本发明涉及一种用于飞机液压系统的连续调压电液比例轴向柱塞变量泵，所述电液比例轴向柱塞变量泵包括：比例电磁铁：提供电磁吸力，与调压机构液压力共同作用，实现调节机构阀口开度连续变化；两位三通电磁换向阀：实现两级调压及连续调压两种状态的切换；调压机构：在弹簧力，液压力和电磁铁吸力共同作用下移动，沟通随动活塞压力腔与回油相连接或者与高压油腔相连接；其全部安装在变量头内，通过底部堵头固定其安装位置，变量头与柱塞泵通过螺栓固定，其油路与泵相关油路连接。连续调压电液比例轴向柱塞变量泵实现最低工作压力至最高工作压力之间的连续调节，并且保留了双级调压功能，从而保证系统安全运转。
1.用于飞机液压系统的连续调压电液比例轴向柱塞变量泵，包括：轴向柱塞泵和变量头，变量头与柱塞泵通过螺栓固定在一起，变量头上油路与柱塞泵油路相连接；其特征在于：所述轴向柱塞泵包括泵壳和配装在泵壳内的最大排量限位机构、驱动轴、柱塞、缸体、配流盘、斜盘，所述变量头内部安装有比例电磁铁、两位三通电磁换向阀以及调压机构，且设有内部加工油路，用于内部零件对油液的需求，比例电磁铁安装在两位三通电磁换向阀同一侧下方，调节机构位于比例电磁铁同一水平位置；
比例电磁铁，放置在变量头孔内，孔内加工有内螺纹，用堵头固定比例电磁铁位置；作为电-机械转换元件，将得到的电信号转换成力信号，其输出力与调节机构液压力比较，控制阀芯节流口大小，调节进入变量缸流量，调整斜盘倾角，从而调节变量泵输出压力；
两位三通电磁换向阀，安装在变量头加工的孔内，孔底部加工内螺纹，用堵头固定两位三通电磁换向阀位置，其油口通过变量头内的油路管道分别连接变量泵的出油口、调压机构弹簧底座油腔和变量泵调节腔；其中，当两位三通电磁换向阀电磁铁通电，推动其阀芯运动，连接变量泵出油口和调压机构弹簧底座油腔，继续压缩弹簧直至到达限位装置，实现变量泵双级压力调节，在此基础上比例电磁铁通电，实现压力连续调节，当两位三通电磁换向阀电磁铁断电，变量泵工作在低压力状态，双级压力及连续压力调节均失效；
调压机构，包括调压弹簧，弹簧底座，限位机构，调节阀芯，调节阀芯与比例电磁铁推杆连接，比例电磁铁将通过比例放大板得到的电流信号转化为输出力；调压机构安装于变量头内，底部加工有内螺纹，通过堵头调节调压弹簧预紧力，其在弹簧力、比例电磁铁输出力和液压力共同作用下移动，沟通随动活塞压力腔与回油相连接或者沟通随动活塞与高压油腔相连接，使得油泵斜盘倾角增大或者减小，随之电液比例轴向柱塞变量泵输出流量增大或者减小；所述调压机构决定电液比例轴向柱塞变量泵出口压力，调压机构低压压力值通过调节调压弹簧的预紧力来设定，而高压压力值则由调压弹簧与系统液压力共同设定；在调压机构安装孔内，加工有凸台，用于限制调压机构弹簧座行程，防止弹簧过度压缩失效情况，从而实现弹簧两级压缩。
2.根据权利要求1所述的用于飞机液压系统的连续调压电液比例轴向柱塞变量泵，其特征在于：柱塞泵内，九个柱塞均匀安放在连续调压电液比例轴向柱塞变量泵缸体内部，其与驱动轴通过花键连接，配流盘固定在连续调压电液比例轴向柱塞变量泵缸体上，随着外部输入扭矩带动连续调压电液比例轴向柱塞变量泵缸体旋转，柱塞在回程机构的限制作用下直线往复运动，从而实现油泵的压力输出；当柱塞向离开缸体的方向运动，经过配流盘从吸油口吸入油液，在柱塞向缸体方向运动，将高压油液经过配流盘由出油口输送至液压管道。
3.根据权利要求1所述的用于飞机液压系统的连续调压电液比例轴向柱塞变量泵，其特征在于：两位三通电磁换向阀电磁铁通电，使其工作在两级调压状态，随之比例电磁铁通电，产生对应电流大小的推力，从而电磁铁推力与油泵出口压力作用在阀芯上力的和与弹簧作用力相等，因此随着比例电磁铁通入电压的变化，油泵出口压力随之变化。
