專利名稱：液壓脈寬調制控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種液壓控制裝置，使用該裝置，可以方便的實現(xiàn)輸出量的數(shù)字控制， 屬于數(shù)字液壓技術領域。
背景技術：
傳統(tǒng)的節(jié)流調節(jié)液壓回路， 一般都是由液壓泵連續(xù)供油，通過節(jié)流孔來調節(jié)油路 流量，壓力，節(jié)流損失勢必會使得系統(tǒng)效率下降。近年來雖然數(shù)字液壓領域的研究取 得了一fe的進展，但是使用的仍然是傳統(tǒng)的液壓元件，節(jié)流損失依然存在，而且數(shù)字 控制僅限于控制電磁閥，因此受到電磁閥響應能力的限制。本發(fā)明的發(fā)明目的在于針對已有技術存在的缺陷，提供一種液壓脈寬調制控制裝 置，能對油液輸出參數(shù)實現(xiàn)精確控制，使數(shù)字控制和液壓裝置實現(xiàn)結合，為數(shù)字液壓 提供一種變換裝置。為達到上述目的，本發(fā)明的構思是本發(fā)明的這種液壓脈寬調制裝置,負載不直接與泵接通，而是通過一多孔旋轉轉 子形成的開關閥和一個由共振裝置組成的共振腔，陸續(xù)接通泵油路和預壓油箱，使得 系統(tǒng)效率大于節(jié)流控制。本發(fā)明的這種液壓脈寬調制裝置通過可以用來精確調節(jié)出油壓力，流量。在轉子 高速轉動過程中，共振腔首先接通泵供油線路，在油液壓力下，共振腔體積增大；泵 油路斷開，質量塊和壓力油在慣性作用下，共振腔體積繼續(xù)增大，壓力降至低于油箱 預壓力，立刻接通預壓油箱后，油液被少量吸入共振腔；油箱斷開，質量塊和油液停 止運動，共振腔達到最大體積，接通出油口，油液在共振裝置回復力作用下流出共振 腔。另一方面，也是最重要的一方面，該發(fā)明將液壓裝置與數(shù)字控制結合到了一起。 眾所周知，數(shù)字控制技術在工程中已廣泛應用。然而，數(shù)字控制在液壓領域卻很少得 到應用，原因主要是缺少快速的液壓開關閥。開關控制，即0-1控制要求較高的頻率， 然而目前通過多級液壓放大裝置獲得的開關頻率，僅有幾十赫茲，高速開關電磁閥的 頻率最高也僅為上百赫茲，閥芯慣性和電磁鐵響應能力都限制了頻率的提高。另外頻 率的提高使得液壓裝置通流能力與帶負載能力都下降。本發(fā)明使用有多孔配流的轉子的旋轉運動來代替閥芯的往復運動，用電機帶動轉 子高速旋轉實現(xiàn)油路高頻率切換，消除了閥芯往復運動的能量損失，并且實現(xiàn)了高的 幵關頻率。使用共振裝置使系統(tǒng)在共振條件下運動，在共振腔內(nèi)形成壓力波，大大地 提高了效率。通過改變配流盤油口控制邊的相對夾角，可以改變油路的通油時間，進 而可以調節(jié)出口壓力，流量。另外，共振裝置頻率可調，用來適應要求的不同轉速。 該裝置結構簡單，調節(jié)方便，可以實現(xiàn)無級調節(jié)，通流能力大，帶負載能力強。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明通過液壓裝置實現(xiàn)對其輸出油液壓力，流量的精確控制。轉子孔接通泵油 路時間，通油箱時間，出油時間都可以通過配流盤油口控制邊相對角度來控制，出油 時間為通泵時間和通油箱時間之和。通過控制盤在一定角度內(nèi)旋轉可以實時調節(jié)通泵 時間和通油箱時間的相對比例，裝置固定配流盤油口控制邊的相對位置要根據(jù)系統(tǒng)共 振頻率設定?？刂票P可以在邊緣加工出齒，通過控制操縱桿轉動小齒輪來調節(jié)。根據(jù)上述的發(fā)明構思，本發(fā)明采用下述技術方案一種液壓脈寬調制控制裝置，包括由電機驅動的轉動體、配流盤、端蓋l、殼4、接通油泵的油路P、接通油箱的油路T和接通負載的油路A，其特征在于轉動體與配 流盤匹配構成三油路切換結構，控制所述的三條油路與一個共振裝置5的共振腔15 的交替接通。