1.本发明涉及变量柱塞泵技术领域，尤其涉及一种柱塞泵变量机构、柱塞泵、柱塞泵泵控系统及泵控方法。
背景技术：
2.变量柱塞泵在变量机构的作用下能够根据其工作的需要在一定范围内调整自己的输出特性，这一特点已被广泛地应用在众多的液压设备中。变量机构形式多种多样，按照操作方式分为手动、机动、电动、液控、和电液比例控制等，按其控制功能分为排量调节、流量调节、压力调节和功率调节四大类。
3.现有的变量柱塞泵的变量机构稳定性差、响应性差，进而影响油泵排量控制的精度。
技术实现要素：
4.本发明的目的是提供一种柱塞泵变量机构、柱塞泵、柱塞泵泵控系统及泵控方法，来提高油泵斜盘摆角控制的稳定性、响应性，以此提高油泵排量的控制精度。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
6.本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
7.本发明提供了一种柱塞泵变量机构，包括外壳体、斜盘，所述外壳体内设置有比例控制阀、缓冲组件、电比例减压阀和变量缸；
8.所述电比例减压阀用于将外接的恒压先导油源调压后加载至所述比例控制阀的控制腔，驱动比例控制阀阀芯的运动；
9.所述比例控制阀具有压力油口、回油口和输出油口，所述比例控制阀的输出油口连通所述变量缸的大端，所述比例控制阀的压力油口连通所述变量缸的小端，所述比例控制阀通过改变输出油口与压力油口，及输出油口与回油口的通流面积，从而实现所述变量缸的水平移动，通过所述变量缸的水平移动以改变所述斜盘的摆角；
10.所述弹性缓冲组件设置于所述比例控制阀和变量缸之间，使得所述变量缸具有一平衡状态。
11.进一步地，所述比例控制阀包括阀套，所述压力油口、回油口和输出油口依次间隔开设于所述阀套的侧壁上，所述阀套内活动设置有阀芯，所述阀套的端部开设有用于驱动阀芯运动的输入油口，所述阀芯上具有改变输出油口与压力油口，及输出油口与回油口的通流面积的台阶。
12.进一步地，所述柱塞泵变量机构还包括先导压力控制器，所述先导压力控制器的输出端与所述阀套的输入油口相连通。
13.进一步地，所述弹性缓冲组件包括活动设置于所述外壳体内的第一弹簧座，所述第一弹簧座抵靠在所述阀套远离所述输入油口的一端，所述第一弹簧座与所述变量缸之间设置有反馈弹簧，所述反馈弹簧一端与所述第一弹簧座相连或相抵，另一端与所述变量缸
相连或相抵。
14.进一步地，所述外壳体内还固定设置有第二弹簧座，所述第二弹簧座与所述第一弹簧座之间设置有预压缩弹簧，所述预压缩弹簧一端与所述第二弹簧座相连或相抵，另一端与所述第一弹簧座相连或相抵。
15.进一步地，所述变量缸的一端活动贯穿所述第二弹簧座，所述变量缸的大端内部开设有一弹簧腔，所述反馈弹簧一端收容于所述弹簧腔内。
16.进一步地，所述斜盘与所述变量缸之间通过连杆相连，所述连杆的一端与所述斜盘铰接，另一端与所述变量缸铰接。
17.本发明还提供了一种柱塞泵，包括上述的一种柱塞泵变量机构。
18.本发明还提供了一种柱塞泵泵控系统，包括：
19.如上述的一种柱塞泵；
20.斜盘摆角传感器，与所述斜盘连接，用于检测斜盘摆角角度变化；
21.发动机转速传感器、液压油温度传感器、负载压力传感器、液压马达目标转速传感器和控制器，所述控制器用于接收所述发动机转速传感器、液压油温度传感器、负载压力传感器、液压马达目标转速传感器传输的信号，并输出控制电流；
22.液压马达，所述控制器输出控制电流以控制所述先导压力控制器进而控制所述斜盘摆角，通过控制所述斜盘摆角以调节所述柱塞泵输出流量进而驱动液压马达；
23.通过所述液压马达实际转速与目标转速的差值作为反馈来粗调控制电流的大小。
