阅读说明：本技术 一种柱塞泵的多档输入功率控制系统 (Multi-gear input power control system of plunger pump ) 是由 齐红衢 张磊磊 王嘉斌 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：一种柱塞泵的多档输入功率控制系统,包括功率阀和可调节辅压油油压的外接控制阀,功率阀的阀套上开设有高压油口、压力油口、辅压油口和功率阀泄油口,高压油口输入的高压油转换为柱塞泵输入功率,高压油通过功率阀节流后形成压力油经内部油路从压力油口流出,外接控制阀的出油口经外接油路与功率阀的辅压油口连通,经外接控制阀调节油压后的辅压油通过外接油路进入功率阀的辅压油口。本发明提供的控制系统在保证进入高压油口和辅压油口的油压作用力之和不变前提下,外接控制阀调节辅压油油压,以适应输入高压油口的高压油的不同油压,使得柱塞泵具有不同的输入功率,即可根据不同的作业工况选择合适输出功率的工作主机,达到节约能耗的目的。(The utility model provides a many grades of input power control system of plunger pump, including power valve and the adjustable external control valve who assists the pressure oil pressure, set up high-pressure hydraulic fluid port, assist pressure hydraulic fluid port and power valve draining port on the valve barrel of power valve, the high-pressure oil conversion that the high-pressure hydraulic fluid port was inputed into the plunger pump, the high-pressure oil forms pressure oil after the throttle through the power valve and flows from the pressure hydraulic fluid port through inside oil circuit, the oil-out of external control valve is through external oil circuit and the assistance pressure hydraulic fluid port intercommunication of power valve, the assistance pressure oil after adjusting the oil pressure through external control valve gets into the assistance pressure hydraulic fluid port of power valve through external oil circuit. The control system provided by the invention has the advantages that on the premise of ensuring that the sum of oil pressure acting forces entering the high-pressure oil port and the auxiliary oil pressure port is unchanged, the auxiliary oil pressure is adjusted by the external control valve to adapt to different oil pressures of high-pressure oil input into the high-pressure oil port, so that the plunger pump has different input powers, a working host with proper output power can be selected according to different working conditions, and the purpose of saving energy consumption is achieved.)

一种柱塞泵的多档输入功率控制系统

技术领域

本发明涉及变量柱塞泵技术领域，具体涉及一种柱塞泵的多档输入功率控制系统。

背景技术

柱塞泵因具有转速高、压力大、结构紧凑以及易于变量控制等诸多优势被各类液压传动系统广泛采用。随着工程机械、矿山机械、汽车制造等技术的发展，对液压系统的液压元件也提出了比例控制、伺服控制、无级调速等要求。众所周知，工程机械、矿山机械等主机的工作状况十分复杂，而目前变量柱塞泵的排量通常采用单一功率控制的工作方式，不能适应工作主机根据不同工作环境实时理想匹配发动机输出功率的要求，造成发动机功率浪费或过载停机。

液压系统中的液压元件功率阀控制的较为典型，传统的恒功率阀采用双弹簧、三油孔的形式对功率曲线进行拟合，结构参见图1所示，其包括有变量活塞1、功率阀反馈杆2、功率阀套和阀芯3、密封圈4、弹簧座5、一级变量大弹簧6、二级变量小弹簧7、小弹簧座8、螺纹套9、顶针10、卡圈11、调节螺母12、锁紧螺母13、调节螺钉14和保护帽盖15，上述各个部分之间相应位置的设置关系如图1中所示，实现恒功率的原理图参见图2所示。总体来说，传统的恒功率阀随着压力的增大，功率呈单一变化曲线来输出，其缺点是不同工况时其输出功率只是随着压力的增大而变化，不会因实际需求提供相应的输出功率，当主机工作时如果小功率就能满足当前任务，但此时输出功率较实际相对大，会消耗更多的能源。同时，对于多挡功率控制变量泵虽能实现多挡功率的控制，但对于柱塞泵的实现方案则比较复杂，例如公开号为CN203532367U的专利所提供的多档功率控制变量柱塞泵，该柱塞泵的控制装置内则需设置齿轮泵等结构，则进一步增加了柱塞泵的结构复杂度，加工生产成本随之提高。

针对上述存在的问题，若能够在现有的恒功率阀的基础上进行结构改进即可实现柱塞泵多档输入功率控制的功能，成为目前亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种柱塞泵的多档输入功率控制系统，该控制系统在原有传统的恒功率阀的基础上进行结构改进，可根据主机不同的作业工况，选择不同的辅助油油压输出，以使得输入功率阀内的高压油具有不同油压的起变点，从而改变柱塞泵的输入功率，以达到节约能耗的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种柱塞泵的多档输入功率控制系统，包括一功率阀，所述功率阀的阀套上开设有高压油口、压力油口和功率阀泄油口，所述高压油口输入的高压油转换为柱塞泵的输入功率，高压油通过所述功率阀节流后形成压力油经内部油路从所述压力油口流出，所述控制系统还包括一可调节输出的辅压油油压的外接控制阀，所述功率阀的阀套上还开设有一独立设置的辅压油口，所述外接控制阀的出油口经外接油路与所述功率阀的辅压油口连通，经所述外接控制阀调节油压后的辅压油通过外接油路进入所述功率阀的所述辅压油口，所述功率阀内部设置有四阶油路分别连通所述高压油口、所述辅压油口、所述压力油口和所述功率阀泄油口，