本裝置整體結構可設計如圖3和圖4所示，由端蓋l，小齒輪箱2，內(nèi)核3，殼 體4和共振結構5組成。內(nèi)核3密封于端蓋1，殼體4和共振結構5組成的空間內(nèi)。 如圖2，內(nèi)核3由轉子體和配流盤組成。轉子體與配流盤之間形成液體摩擦，并且允 許轉子體有一定的軸向竄動。轉子體結構如圖5，由花鍵軸7帶動轉動盤8轉動，轉 動盤8上均布若干孔，孔上固有柱塞9，由柱塞9帶動浮動密封盤6同步旋轉。上述 的配流盤有四個，設置在轉動體左側端的控制盤11和出油腔12以及設置在轉動體右 側端的固定環(huán)13和油量環(huán)14，組成端面配流機構，三條油路徑向分布，通過所述的 四個配流盤控制邊之間的相對夾角來控制油路的連通時間，如圖6所示，控制盤11 與出油腔12形成一側的配流面，由出油腔12的凸肩將控制盤11壓緊至端蓋，如圖 14。固定環(huán)13與油量環(huán)14組成另一側的配流面，通過螺釘將二者固定于殼體4上， 如圖13。兩側配流面的相對位置由殼體4和端蓋1確定。該裝置采用端面配流，三條油路均在軸向接通，P口接通液壓泵供油線路，T口 接通預壓油箱，A口輸出。隨著花鍵軸7帶動轉動體的高速旋轉，共振腔15依次接通P， T， A口。由P口， A 口供給壓力油至共振腔15，由A口將共振腔內(nèi)的壓力油 輸出。該液壓裝置的多孔配流原理可設計為如圖7、圖8、圖9所示，圖7為油路P初 始位置的通流回路，圖8為油路T初始位置的通流回路，圖9為油路A初始位置的 通流回路。上述的轉動體是一種柱塞-浮動盤式端面密封結構，是一根轉軸7帶動一 個轉盤8，轉盤8上軸向插配柱塞9，柱塞9通過密封圈22帶動浮動盤6同步轉動， 軸向允許其有少量浮動。其油路結構可設計為圖7所示，當轉子孔32轉至油口 25 的控制邊a時，轉子孔32接通孔25, 26和共振腔15，油路P接通，壓力油從液壓 泵進入共振腔，共振腔體積增大，壓力膜片密封的空氣被壓縮；當轉子孔32轉過控 制盤油口26的控制邊d時，油路P斷開，共振腔由于油液和壓力膜片質量塊的慣性 作用，共振腔體積繼續(xù)增大，此時如圖8，轉子孔33轉至控制盤油口28的控制邊e, 控制盤油口 28與油量環(huán)油口 27被接通，油箱中的油液被吸入共振腔，共振腔體積繼 續(xù)增大；當轉子孔33轉過油量環(huán)油口27控制邊b時，油路T斷開，共振腔體積停止 增大，同時如圖9所示，轉子孔34轉至油量環(huán)油口 29的控制邊c，油口29與出油 腔油口30被接通，共振腔的壓力油在共振膜的回復力作用下通過出油腔輸出。當轉 子孔34轉過出油腔油口 30控制邊f(xié)時，油路A斷開，同時轉子孔35又轉至固定環(huán) 油口25的控制邊a，又一個循環(huán)開始。由以上分析可知，油路P通油時間由控制邊a， d夾角a'p決定，油路T通油時 間由控制邊e， b夾角"t決定，油路A出油時間由控制邊c， f的夾角"a決定?？?慮到轉子孔有一定寬度，其角度為^，則油路P控制角ap為"p加上e，油路T控制角A等于"t加上^油路A控制角^為"a加上e。為保證輸出的周期性，即油路A斷開后，油路P立刻接通，轉子孔之間的夾角應等于一個周期內(nèi)轉子轉過的角度。 由于預壓油箱壓力相對于液壓泵壓力可以忽略不計，可以忽略出油和供油的壓力差。 油路A控制角^應等于油路P控制角ap與油路T控制角A之和，即控制邊a， b的夾角應等于c， f的夾角。《P， ^之間的相對大小由控制邊d， e決定，即由控制盤 的位置決定。轉子孔的數(shù)量由轉子轉速和共振頻率之間的關系決定，并且共振頻率可以通過調 節(jié)壓縮空氣來改變。結構一旦確定，轉子轉速和共振頻率的函數(shù)關系就確定。