系統的設計壓力進行對比；當壓力傳感器2檢測到的壓力大於系統的期望壓力時，控制器3給定壓力脈動控制閥4電信號使其工作油口a和回油口t連通，主油路1油液經過壓力脈動控制閥4流入油箱6，系統壓力降低。當傳感器檢測到的壓力低於系統的期望壓力時，此時控制器3給定壓力脈動控制閥4電信號使其其工作油口a和進油口p，輔油泵5內的高壓油經過壓力脈動控制閥4流入主油路1，系統壓力上升；壓力傳感器2實時將檢測到的系統實時壓力傳輸至控制器3中，由控制器3將所接收到的系統實時壓力與系統設定壓力進行對比，從而實時控制壓力脈動控制閥4的工作位和開度，進而降低主油路1的壓力脈動。