24.通过所述斜盘摆角传感器检测的摆角反馈信号作为反馈来精调控制电流的大小。
25.本发明还提供了一种柱塞泵泵控方法，包括：
26.获取发动机转速传感器、液压油温度传感器、负载压力传感器、液压马达目标转速传感器传输的信号，输出控制电流；
27.输出的控制电流控制先导压力控制器进而控制斜盘的摆角，以调节柱塞泵输出流量进而驱动液压马达；
28.获取液压马达的实际转速，并与液压马达的目标转速的差值作为反馈来粗调控制电流的大小；
29.获取斜盘摆角传感器检测的摆角反馈信号作为反馈来精调控制电流的大小，实现液压马达实际转速与目标转速一致。
30.本发明的有益效果：
31.本发明应用一种新型的柱塞泵变量机构来提高油泵斜盘摆角控制的稳定性、响应性，以此提高油泵排量的控制精度；
32.本发明通过液压马达转速反馈、柱塞泵斜盘摆角反馈双闭环控制原理及策略，实现液压马达实际转速的精确控制，即实现液压系统流量的精确控制。
附图说明
33.图1为根据本发明实施例提供的一种柱塞泵变量机构的原理示意图；
34.图2为根据本发明实施例提供的一种柱塞泵变量机构的结构简图；
35.图3为根据本发明实施例提供的一种柱塞泵泵控系统的原理示意图；
36.图4为根据本发明实施例提供的一种柱塞泵泵控系统的流量控制流程图。
具体实施方式
37.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
38.本发明提供了一种柱塞泵变量机构主要包括外壳体、斜盘5，在外壳体内设置电比例减压阀1、比例控制阀2、反馈弹簧3、变量缸4，其原理如图1所示。其中比例控制阀2、反馈弹簧3、变量缸4、斜盘5构成一个基于力反馈的闭环位置控制机构，其结构简图如图2所示。比例控制阀2包括阀套2.1、阀芯2.2，阀套2.1的侧部设有压力油口p、回油口t和输出油口a，阀套2.1的端部设有控制腔x，阀芯2.2上设有台阶2.21。变量缸4为双作用油缸，两端容腔作用面积不同，作用面积大的一端为大端n，作用面积小的一端为小端m。本发明采用液压力驱动比例控制阀2阀芯2.2运动，摒除了比例电磁铁输出力较小的问题，相应的提高反馈弹簧刚度，增加比例控制阀2稳定性和响应性，提高排量控制精度。
39.具体而言，在外壳体内活动设置有第一弹簧座3.1，第一弹簧座3.1抵靠在阀套2.1远离控制腔x的一端，第一弹簧座3.1与变量缸4之间设置有所述反馈弹簧3，反馈弹簧3一端与第一弹簧座3.1相连，另一端与变量缸4相连，在外壳体内还固定设置有第二弹簧座3.2，第二弹簧座3.2与第一弹簧座3.1之间设置有预压缩弹簧3.3，预压缩弹簧3.3一端与第二弹簧座3.2相连，另一端与第一弹簧座3.1相连，变量缸4的一端活动贯穿第二弹簧座3.2，在变量缸4的大端内部开设有一弹簧腔，反馈弹簧3一端收容于弹簧腔内。
40.该柱塞泵变量机构需要外接恒压先导油源(y口),通过比例减压阀1调压后输送至比例控制阀2的控制腔x。变量缸大端n与比例控制阀阀芯2.2之间设置反馈弹簧3和第一弹簧座3.1，反馈弹簧3始终保持一定预紧力。变量缸4小端m通过铰接连杆与斜盘5连接，变量缸4和斜盘5运动同步。油泵压油口油源直接连通变量缸4小端m和比例控制阀2的压力油口p连通，压力油口p油液通过阀芯2.2和台阶2.21的调压后，经输出油口a与变量缸4大端n连通。变量缸4小端m压力给变量缸4一个向增大斜盘摆角，增大排量的运动趋势，大端n压力给变量缸4一个向减小斜盘摆角，减小排量的运动趋势。