4.根据权利要求3所述的用于飞机液压系统的连续调压电液比例轴向柱塞变量泵，其特征在于：因油泵出口压力等于弹簧力减去电磁铁推力，随着比例阀推力即输入电压的增大，油泵压力逐渐减小；油泵出口压力在最大输出压力和最小输出压力之间连续变化。
5.根据权利要求1所述的用于飞机液压系统的连续调压电液比例轴向柱塞变量泵，其特征在于：在比例电磁铁失效即无法输出连续变化吸力情况下，连续调压电液比例轴向柱塞变量泵出口压力作用在调压机构，其与弹簧力相比较，因此通过两位三通电磁阀切换可以实现弹簧两级压缩，实现压力两级变化，随着连续调压电液比例轴向柱塞变量泵出口压力可以实现两级调节。
6.根据权利要求1所述的用于飞机液压系统的连续调压电液比例轴向柱塞变量泵，其特征在于：两位三通电磁换向阀电磁铁断电，系统就工作在最低压力工作状态下，通电即可以实现双级调压功能。
用于飞机液压系统的连续调压电液比例轴向柱塞变量泵
技术领域
[0001] 本发明涉及液压控制设备领域，具体涉及一种用于飞机液压系统的连续调压电液比例轴向柱塞变量泵。
背景技术
[0002] 飞机液压作动系统向着高压化、大功率方向发展，现有的飞机液压系统一般要求轴向柱塞泵按恒压变量模式工作以实现恒压源供油。由于在整个飞行剖面内，负载压力变化较大，传统的固定压力恒压变量泵存在节流损失大、散热困难等问题，节流损失主要表现形式就是产生大量的热，从而导致机载液压系统温度急剧升高，对其正常工作产生影响。
[0003] 对现有的机载液压系统来说，执行机构的工作效率相对高于系统泵源的效率，绝大多数的功率损耗是泵源产生的或与泵源的工作形式有密切联系，因此，有些国家正在研制变压力机载液压系统，提出双变量变量泵及智能泵两种机载液压系统的泵源形式。
[0004] 双级压力变量泵，采用双级变量泵，当需要高压力时，泵源工作于高压变量状态；其他则工作于低压变量状态。这将部分减小系统压力提高带来的无效功率损失。当需要压力值落在高低压力之间的情况下，需求压力还是要靠近高压力调节，与前述机载液压泵源一样会产生较多功率损失进而生成大量热。智能泵源系统，其核心是微处理器控制的变量泵，能够实现多种功能，与飞机主控计算机系统形成上下位机形式的智能系统，实现流量、压力、功率和综合四种工作方式，是现今最为理想的泵源系统。然而此种泵源系统具有较高的成本要求，尚未投入实际使用。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对现有机载液压系统恒压变量模式产生较大功率损失问题，在双级压力变量泵基础上，提出一种泵出口压力可在最低到最高工作压力之间连续可调的电液比例变量泵。
[0006] 为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
[0007] 用于飞机液压系统的连续调压电液比例轴向柱塞变量泵，包括：轴向柱塞泵和变量头，变量头与柱塞泵通过螺栓固定在一起，变量头上油路与柱塞泵油路相连接；所述轴向柱塞泵包括泵壳和配装在泵壳内的最大排量限位机构、驱动轴、柱塞、缸体、配流盘、斜盘，所述变量头内部安装有比例电磁铁、两位三通电磁换向阀以及调压机构，且设有内部加工油路，用于内部零件对油液的需求，比例电磁铁安装在两位三通电磁换向阀同一侧下方，调节机构位于比例电磁铁同一水平位置；
[0008] 比例电磁铁，放置在变量头孔内，孔内加工有内螺纹，用堵头固定比例电磁铁位置；作为电-机械转换元件，将得到的电信号转换成力信号，其输出力与调节机构液压力比较，控制阀芯节流口大小，调节进入变量缸流量，调整斜盘倾角，从而调节变量泵输出压力；