轉子孔的數(shù)量同時決定了控制角的大小。配流盤油口的數(shù)量和共振腔的數(shù)量僅由輸出流量和 壓力決定。對輸出流量和壓力的調節(jié)主要是通過調定轉子體兩側配流盤油口控制邊之間的 相對角度來實現(xiàn)的。控制盤ll，出油腔12,固定環(huán)13和油量調節(jié)環(huán)14的油口控制 邊之間的相對夾角決定了轉子接通油路P、油路T、油路A的轉角，即決定了三條油 路的通流時間。通過設定固定環(huán)13，油量調節(jié)環(huán)14，出油腔12之間的相對位置，在 一定范圍內(nèi)調節(jié)控制盤的轉角就可以實現(xiàn)脈寬調節(jié)。共振裝置采用壓力膜片密封可調壓縮空氣組成，壓力膜片上固連質量塊。通過調 節(jié)共振腔內(nèi)的壓縮空氣壓力就可以改變共振裝置的固有頻率，可以在更大范圍上調節(jié) 輸出，并且使裝置可以適應不同電機轉速，擺脫裝置結構的限制，實現(xiàn)更高的轉換頻 率。轉動體采用柱塞-浮動密封盤結構，可以實現(xiàn)更好的密封和潤滑。同時可以對磨 損實現(xiàn)自動補償，允許軸有一定的轉動誤差和軸向竄動。控制盤11端部加工成齒輪，用小齒輪與之嚙合來方便的調節(jié)控制盤的轉角，可 以通過電控制或機械控制，也可以通過控制器對輸出流量壓力實現(xiàn)閉環(huán)控制。控制盤11由出油腔12支承，并且軸向將控制盤11壓緊至端蓋1。出油腔端部 加工出螺紋，用螺母來固定出油腔和控制盤，并且可以調節(jié)出油腔和控制盤之間間距 以方便調節(jié)控制盤。出油腔與控制盤之間用O型圈16壓緊密封。固定環(huán)13和油量調節(jié)環(huán)14用螺釘52固定于殼體4的定位孔17上，控制盤11 用銷釘38固定于端蓋1的定位孔18上，定位孔17， 18的位置存在著確定的關系。為調試方便，油量調節(jié)環(huán)14與固定環(huán)13之間相對位置應可以調節(jié)，為此，油量 調節(jié)環(huán)14加工有環(huán)形槽19，可以通過松開螺釘52進行調節(jié)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的實質性特點和顯著優(yōu)點本發(fā)明采用轉動體與配流盤構成三路油路切換結構，控制接通油泵的油路P、接 通油箱的油路T和接通負載的油路A與共振腔交替接通，能對油液輸出參數(shù)實現(xiàn)精 確控制。本發(fā)明的結構簡單，調節(jié)方便，提高了系統(tǒng)效率，使數(shù)字液壓和液壓裝置實 現(xiàn)了很好的結合，為數(shù)字液壓提供了一種變換裝置，在下一代液壓系統(tǒng)中有著廣泛的 應用前景。
圖1是本發(fā)明一個實施例的結構示意2是圖1所示液壓裝置內(nèi)核3的分解示意3是圖1所示液壓裝置的外形總體4是圖l示例的分解5是該液壓裝置轉動體的分解示意6是該液壓裝置4個配流盤的結構示意7是油路P的配流原理8是油路T的配流原理9是油路A的配流原理IO是控制盤和出油腔的配流端面示意11是固定環(huán)和油量環(huán)的配流端面示意12是浮動密封盤油口的視13是固定環(huán)，油量環(huán)與殼體的連接結構示意14是控制盤，出油腔和端蓋1的連接結構示意15是浮動密封盤結構示意圖具體實施方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例結合
