一种径向柱塞数字变量液压变压器转让专利
申请号 : CN202110035573.8
文献号 : CN112879393B
文献日 : 2022-04-05
发明人 : 王林翔 , 张浩志 , 李洪雨 , 谢琦
申请人 : 浙江大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种径向柱塞数字变量液压变压器,包括柱塞缸(1)、旋转配油阀(5)、复位弹簧(2)和偏心杆件(4),偏心杆件(4)外周沿圆周间隔设有多个柱塞缸(1),每个柱塞缸(1)和偏心杆件(4)表面之间通过复位弹簧(2)连接,多个柱塞缸(1)连接于旋转配油阀(5);其特征在于:还包括二位二通电磁阀(3)、供油单向阀(6)、吸油单向阀(7)、排油单向阀(8)、液压泵两位四通电磁阀(12)和马达两位四通电磁阀(13);
旋转配油阀(5)设有一个进油口、一个回油口和多个出油口,多个出油口分别连接到多个柱塞缸(1)的柱塞腔,旋转配油阀(5)的进油口和马达两位四通电磁阀(13)的A口连接,马达两位四通电磁阀(13)的B口和旋转配油阀(5)的回油口连接,马达两位四通电磁阀(13)的P口经供油单向阀(6)和外部模块(14)连接,马达两位四通电磁阀(13)的T口和油箱连通;
油箱经吸油单向阀(7)和液压泵两位四通电磁阀(12)的P口连通,液压泵两位四通电磁阀(12)的T口经排油单向阀(8)和外部模块(14)连接,液压泵两位四通电磁阀(12)的A口分别和多个柱塞缸(1)的柱塞腔连通,液压泵两位四通电磁阀(12)的B口分别和多个柱塞缸(1)的柱塞腔连通,多个柱塞缸(1)的柱塞腔均经各自的二位二通电磁阀(3)连通到油箱。
2.根据权利要求1所述的一种径向柱塞数字变量液压变压器,其特征在于:还包括数字控制器(9),数字控制器(9)分别连接到液压泵两位四通电磁阀(12)和马达两位四通电磁阀(13),通过数字控制器(9)控制液压泵两位四通电磁阀(12)、马达两位四通电磁阀(13)配合工作带动径向柱塞数字变量液压变压器作为径向柱塞液压马达与径向柱塞液压泵的功能切换;数字控制器(9)连接到各个柱塞缸(1)的二位二通电磁阀(3),通过数字控制器(9)控制各个柱塞缸(1)的二位二通电磁阀(3)工作进而控制工作流通的柱塞缸(1)的数量,实现输出多级压力油的压力和流量的控制。
3.根据权利要求2所述的一种径向柱塞数字变量液压变压器,其特征在于:通过数字控制器(9)控制各个柱塞缸(1)的工作状态:当液压泵两位四通电磁阀(12)失电位于常位且马达两位四通电磁阀(13)上电位于非工作位时,液压泵两位四通电磁阀(12)的A口和P口连通,液压泵两位四通电磁阀(12)的B口和T口连通,马达两位四通电磁阀(13)A口、P口、B口和T口均不联通,所述的径向柱塞数字变量液压变压器工作状态为泵的工作状态,变成径向柱塞液压泵,外部模块(14)为负载,油箱中的油液依次经吸油单向阀(7)、液压泵两位四通电磁阀(12)后流入到各个柱塞缸(1)中,柱塞缸(1)中的油液经液压泵两位四通电磁阀(12)、排油单向阀(8)后回油到负载的外部模块(14);
当液压泵两位四通电磁阀(12)上电位于非工作位且马达两位四通电磁阀(13)失电位于常位时,液压泵两位四通电磁阀(12)A口、P口、B口和T口均不联通,马达两位四通电磁阀(13)的A口和P口连通,马达两位四通电磁阀(13)的B口和T口连通,所述的径向柱塞数字变量液压变压器工作状态为马达的工作状态,变成径向柱塞液压马达,外部模块(14)为油泵,油泵的外部模块(14)从油箱抽取油液依次经供油单向阀(6)、马达两位四通电磁阀(13)后流入到旋转配油阀(5),经旋转配油阀(5)配流流入到各个柱塞缸(1)中,柱塞缸(1)中的油液经旋转配油阀(5)配流后再经马达两位四通电磁阀(13)回油到油箱。