[0009] 两位三通电磁换向阀，安装在变量头加工的孔内，孔底部加工内螺纹，用堵头固定两位三通电磁换向阀位置，其油口通过变量头内的油路管道分别连接变量泵的出油口、调压机构弹簧底座油腔和变量泵调节腔；其中，当两位三通电磁换向阀电磁铁通电，推动其阀芯运动，连接变量泵出油口和调压机构弹簧底座油腔，继续压缩弹簧直至到达限位装置，实现变量泵双级压力调节，在此基础上比例电磁铁通电，实现压力连续调节，当两位三通电磁换向阀电磁铁断电，变量泵工作在低压力状态，双级压力及连续压力调节均失效；
[0010] 调压机构，包括调压弹簧，弹簧底座，限位机构，调节阀芯，调节阀芯与比例电磁铁推杆连接，比例电磁铁将通过比例放大板得到的电流信号转化为输出力；调压机构安装于变量头内，底部加工有内螺纹，通过堵头调节调压弹簧预紧力，其在弹簧力、比例电磁铁输出力和液压力共同作用下移动，沟通随动活塞压力腔与回油相连接或者沟通随动活塞与高压油腔相连接，使得油泵斜盘倾角增大或者减小，随之电液比例轴向柱塞变量泵输出流量增大或者减小；所述调压机构决定电液比例轴向柱塞变量泵出口压力，调压机构低压压力值通过调节调压弹簧的预紧力来设定，而高压压力值则由调压弹簧与系统液压力共同设定；在调压机构安装孔内，加工有凸台，用于限制调压机构弹簧座行程，防止弹簧过度压缩失效情况，从而实现弹簧两级压缩。
[0011] 进一步的，柱塞泵内九个柱塞均匀安放在连续调压电液比例轴向柱塞变量泵缸体内部，其与驱动轴通过花键连接，配流盘固定在连续调压电液比例轴向柱塞变量泵缸体上，随着外部输入扭矩带动连续调压电液比例轴向柱塞变量泵缸体旋转，柱塞在回程机构的限制作用下直线往复运动，从而实现油泵的压力输出；当柱塞向离开缸体的方向运动，经过配流盘从吸油口吸入油液，在柱塞向缸体方向运动，将高压油液经过配流盘由出油口输送至液压管道。
[0012] 进一步的，两位三通电磁换向阀电磁铁通电，使其工作在两级调压状态，随之比例电磁铁通电，产生对应电流大小的推力，从而电磁铁推力与油泵出口压力作用在阀芯上力的和与弹簧作用力相等，因此随着比例电磁铁通入电压的变化，油泵出口压力随之变化。
[0013] 进一步的，因油泵出口压力等于弹簧力减去电磁铁推力，随着比例阀推力即输入电压的增大，油泵压力逐渐减小；油泵出口压力在最大输出压力和最小输出压力之间连续变化。
[0014] 进一步的，在比例电磁铁失效即无法输出连续变化吸力情况下，连续调压电液比例轴向柱塞变量泵出口压力作用在调压机构，其与弹簧力相比较，因此通过两位三通电磁阀切换可以实现弹簧两级压缩，实现压力两级变化，随着连续调压电液比例轴向柱塞变量泵出口压力可以实现两级调节。
[0015] 进一步的，两位三通电磁换向阀电磁铁断电，系统就工作在最低压力工作状态下，通电即可以实现双级调压功能。
[0016] 本发明针对机载液压系统恒压变量模式产生大量功率损失问题，提出了一种连续调压比例变量泵，适应负载压力需求，能有效减少功率损失及发热问题，实现方式为：
[0017] 连续调压电液比例变量泵本质是在双级调压变量泵基础上引进电液比例技术，加工变量头比例电磁铁安装孔，比例电磁铁推杆与调节机构阀芯连接；两位三通电磁换向阀通电比例电磁铁未通电情况下，泵的输出油液被引入到调节机构弹簧底座油腔，推动弹簧底座使其压缩直到碰到限位机构，由此实现弹簧两级压缩，因此变量泵出油口压力升高，实现压力两级调节；
[0018] 在两位三通电磁换向阀通电比例电磁铁同样通电情况下，比例电磁铁输出力和弹簧力以及液压力同时作用在调节机构阀芯上，比例电磁铁和液压力对调节机构阀芯作用力方向相同，因此随着比例电磁铁输入电流增大即输出力增大，变量泵输出压力减小。