41.比例减压阀1不得电时，控制腔x压力为零，比例控制阀2的阀芯2.2在反馈弹簧3和预压缩弹簧3.3的作用下处于初始状态，即油泵压油口压力直接传递至变量缸4大端n。变量缸4两端油液压力相同，由于作用面积不同使变量缸4向左运动，将斜盘5推至零摆角。当给比例减压阀1一定电信号，控制腔x压力升高至一定值，推动比例控制阀2的阀芯2.2向左运动，在阀芯台阶2.21与阀套油口a之间位置变化，使输出油口a与压力油口p通流面积减小，输出油口a与回油口t通流面积增大，进而降低变量缸大端n压力。变量缸4在小端m压力作用下向右运动，带动斜盘5摆角增大。同时压缩反馈弹簧3，反馈弹簧3通过第一弹簧座3.1传递力至阀芯2.2，反馈弹簧3的压缩力与油口x液压力达到平衡时，阀芯2.2保持动态平衡，相应变量缸4位置处于一个平衡状态。电比例减压阀1控制电信号值，决定了斜盘5的摆角的大小，电流的连续变化，实现了柱塞泵排量的无级变化。
42.如图3所示，本发明还提供了一种具有变量机构的柱塞泵构成的泵控系统，包括：
43.柱塞泵，包括上述的一种柱塞泵变量机构；
44.斜盘摆角传感器6，与斜盘5连接，用以检测斜盘5摆角角度变化；
45.发动机转速传感器7、液压油温度传感器8、负载压力传感器9、液压马达目标转速传感器10、操控手柄11、控制器12、液压马达13；控制器12用于接收发动机转速传感器7、液压油温度传感器8、负载压力传感器9和液压马达目标转速传感器10传输的信号，并输出控
制电流i，控制器12输出控制电流i以控制电比例减压阀1进而控制斜盘5摆角，通过控制斜盘5摆角以调节柱塞泵输出流量进而驱动液压马达13。
46.通过图4可知，本发明还提供了一种具有变量机构的柱塞泵构成的泵控系统的泵控方法，通过综合液压马达目标转速、发动机转速、负载压力、液压油温度信息可计算出控制电流i，通过变量机构控制斜盘5摆角，控制柱塞泵输出流量来驱动液压马达。首先，通过液压马达13实际转速与液压马达13目标转速的差值作为反馈来粗调控制电流i的大小，其次，根据斜盘摆角传感器6检测的摆角反馈信号来实现控制电流i的精调；最终，通过双闭环控制原理及策略，实现液压马达13实际转速与目标转速一致，即实现液压系统流量的精确控制。
47.本发明完整技术方案带来的有益效果：
48.1、本发明采用液压力驱动比例控制阀阀芯运动，摒除了比例电磁铁输出力较小的问题，相应的提高反馈弹簧刚度。增加比例控制阀稳定性和响应性，提高排量控制精度。
49.2、本发明通过液压马达转速反馈、柱塞泵斜盘摆角反馈双闭环控制原理及策略，实现液压马达实际转速的精确控制，即实现液压系统流量的精确控制。
50.以上对本发明的较佳实施进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本发明的保护范围内。技术特征：
1.一种柱塞泵变量机构，其特征在于，包括外壳体、斜盘，所述外壳体内设置有比例控制阀、缓冲组件、电比例减压阀和变量缸；所述电比例减压阀用于将外接的恒压先导油源调压后加载至所述比例控制阀的控制腔，驱动比例控制阀阀芯的运动；所述比例控制阀具有压力油口、回油口和输出油口，所述比例控制阀的输出油口连通所述变量缸的大端，所述比例控制阀的压力油口连通所述变量缸的小端，所述比例控制阀通过改变输出油口与压力油口，及输出油口与回油口的通流面积，从而实现所述变量缸的水平移动，通过所述变量缸的水平移动以改变所述斜盘的摆角；所述弹性缓冲组件设置于所述比例控制阀和变量缸之间，使得所述变量缸具有一平衡状态。2.根据权利要求1所述的一种柱塞泵变量机构，其特征在于，所述比例控制阀包括阀套，所述压力油口、回油口和输出油口依次间隔开设于所述阀套的侧壁上，所述阀套内活动设置有阀芯，所述阀套的端部开设有用于驱动阀芯运动的输入油口，所述阀芯上具有改变输出油口与压力油口，及输出油口与回油口的通流面积的台阶。3.