在保证进入高压油口和辅压油口的油压作用力之和不变的前提下，外接控制阀调节其输出的辅压油油压，以适应输入功率阀高压油口的高压油的不同油压，使得柱塞泵具有不同的输入功率。

作为优选的，所述外接控制阀为比例增压阀，所述比例增压阀的阀套上开设有外控油口、增压油口和比例阀泄油口，所述比例增压阀内设置有三阶油路分别连通所述外控油口、所述增压油口和所述比例阀泄油口，所述增压油口通过外接油路与所述功率阀的所述辅压油口连通，所述外控油路输入的恒压油经过所述比例增压阀增压后形成辅压油从所述增压油口流出并通过外接油路进入所述功率阀的辅压油口。

作为优选的，所述比例增压阀还包括有阀体、阀芯、阀套和比例增压电磁铁，所述阀套上所述外控油口、所述增压油口和所述比例阀泄油口的位置均设置有与其对应连通的进油腔、工作油腔和泄油腔，所述阀芯沿所述阀套轴向设置在所述阀套内部并且贯穿所述进油腔、所述工作油腔和所述泄油腔设置，所述阀芯对应所述进油腔、所述工作油腔和所述泄油腔的位置分别加工形成有第一台阶、第二台阶和第三台阶，且所述第二台阶的两侧设置有增压口，通过所述增压口连通所述进油腔和所述工作油腔，所述比例增压电磁铁轴向设置所述阀体一侧并且作用于所述阀芯上，比例增压电磁铁工作驱动所述阀芯轴向移动以此实现所述增压口位于所述进油腔和所述工作腔连通油路上的面积减小或增大。

作为优选的，所述比例增压阀的增压压力与所述阀芯的增压口连通面积即所述阀芯的开口量ΔK成正比。

作为优选的，所述增压口为键槽型沉孔。

作为优选的，所述比例增压电磁铁与所述阀体卡合连接，所述比例增压电磁铁的连接处的端部沿其轴向内凹设有一作用槽，所述阀芯的一端设置在所述作用槽内，所述阀芯设置在所述作用槽内的一端可在所述比例增压电磁铁的电磁力作用下伸出并在所述阀体内轴向移动。

作为优选的，所述比例增压与所述阀体的卡合连接处设置有一密封圈。

与现有技术相比，本发明提供的一种柱塞泵的多档输入功率控制系统，该控制系统内采用的功率阀与现有传统的恒功率阀结构相似，仅需要在目前的恒功率阀的阀套上增开一辅压油口，内部阀芯增设置一阶油路即可得到本发明提供的功率阀，同时在功率阀的辅压油口上外接一比例增压阀，该比例增压阀通过电磁方式来控制功率阀的辅压油油压，在保证进入高压油口和辅压油口的油压作用力之和不变即功率阀内变量弹簧压缩量设定量不变的前提下，通过外接的比例增加阀调控辅压油油压使得功率阀具有不同输入高压油油压的起变点，从而使得工作主机根据不同的作用工况选择合适的功率输出，以达到节约能耗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中恒功率阀的结构剖面示意图；

图2为现有技术中恒功率阀的原理图；

图3为本发明提供的一种柱塞泵的多档输入功率控制系统中功率阀的结构剖面示意图；

图4为本发明提供的一种柱塞泵的多档输入功率控制系统中比例增压阀的结构剖面示意图；

图5为图4中B-B方向的剖视图；

图6为本发明提供的一种柱塞泵的多档输入功率控制系统中功率阀未开启状态时的原理图；

图7为本发明提供的一种柱塞泵的多档输入功率控制系统中功率阀开启状态时的原理图；

图8为比例增压阀的电流、增压压力以及功率阀输入功率对应关系表；

图9为功率阀多档输入功率曲线图。

附图中涉及的附图标记和组成部分说明：

1、变量活塞；2、功率阀反馈杆；3、功率阀套和阀芯；4、密封圈；5、弹簧座；6、一级变量大弹簧；7、二级变量小弹簧；8、小弹簧座；9、螺纹套；10、顶针；11、卡圈；12、调节螺母；13、锁紧螺母；14、调节螺钉；15、保护帽盖；16、阀体；17、阀芯；18、比例增压电磁铁；19、进油腔；20、工作油腔；21、泄油腔；22、增压口；23、密封圈；24、作用槽；25、阀套；26、复位弹簧；

A、压力油口；T、泄油口；P、高压油口；Pv、辅压油口；Psv、外控油口；Pv₁、增压油口。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图3～图5所示，一种柱塞泵的多档输入功率控制系统，包括一功率阀，功率阀的阀套上开设有高压油口P、压力油口A和功率阀泄油口T，该功率阀总体工作原理与现有的恒功率阀的工作原理相同，即高压油口输入P的高压油转换为柱塞泵的输入功率，高压油通过功率阀节流后形成压力油经内部油路从压力油口A流出。