[0019] 当所述比例电磁铁通电电流不为零的情况，调节机构阀芯受力表示为[0020] 忽略其阻尼项和惯性项描述，可以得到阀芯位移x0在比例电磁铁输出力F0增大情况下增大，因此进入调节缸流量增大，推动斜盘倾角减小，降低压力。
[0021] 所述比例电磁铁突然失效情况下，可以恢复到双级压力调节模式，即不损害原泵双级调压功能。
[0022] 有益效果：本发明连续调压电液比例轴向柱塞变量泵出口压力能够实现双级调压泵最高工作压力和最低工作压力之间的连续调节，并且在比例电磁铁失效的情况下，保留了双级调压功能，保证了系统的正常运行。
附图说明
[0023] 图1是本发明实施例连续调压比例变量泵的结构示意图。
[0024] 图2是本发明一种实施例连续调压比例变量泵的工作原理图。
[0025] 图3是本发明一种对比实施例的工作原理图。
[0026] 图中，1-两位三通电磁换向阀、2-调节机构、3-调压弹簧、4-轴向柱塞泵5-调节腔6-比例电磁铁、7-吸油口、8-出油口、9-轴向柱塞变量泵出口、10-变量头、11-最大排量限位机构、12-驱动轴、13-柱塞、14-缸体、15-配流盘、16-斜盘、17-比例减压阀、18-两位两通电磁换向阀、19-调节阀阀芯、20-外加调节阀芯、21-推杆，22-回程弹簧。
具体实施方式
[0027] 本发明提出的一种用于飞机液压系统的连续调压电液比例轴向柱塞变量泵，其原理图如图1所示，图2所示为其结构图。
[0028] 用于飞机液压系统的连续调压电液比例轴向柱塞变量泵，如图1所示，包括轴向柱塞泵4和变量头10，变量头10与轴向柱塞泵4通过螺栓固定在一起，变量头10上油路与轴向柱塞泵4油路相连接；所述轴向柱塞泵4包括泵壳和配装在泵壳内的最大排量限位机构11、驱动轴12、柱塞13、缸体14、配流盘15、斜盘16，其中：
[0029] 所述变量头10内包括两位三通电磁换向阀1、安装在两位三通电磁换向阀1同一侧下方的比例电磁铁6和位于比例电磁铁6同一水平位置且连通的调节机构2，且设有内部加工油路；调压机构2包括调压弹簧3，弹簧底座，限位机构，调节阀芯，其安装孔内加工凸台，用于弹簧底座机械限位，防止弹簧过度压缩失效情况，从而实现弹簧两级压缩，调节阀芯与比例电磁铁推杆连接，比例电磁铁6将通过比例放大板得到的电流信号转化为输出力；两位三通电磁换向阀1和比例电磁铁6底部均有堵头，以限定其位置；其中，所述两位三通电磁换向阀1的油口通过变量头10内的油路管道分别连接调压机构2弹簧底座油腔、轴向柱塞泵4的出油口8和轴向柱塞泵4的调节腔5；所述比例电磁铁6将得到的电信号转换成力信号，其输出力与调节机构2液压力比较，控制阀芯节流口大小，调节进入轴向柱塞泵4流量，调整斜盘16倾角，从而调节轴向柱塞变量泵出口9的输出压力；所述调压机构2，通过堵头调节调压弹簧3预紧力，其在弹簧力、比例电磁铁6输出力和液压力共同作用下移动，沟通随动活塞压力腔与回油相连接或者沟通随动活塞与高压油腔相连接，使得油泵斜盘16倾角增大或者减小，随之电液比例轴向柱塞变量泵输出流量增大或者减小；所述调压机构2决定电液比例轴向柱塞变量泵出口9压力，调压机构2低压压力值通过调节调压弹簧3的预紧力来设定，而高压压力值则由调压弹簧3与系统液压力共同设定。本发明通过轴向柱塞泵4、比例电磁铁6、两位三通电磁换向阀1、调节机构2组成一个控制系统对油泵的输出流量进行精确的比例控制。其工作原理：当两位三通电磁换向阀1通电，推动其阀芯运动，连接出油口8和调压机构2弹簧底座油腔，继续压缩弹簧直至到达限位装置，实现变量泵双级压力调节，在此基础上比例电磁铁6通电，实现压力连续调节，当两位三通电磁换向阀1断电，变量泵工作在低压力状态，双级压力及连续压力调节均失效。