根据权利要求2所述的一种柱塞泵变量机构，其特征在于，所述柱塞泵变量机构还包括先导压力控制器，所述先导压力控制器的输出端与所述阀套的输入油口相连通。4.根据权利要求1所述的一种柱塞泵变量机构，其特征在于，所述弹性缓冲组件包括活动设置于所述外壳体内的第一弹簧座，所述第一弹簧座抵靠在所述阀套远离所述输入油口的一端，所述第一弹簧座与所述变量缸之间设置有反馈弹簧，所述反馈弹簧一端与所述第一弹簧座相连或相抵，另一端与所述变量缸相连或相抵。5.根据权利要求4所述的一种柱塞泵变量机构，其特征在于，所述外壳体内还固定设置有第二弹簧座，所述第二弹簧座与所述第一弹簧座之间设置有预压缩弹簧，所述预压缩弹簧一端与所述第二弹簧座相连或相抵，另一端与所述第一弹簧座相连或相抵。6.根据权利要求5所述的一种柱塞泵变量机构，其特征在于，所述变量缸的一端活动贯穿所述第二弹簧座，所述变量缸的大端内部开设有一弹簧腔，所述反馈弹簧一端收容于所述弹簧腔内。7.根据权利要求1所述的一种柱塞泵变量机构，其特征在于，所述斜盘与所述变量缸之间通过连杆相连，所述连杆的一端与所述斜盘铰接，另一端与所述变量缸铰接。8.一种柱塞泵，其特征在于，包括如权利要求3至7任一项所述的一种柱塞泵变量机构。9.一种柱塞泵泵控系统，其特征在于，包括：如权利要求8所述的一种柱塞泵；斜盘摆角传感器，与所述斜盘连接，用于检测斜盘摆角角度变化；发动机转速传感器、液压油温度传感器、负载压力传感器、液压马达目标转速传感器和控制器，所述控制器用于接收所述发动机转速传感器、液压油温度传感器、负载压力传感器、液压马达目标转速传感器传输的信号，并输出控制电流；液压马达，所述控制器输出控制电流以控制所述先导压力控制器进而控制所述斜盘摆角，通过控制所述斜盘摆角以调节所述柱塞泵输出流量进而驱动液压马达；通过所述液压马达实际转速与目标转速的差值作为反馈来粗调控制电流的大小。通过所述斜盘摆角传感器检测的摆角反馈信号作为反馈来精调控制电流的大小。
10.一种柱塞泵泵控方法，其特征在于，包括：获取发动机转速传感器、液压油温度传感器、负载压力传感器、液压马达目标转速传感器传输的信号，输出控制电流；输出的控制电流控制先导压力控制器进而控制斜盘的摆角，以调节柱塞泵输出流量进而驱动液压马达；获取液压马达的实际转速，并与液压马达的目标转速的差值作为反馈来粗调控制电流的大小；获取斜盘摆角传感器检测的摆角反馈信号作为反馈来精调控制电流的大小，实现液压马达实际转速与目标转速一致。
技术总结
本发明公开了一种柱塞泵变量机构、柱塞泵、柱塞泵泵控系统及泵控方法，包括外壳体、斜盘，外壳体内设置有比例控制阀、缓冲组件、电比例减压阀和变量缸；比例控制阀具有压力油口、回油口和输出油口，比例控制阀的输出油口连通变量缸的大端，比例控制阀的压力油口连通变量缸的小端，比例控制阀通过改变输出油口与压力油口，及输出油口与回油口的通流面积，从而实现变量缸的水平移动，通过变量缸的水平移动以改变斜盘的摆角；弹性缓冲组件设置于比例控制阀和变量缸之间，使得变量缸具有一平衡状态。本发明应用一种新型的柱塞泵变量机构来提高油泵斜盘摆角控制的稳定性、响应性，以此提高油泵排量的控制精度。油泵排量的控制精度。油泵排量的控制精度。
技术研发人员：吕传祥 东权 仝猛 向小强 崔向坡
受保护的技术使用者：徐州重型机械有限公司
技术研发日：2021.09.28
技术公布日：2022/1/10
声明：
“柱塞泵变量机构、柱塞泵、柱塞泵泵控系统及泵控方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：徐州重型机械有限公司
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2024年11月29日 ~ 12月01日 