4.根据权利要求1所述的一种径向柱塞数字变量液压变压器,其特征在于:各个所述柱塞缸(1)的活塞面积按照2的指数倍变化。
5.根据权利要求3所述的一种径向柱塞数字变量液压变压器,其特征在于:在工作状态为径向柱塞液压泵情况下,所述数字控制器(9)根据控制信号控制调整各个二位二通电磁阀(3)是否工作的状态,从而决定径向柱塞液压泵中的柱塞缸(1)是否失效,以此对参与工作的柱塞缸(1)的数量进行选择,达到输出多级压力油的目的;在工作状态为径向柱塞液压马达情况下,通过旋转配油阀(5)对流量进行控制。
6.根据权利要求3所述的一种径向柱塞数字变量液压变压器,其特征在于:在工作状态为径向柱塞液压马达情况下,改变旋转配油阀(5)的油路的通流面积,从而改变油泵对径向柱塞液压马达中各个柱塞缸(1)的供油量,进而控制偏心杆件(4)的旋转速度以及各个柱塞缸(1)的运动速度。
说明书 :
一种径向柱塞数字变量液压变压器
技术领域
背景技术
位。但由于液压系统效率低下的原因,使其在传统市场上的地位不断受到电力系统的侵袭。
成熟的压力调节元件,将液压能以一定压力且没有能量损失的方式输出到液压系统当中,
使恒压网络二次调节系统在液压系统中的应用受到了很大的限制。因此,针对液压变压器
的设计和研究至关重要。
现功能,结构简单但是效率偏低;而新型时期的液压变压器实现难度较大,且无法实现同时
控制输出压强和流量,即无法实现功率控制。
发明内容
柱塞液压泵输出压力油液,其具有无节流损失的优点,并且通过选择处于工作状态的柱塞
缸的数量和型号,就可以输出不同压力的油液。使用时只需要根据实际负载的大小,计算出
所需要的柱塞缸的数量和型号,就可输出和外部负载相匹配的压力,从而实现减小节流损
失的目的。另一方面,本发明采用旋转配油阀调节输入流量,从而达到调节外部负载运动速
度的目的。
旋转配油阀;还包括二位二通电磁阀、供油单向阀、吸油单向阀、排油单向阀、液压泵两位四
通电磁阀和马达两位四通电磁阀;旋转配油阀设有一个进油口、一个回油口和多个出油口,
多个出油口分别连接到多个柱塞缸的柱塞腔,旋转配油阀的进油口和马达两位四通电磁阀
的A口连接,马达两位四通电磁阀的B口和旋转配油阀的回油口连接,马达两位四通电磁阀
的P口经供油单向阀和外部模块连接,马达两位四通电磁阀的T口和油箱连通;油箱经吸油
单向阀和液压泵两位四通电磁阀的P口连通,液压泵两位四通电磁阀的T口经排油单向阀和
外部模块连接,液压泵两位四通电磁阀的A口分别和多个柱塞缸的柱塞腔连通,液压泵两位
四通电磁阀的B口分别和多个柱塞缸的柱塞腔连通,多个柱塞缸的柱塞腔均经各自的二位
二通电磁阀连通到油箱。
动径向柱塞数字变量液压变压器作为径向柱塞液压马达与径向柱塞液压泵的功能切换;数
字控制器连接到各个柱塞缸的二位二通电磁阀,通过数字控制器控制各个柱塞缸的二位二
通电磁阀工作进而控制工作流通的柱塞缸的数量和型号,实现输出多级压力油的的压力和
流量的控制。
达两位四通电磁阀A口、P口、B口和T口均不联通,所述的径向柱塞数字变量液压变压器工作
状态为径向柱塞液压泵,外部模块为负载,油箱中的油液依次经吸油单向阀、液压泵两位四
通电磁阀后流入到各个柱塞缸中,柱塞缸中的油液经液压泵两位四通电磁阀、排油单向阀