为了使功率阀具有不同输入功率的起变点，本控制系统还包括一可调节输出的辅压油油压的外接控制阀。针对增设的外接控制阀，本功率阀进行了相应的结构改变，即功率阀的阀套上还开设有一独立设置的辅压油口Pv，功率阀内部设置相比与现有技术中采用三阶油路的结构进一步增设了一阶油路，即内部采用四阶油路分别连通高压油口P、辅压油口Pv、压力油口A和功率阀泄油口T。

外接控制阀的出油口经外接油路与功率阀的辅压油口Pv连通，在保证进入高压油口P和辅压油口Pv的油压作用力之和不变的前提下，外接控制阀调节其输出的辅压油油压，以适应输入功率阀高压油口P的高压油的不同油压，功率阀具有不同的输入油压起变点，以调节柱塞泵不同输入功率，使得柱塞泵具有多档可调输入功率。

上述外接控制阀为比例增压阀，比例增压阀的阀套上开设有外控油口Psv、增压油口Pv₁和比例阀泄油口T，比例增压阀内设置有三阶油路分别连通外控油口Psv、增压油口Pv₁和比例阀泄油口T，增压油口Pv₁通过外接油路与功率阀的辅压油口Pv连通，外控油口Psv输入的恒压油经过比例增压阀增压后形成辅压油从增压油口Pv₁流出并通过外接油路进入功率阀的辅压油口Pv。

其中，比例增压阀包括有阀体16、阀芯17、阀套25和比例增压电磁铁18，阀套25上外控油口Psv、增压油口Pv₁和比例阀泄油口T的位置均设置有与其对应连通的进油腔19、工作油腔20和泄油腔21，阀芯17沿阀套25轴向设置在阀套25内部并且贯穿进油腔19、工作油腔20和泄油腔21设置，阀芯17对应进油腔19、工作油腔20和泄油腔21的位置分别加工形成有第一台阶、第二台阶和第三台阶，且第二台阶的两侧设置有键槽型沉孔的增压口22，通过增压口22连通进油腔19和工作油腔20。

比例增压电磁铁18轴向设置阀体16一侧并卡合连接并增设一密封圈23。比例增压电磁铁18的连接处的端部沿其轴向内凹设有一作用槽24，阀芯17的一端设置在作用槽24内。阀芯17设置在作用槽24内的一端可在比例增压电磁铁18的电磁力作用下伸出作用槽24并轴向移动以此实现增压口22位于进油腔19和工作油腔20连通油路上的面积减小或增大，其后阀芯17在复位弹簧26的作用下复位。比例增压阀的增压压力与阀芯17的增压口22连通面积即阀芯17的开口量ΔK成正比，电流越大，阀芯17开口量越大，增压压力越大。

参见图6～图9所示，功率阀开启前，高压油口P处的压力以及辅压油口Pv处的压力作用在功率阀的左边，一级变量大弹簧6和二级变量小弹簧7作用在功率阀的右边。

当比例增压电磁铁18不工作时，即电流等于0mA，Pv＝0，且高压油口P处的作用力小于变量弹簧设定的弹簧力时，功率阀处于右位，功率阀未开启。变量活塞1控制腔内的压力油通过压力油口A和功率阀泄油口T接通。变量活塞1液压力不足以推动柱塞泵变量，柱塞泵保持最大流量输出即处于最大输出功率。

当高压油口P的作用力大于一级变量大弹簧6设定的初始力时，阀芯3开启，高压油口P和压力油口A接通，高压油口P的压力油通过压力油口A及外部油路和变量活塞1接通，从而使柱塞泵的输出流量相应改变。柱塞泵变量，摆角减小，由于变量活塞1受到压力油作用发生移动，通过功率阀反馈杆2带动螺纹套9移动，同时使一级变量大弹簧6的压缩量增大。最终高压油口P处作用力和一级变量大弹簧6的弹性力保持平衡，且二级变量小弹簧7初始压缩量为零，柱塞泵处在一级变量阶段。当高压油口P的压力继续增大，顶针10和小弹簧座8接触，此时一级变量大弹簧6和二级变量小弹簧7共同作用，柱塞泵处在二级变量阶段。

当比例增压电磁铁18工作时，外控油压为3～4MPa的外控油从外控油口Psv通过比例增压阀增压形成辅压油从增压油口Pv₁流出。其后经外接油路进入功率阀辅压油口Pv。由于一级变量大弹簧6和二级变量小弹簧7初始设定不变，即在高压油口P和辅压油口Pv的油压作用力之和不变的前提下，比例增压阀输出的辅压油油压的增大或减小，即辅压油口Pv输入的辅压油油压增大或减小，则功率阀的高压油口P输入的高压油油压可以对应减小或增大，从而反应至柱塞泵能够调节多档输入功率，实现输入功率换挡的目的。

本发明提供的控制系统在原有传统的恒功率阀的基础上进行结构改进，使得该功率阀具有不同输入油压的起变点，从而工作主机可根据不同的作业工况选择合适的功率输出，达到节约能耗的目的。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。