如下圖1為本液壓脈寬調制裝置的內(nèi)部剖面圖，軸7由電機或其他傳動裝置帶動高速旋轉，軸7通過花鍵20與轉動盤8連接，轉動盤8上沿徑向開有若干孔，孔上固定 有柱塞9，柱塞9軸向有通孔21，柱塞9端部與浮動密封盤6相配合，通過壓縮密封 圈22密封。浮動密封盤6通過平鍵23與軸7連接，軸向通過壓縮彈簧24緊壓配流 盤端面實現(xiàn)密封。浮動密封盤6與柱塞9端部有一定間隙，允許密封盤有少量的軸向 浮動。柱塞9通過密封圈22帶動浮動密封盤6與軸7同步轉動。配流盤由四個構件組成，控制盤ll，出油腔12，固定環(huán)13，油量環(huán)14。這四個 構件通過控制邊之間的相對夾角來控制油路P， T， A的接通時間，進而控制輸出壓 力與流量。如圖7、圖8、圖9所示，固定環(huán)油口25與控制盤外側油口26形成油路 P,即使得共振腔接通液壓泵。控制盤油口 28與油量環(huán)外側油口 27形成油路T，共 振腔接通預壓油箱。油量環(huán)油口 29與出油腔油口 30形成出油通路，共振腔壓力油流 出。為了實現(xiàn)如圖7、圖8、 9所示的配流原理，結構設計如下如圖12、圖13、圖14所示，轉動體配流油口分布呈輻射狀，油口32接通固定環(huán)13油口 25和控制盤11油口 26形成油路P，油口 33接通油量環(huán)14油口 27和控 制盤11油口 28形成油路T，油口 34接通油量環(huán)14油口 29和出油腔12油口 30形 成油路A。轉子轉動方向如箭頭31所示。要實現(xiàn)圖7、圖8、圖9所示的控制角度，結構設計如下- P， a,之和等于"A,等于相鄰轉子孔夾角的一半，即控制邊a， c的夾角應等于c， g的夾角，油量環(huán)的控制邊c處于固定環(huán)控制邊a， g的平分線上。如圖13所示， 固定環(huán)13兩控制邊中線處鉆有通孔36，調節(jié)環(huán)14控制邊徑向位置加工有環(huán)形沉槽 35，同時，固定環(huán)13和油量環(huán)14用螺釘52緊固于殼體3的指定螺孔37中，當需要調節(jié)時，可以方便的松開螺釘52轉動油量環(huán)來調節(jié)。對于"p,"T之間相對大小的調 節(jié)和控制角6^的設定則需要設定控制盤11和出油腔12的位置，。調節(jié)控制邊d， e 在控制邊a， b夾角內(nèi)，便可以調節(jié)"p， A之間相對夾角，并使得二者之和等于c^，結構上如圖14所示可以在控制邊d， e處固定一柱銷38，并使其嵌入至端蓋l的環(huán) 形槽39里，以方便限制控制盤ll的位置，并且在調節(jié)過程中觀察角度變化?？刂平?c^由油量環(huán)14的控制邊c和出油腔12的控制邊f(xié)組成，并且控制邊a， g的夾角等于相鄰轉子孔的夾角?？刂平莄^的兩控制邊之間的位置關系可以通過殼體4的孔37和端蓋1的孔41的位置來實現(xiàn)，孔41和出油腔的控制邊f(xié)位于同一徑向位置，孔37 和油量環(huán)的控制邊c位于同一徑向位置，因此孔37和41在徑向的夾角應當?shù)扔谵D子 孔角度的一半。出油腔通過圓柱面43支撐控制盤，并在軸向通過密封圈來固定控制 盤。出油腔12上開有鍵槽，和端蓋1孔41之間用銷釘連接，用于定位控制邊f(xié)，并 且允許出油腔有少量軸向移動，用于調節(jié)控制盤11和出油腔12之間的軸向間隙，減 少調節(jié)控制盤所受到的阻力。出油腔端部加工有螺紋44，可以通過螺母固定于端蓋l 上來定位出油腔和控制盤，并作適量軸向調節(jié)。因為裝置的控制邊和轉子的轉動方向相關，并且油口不具有軸對稱性，所以裝置 具有方向性，加工和安裝時都應當考慮其方向性。本發(fā)明采用端面配流。端面配流相對于軸配流而言，有許多優(yōu)點，端面配流可以 實現(xiàn)較好的密封，元件磨損可以自動補償，可以在結構上實現(xiàn)力或力矩的平衡，能夠 允許少量的軸向跳動等等。