后回油到负载的外部模块;
口连通,马达两位四通电磁阀的B口和T口连通,所述的径向柱塞数字变量液压变压器工作
状态为径向柱塞液压马达,外部模块为油泵,油泵的外部模块从油箱抽取油液依次经供油
单向阀、马达两位四通电磁阀后流入到旋转配油阀,经旋转配油阀配流流入到各个柱塞缸
中,柱塞缸中的油液经旋转配油阀配流后再经马达两位四通电磁阀回油到油箱;
选择,达到输出多级压力油的目的,再通过旋转配油阀对流量进行控制。
度。
时数字变量液压变压器的输入与输出的功率是近似相等的,即P0·Q0≈PL·QL。当径向柱塞
液压泵与径向柱塞液压马达参与工作的柱塞缸数量相同时,其效果等效为油压1:1传递输
出。当部分二位二通电磁阀上电时,改变了径向柱塞液压泵的等效柱塞面积,从而实现变
压,此时满足P0·A0=PL·AL。实际工作时,根据负载所需要的油压P,利用公式:AL=P0A0/P
计算径向柱塞液压泵的等效柱塞面积AL,并根据AL的值在径向柱塞液压泵中确定参与实际
工作的柱塞缸数量和型号,就可以使数字变量液压变压器对负载的输出压力为P。为保证负
载可正常工作,通常实际的径向柱塞液压泵的等效柱塞面积略小于AL,即输出压力略大于
P。假设径向柱塞液压马达和径向柱塞液压泵均由六个柱塞缸组成,径向柱塞液压马达相邻
三个柱塞缸同时处于吸油状态(保证稳定工作并减小偏心杆件的转速波动),径向柱塞液压
泵最多有三个柱塞缸同时处于工作状态,六个柱塞缸的柱塞面积依次为a、2a、4a、a、2a、4a,
则径向柱塞液压马达的等效柱塞面积A0=7a,径向柱塞液压泵的等效柱塞面积AL=na(n=1
~7),则数字变量液压变压器的输出压强等于P0A0/(na)。所以当柱塞缸的数量和型号增多
时,数字变量液压变压器的调压范围增大、调压精度提高。
之间油路被隔断,柱塞缸处于工作状态,可以对负载输出压力油,当二位二通电磁阀上电位
于工作位时,柱塞缸与油箱之间油路连通,柱塞缸处于失效状态,不可以对负载输出压力
油。通过控制二位二通电磁阀的工作状态即可调节径向柱塞液压泵等效柱塞面积的大小,
数字变量液压变压器的输出压强与等效柱塞面积成反比。二位二通电磁阀的响应速度决定
了数字变量液压变压器的工作频率,在数字控制器的控制下,二位二通电磁阀响应速度快,
可以满足数字变量液压变压器高频变压的要求。
中各个柱塞缸的供油量,进而控制偏心杆件的旋转速度以及径向柱塞液压泵中各个柱塞缸
的运动速度,改变数字变量液压变压器的对负载输出的压力油的流量,达到调节负载运动
速度的目的。
泵中参与工作的柱塞缸的数量和型号可以改变径向柱塞液压泵的等效柱塞面积,从而实现
了数字变量液压变压器的变压功能;通过控制旋转配油阀的调节流量的作用,使数字变量
液压变压器具备调节流量的功能。数字变量液压变压器的整个工作过程中除了仅有的摩擦
力的能量损失,基本无节流损失,使数字变量液压变压器的工作效率大大提高。
强最小。并通过旋转配油阀调节该数字变量液压变压器的输出流量。
附图说明
(10)、径向柱塞液压泵(11)、液压泵两位四通电磁阀(12)、马达两位四通电磁阀(13)、外部
模块(14)。
具体实施方式
个柱塞缸1连接于旋转配油阀5;通过复位弹簧2保证各个柱塞缸1及时复位,保证柱塞缸与
偏心杆件紧密接触,实现压力油的持续输出。其特征在于:还包括二位二通电磁阀3、供油单
向阀6、吸油单向阀7、排油单向阀8、液压泵两位四通电磁阀12和马达两位四通电磁阀13。
杆件4传递力,径向柱塞液压马达10由旋转配油阀5输出的恒压油液驱动,通过偏心杆件4的