[0030] 实施例中，连续调压电液比例轴向柱塞变量泵工作情况下，飞机发动机通过齿轮箱连接变量泵的驱动轴12，带动与驱动轴12花键连接的缸体14一起旋转；九个柱塞13以相同角度均匀安装在缸体14内，在回程机构带动下，在缸体14内作往复直线运动，当柱塞13向离开缸体14的方向运动，经过配流盘15从吸油口7吸入油液，在柱塞13向缸体14方向运动，将高压油液经过配流盘15由出油口8输送至液压管道。
[0031] 两位三通电磁换向阀1通电，而比例电磁铁6未通电情况下，变量泵的输出油液被引入到调节机构2弹簧底座油腔，推动弹簧底座使其压缩直到碰到限位机构，由此实现弹簧两级压缩，使得变量泵出油口8压力升高，实现压力两级调节；在两位三通电磁换向阀1通电，比例电磁铁6同样通电情况下，比例电磁铁6输出力和弹簧力以及液压力同时作用在调节机构2阀芯上，比例电磁铁6和液压力对调节机构2阀芯作用力方向相同，因此随着比例电磁铁6输入电流增大即输出力增大，变量泵输出压力减小。
[0032] 调节机构阀芯受力表示为：
[0033]
[0034] 忽略其阻尼项和惯性项描述，可以得到阀芯位移x0在比例电磁铁输出力F0增大情况下增大，因此进入调节缸流量增大，推动斜盘倾角减小，降低压力变量泵排量。
[0035] 控制腔压力变化方程为：
[0036]
[0037] 阀芯位移变化引起了进入调节缸流量QC，因此会引起调节腔压力PC变化。
[0038] 变量泵斜盘力矩平衡方程为：
[0039]
[0040] 其中，I斜盘转动惯量，C斜盘转动粘性阻尼系数，FC控制油缸作用在斜盘上的力，Fn柱塞作用在斜盘上的力调节压力变化PC引起变化FC，由此可以改变斜盘倾角。
[0041] 变量泵输出压力方程：
[0042]
[0043] 其中：Qp＝Gpα (5)
[0044]
[0045] 以此可以得到斜盘倾角的变化引起输出流量的变化，进而影响了输出压力的大小。
[0046] 从上面推导过程可以得到，当比例电磁铁6输出力随输入电流变化可以改变调节机构2阀芯的位移，改变进入调压腔流量，引起其压力变化，进而改变变量泵斜盘16倾角，输出流量及输出压力随之变化。因此，输入电流与流量泵输出压力之间存在变换关系，通过改变连续变化电流大小实现压力连续变化是可行的。
[0047] 对比实施方式：变量泵的变量机构，还包括比例减压阀17、两位两通电磁换向阀18、调节阀阀芯19、外加调节阀芯20、推杆21，回程弹簧22。如图3所示，在推杆21、外加调节阀芯20上加工T型槽，从而将推杆21和外加调节阀芯20连接起来，改善其力传递不稳的问题。当两位两通电磁换向阀18不通电情况下，可以实现双级调压功能；当两位两通电磁换向阀18通电情况下，比例减压阀17通入电流，由此产生与电流大小对应的阀口开度，因此决定了比例减压阀17出口压力大小，随之作用在阀芯20端面积上力大小也确定。调压机构2阀芯因受到泵出口9压力作用在外加调节阀芯20的力，推杆21作用力，调压弹簧3力实现力平衡。
阀芯弹簧力已经调定，推杆21作用力随比例减压阀17输入电流变化而变化，因此泵出口9压力可以随之变化，从而实现泵出口9压力在双变量泵最高工作压力和最低工作压力之间连续调节。
[0048] 此种实现方式机械结构较为复杂，需构成两路油路实现连续调压和双级调压功能，并且变量头油路设计及加工较为复杂，同时，因调节阀阀芯较细小，所以在其上加工T型槽较为艰难。
[0049] 较之，本发明中的实现方式机械结构较为简单，所需元件少，成本较为低廉；变量头油路设计较为简单，随之其加工容易实现，并且，比例电磁铁推杆不需要进一步加工。