本發(fā)明中采用一種浮動密封盤密封裝置，如圖15，浮動 密封盤孔與柱塞端部配合，采用密封圈24密封，由柱塞帶動同步轉動，通過46處的鍵連接來進行徑向定位，浮動密封盤47處固定有壓縮彈簧，保證其配流盤之間形成 液體摩擦，既有一定徑向壓力，保證油液不會從油孔泄露，又不會由于密封盤的運動 不穩(wěn)定發(fā)生零件間的嚴重摩擦和碰撞。密封盤44處加工出很淺的凹槽，并和油口連 通， 一是可以增加浮動密封盤和配流盤之間液體潤滑的面積，減少摩擦，另一方面， 凹槽始終有殘留油液，可以減少啟動時的摩擦阻力。另外柱塞端部和孔45端面有一 定間隙，油液會在孔45的環(huán)形內(nèi)側形成背壓，當油液壓力增大時，浮動盤會自動壓 緊配流盤形成密封?？刂票P11端部可加工出齒48，通過小齒輪49與之嚙合，小齒輪與小齒輪軸50 通過平鍵51連接，小齒輪軸通過軸承和密封圈安裝于小齒輪箱2內(nèi)。小齒輪箱2軸 向與端蓋1通過螺釘連接，底座與殼體4的凸臺通過螺釘連接。共振裝置可以采用壓力膜片密封壓縮空氣來實現(xiàn)，壓力膜片上用螺釘固接質量 塊。壓縮空氣可通過進氣口調節(jié)，因而共振裝置的固有頻率也可以得到調節(jié)，使得裝 置可以適應不同轉速，可以實現(xiàn)不同的油路轉換頻率。
權利要求
1.一種液壓脈寬調制控制裝置，包括由電機驅動的轉動體、配流盤、端蓋(1)、殼(4)、接通油泵的油路P、接通油箱的油路T和接通負載的油路A，其特征在于轉動體與配流盤匹配構成三油路切換結構，控制所述的三條油路與一個共振裝置(5)的共振腔(15)的交替接通。
2. 根據(jù)權利要求1所示的液壓脈寬調制控制裝置，其特征在于所述的配流盤有四個 組成，即設置在轉動體左側端的控制盤(11)和出油盤(12)以及設置在轉動體 右側端的固定環(huán)(13)和油量環(huán)(14),三條油路徑向分布，通過所述的四個配 流盤控制邊之間的相對夾角來控制油路的連通時間。
3. 根據(jù)權利要求l所述的液壓脈寬調制控制裝置，其特征在于所述的轉動體是一種 柱塞-浮動盤式端面密封結構，是一根轉軸(7)帶動一個轉盤(8)，轉盤(8)上 軸向插配柱塞(9)，柱塞(9)通過密封圈(22)帶動浮動盤(6)同步轉動，軸 向允許其有少量浮動。
4. 根據(jù)權利要求書2所示的液壓脈寬調制裝置，其特征在于所述的控制盤(11)在 外側加工成齒輪而與一個小齒輪嚙合，實現(xiàn)配流盤四構件之間相對位置的調整。
5. 根據(jù)權利要求書1所示的液壓脈寬調制裝置，其特征在于配流盤四個構件之間的 位置通過端蓋和箱體來相互約束，并且控制盤(11)可旋轉作微量調節(jié)，實現(xiàn)對 輸出油液壓力，流量的控制。
6. 根據(jù)權利要求書1所示的液壓脈寬調制裝置，其特征在于所述的共振裝置(5) 由壓力膜片密封可調壓縮空氣構成，壓力膜片上固連質量塊，共振裝置固有頻率 通過調節(jié)壓縮空氣設定以適應不同轉速的要求。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液壓脈寬調制控制裝置，它包括由電機驅動的轉動體、配流盤、端蓋、箱體、接通油泵的油路P、接通油箱的油路T和接通負載的油路A。轉動體與配流盤匹配構成三油路切換結構，控制三油路與一個共振裝置的共振腔交替接通。本裝置能對油液輸出參數(shù)實現(xiàn)精確控制。該裝置結構簡單，調節(jié)方便，提高了系統(tǒng)效率，使數(shù)字控制和液壓裝置實現(xiàn)了很好的結合，為數(shù)字液壓提供了一種變換裝置，在下一代液壓系統(tǒng)中有著廣泛的應用前景。
文檔編號F15B21/02GK101235839SQ20081003408
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月29日 優(yōu)先權日2008年2月29日
發(fā)明者劉玉虎, 張國賢, 王桂河, 健 金 申請人:上海大學