旋转带动径向柱塞液压泵11。
马达两位四通电磁阀13的A口连接,马达两位四通电磁阀13的B口和旋转配油阀5的回油口
连接,马达两位四通电磁阀13的P口经供油单向阀6和外部模块14连接,供油单向阀6仅允许
外部模块14向旋转配油阀5的流通,马达两位四通电磁阀13的T口和油箱连通;
外部模块14连接,排油单向阀8仅允许液压泵两位四通电磁阀12向外部模块14的流通,液压
泵两位四通电磁阀12的A口有油管路分别和多个柱塞缸1的柱塞腔连通,液压泵两位四通电
磁阀12的B口有油管路分别和多个柱塞缸1的柱塞腔连通,多个柱塞缸1的柱塞腔均经各自
的二位二通电磁阀3连通到油箱。
电磁阀13配合工作带动径向柱塞数字变量液压变压器作为径向柱塞液压马达11与径向柱
塞液压泵12的功能切换;数字控制器9连接到各个柱塞缸1的二位二通电磁阀3,通过数字控
制器9控制各个柱塞缸1的二位二通电磁阀3工作进而控制工作流通的柱塞缸1的数量和型
号,实现输出多级压力油的的压力和流量的控制。
12的B口和T口连通,马达两位四通电磁阀13A口、P口、B口和T口均不联通,径向柱塞数字变
量液压变压器工作状态为径向柱塞液压泵11,外部模块14为负载,油箱中的油液依次经吸
油单向阀7、液压泵两位四通电磁阀12后流入到各个柱塞缸1中,柱塞缸1中的油液经液压泵
两位四通电磁阀12、排油单向阀8后回油到负载的外部模块14;由此形成径向柱塞液压泵
11。
通电磁阀13的A口和P口连通,马达两位四通电磁阀13的B口和T口连通,径向柱塞数字变量
液压变压器工作状态为径向柱塞液压马达10,外部模块14为油泵,油泵的外部模块14从油
箱抽取油液依次经供油单向阀6、马达两位四通电磁阀13后流入到旋转配油阀5,经旋转配
油阀5配流流入到各个柱塞缸1中,柱塞缸1中的油液经旋转配油阀5配流后再经马达两位四
通电磁阀13回油到油箱;由此形成径向柱塞液压马达10。
14的重物先后作为负载和油泵,作为外部模块14的起重机动力源和蓄能器先后作为油泵和
负载
柱塞液压泵11的总有效柱塞面积是7a,则径向柱塞液压泵11的等效柱塞面积AL=na(n=1
~7),数字变量液压变压器的输出P=P0A0/AL,其中P0为旋转配油阀5输出的油液压力、A0为
径向柱塞液压马达10的参与工作的等效柱塞面积、AL为径向柱塞液压泵11的等效柱塞面
积。改变柱塞缸1的数量和型号,径向柱塞液压泵11的等效柱塞面积发生改变,则数字变量
液压变压器的输出压强可以在P=P0A0/7a到P=P0A0/a之间多级变化。增加柱塞缸1的数量
和型号就可以提高数字变量液压变压器的调压精度和调压范围。在实际工作时,根据外部
负载的压强PL及公式AL=P0A0/PL,计算出径向柱塞液压泵11所需要的等效柱塞面积,根据计
算出的AL选择数量和型号合适的柱塞缸1,使最终确定的等效柱塞面积稍小于AL,数字变量
液压变压器输出的压力稍大于外部负载。数字变量液压变压器的输出压强与外部负载的匹
配程度越高,变压过程中的节流损失越小,因此大大提高了液压变压器的效率。
行选择,达到输出多级压力油的目的,再通过旋转配油阀5对流量进行控制。
1的运动速度。
回流至油箱;旋转配油阀5中的阀芯与阀体之间的通流面积越大,油泵对柱塞缸1的供油流
量越大,偏心杆件4的旋转速度越快,则径向柱塞液压泵11可在偏心杆件的带动下输出的压
力油流量越大。
回流至油箱;由工作状态一转换为工作状态二,径向柱塞液压马达10中参与工作的柱塞泵1
发生改变,从而推动偏心杆件旋转。