[發明專利]基于切換配流及編列策略的閉式數字泵變排量配流系統

有效

• 申請號: 201810938104.5
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109083880B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 胡敏;胡靜;耿豪杰;柯銅陵;方素平;王純賢
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: F15B13/02
• 分類號: F15B13/02
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.基于切換配流及編列策略的閉式數字泵變排量配流系統，其特征在于：包括裝配在閉式數字泵每個柱塞單元低壓吸油配流油路的吸油單向閥、吸油側常閉高速開關閥，裝配在閉式數字泵每個柱塞單元高壓排油配流油路的排油單向閥、排油側常閉高速開關閥，所述吸油單向閥、吸油側常閉高速開關閥各自閥口一端分別通過油路與對應的柱塞單元內的柱塞容腔相連接，吸油側常閉高速開關閥閥口另一端分別通過泵的吸油腔與泵的吸油口相連接，吸油單向閥閥口另一端與低壓吸油配流油路上的雙壓閥第一閥口連接，所述排油單向閥、排油側常閉高速開關閥各自閥口一端分別通過油路與對應的柱塞單元內的柱塞容腔相連接，排油側常閉高速開關閥閥口另一端分別通過泵的排油腔、排油口及外部管路與負載回路相連接，排油單向閥閥口另一端與梭閥第一閥口相連接；還包括控制器、裝配在泵軸端的角位移編碼器，以及設置于每個柱塞單元內的雙壓閥和梭閥，所述雙壓閥第一閥口與吸油單向閥連接，雙壓閥第二閥口與吸油側常閉高速開關閥和泵吸油口之間的低壓吸油配流油路連接，雙壓閥第三閥口與排油側常閉高速開關閥和泵排油口之間的高壓排油配流油路連接；所述梭閥第一閥口與排油單向閥連接，梭閥第二閥口與排油側常閉高速開關閥和泵排油口之間的高壓排油配流油路連接，梭閥第三閥口與吸油側常閉高速開關閥和泵吸油口之間的低壓吸油配流油路連接；對于每一柱塞單元，由吸油單向閥與雙壓閥組成柱塞單元的一個吸油配流通道，同時吸油側常閉高速開關閥為另一吸油配流通道，由排油單向閥與梭閥組成柱塞單元的一個排油配流通道，同時排油側常閉高速開關閥為另一排油配流通道；所述控制器通過控制線分別與各常閉高速開關閥控制連接，泵軸端角位移編碼器通過信號線與控制器信號傳遞連接；

對于每個柱塞單元，通過在泵軸端安裝的角位移編碼器實現對柱塞行程位置的實時檢測，控制器通過控制兩常閉高速開關閥的啟閉來實現閉式數字泵的雙向作用，即實現泵吸排油口的互換，原吸油口變成新排油口，原排油口變成新吸油口，在泵吸排油口切換的動態過程中，吸油側常閉高速開關閥及排油側常閉高速開關閥分別控制柱塞的吸油行程及排油行程中的配流過程，隨著新排油口壓力的逐漸建立至穩定狀態后，切換動態過程結束，兩常閉高速開關閥復置于彈簧位，在新排油口液壓油壓力的逐漸建立的過程中，雙壓閥及梭閥自動將吸油單向閥及排油單向閥各閥口一端分別與新吸油口及新高壓排油口連通，此后由吸油單向閥及排油單向閥來完成吸排油配流，在兩常閉高速開關閥控制下新排油口壓力逐漸地建立，可以避免給雙壓閥及梭閥帶來撞擊，當切換穩定后雙壓閥及梭閥即處于平穩狀態，確保了較低的配流噪聲；

當閉式數字泵柱塞單元處于工作狀態時，控制器控制吸油側及排油側兩常閉高速開關閥置于彈簧位，由吸、排油單向閥完成吸排油配流功能；當需要使柱塞單元置于卸載狀態時，控制器在柱塞處于吸油行程的1/3位置時驅動吸油側常閉高速開關閥打開閥口即可，此時柱塞容腔從低壓油箱吸入低壓油之后，當柱塞處于壓排油行程中時，再將低壓油通過吸油側常閉高速開關閥打開的閥口排回至低壓油箱；

控制器內置控制閉式數字泵變排量工況需求的編列策略變量控制算法，編列策略變量控制算法依據泵的變排量控制精度需求確定泵的控制周期，在一個控制周期內基于內置于控制器的編列策略變量控制算法，生成一列由1和0組成的數字碼流，以確定閉式數字泵各柱塞單元中吸油側常閉高速開關閥的得電順序，1對應于得電，0對應于失電，通過數字碼流驅動各柱塞單元中常閉高速開關閥在一個控制周期內有規律的執行啟閉動作，實現閉式數字泵的排量平滑地變化調節。

2.根據權利要求1所述的基于切換配流及編列策略的閉式數字泵變排量配流系統，其特征在于：所述吸油側和排油側常閉高速開關閥都是二位二通常閉高速開關閥。

3.根據權利要求1所述的基于切換配流及編列策略的閉式數字泵變排量配流系統，其特征在于：每個柱塞單元設置的吸油單向閥、排油單向閥、吸油側常閉高速開關閥、排油側常閉高速開關閥、梭閥和雙壓閥可由集成了上述閥的功能于一體的吸、排油配流總閥代替。

4.根據權利要求1所述的基于切換配流及編列策略的閉式數字泵變排量配流系統，其特征在于：所述編列策略變量控制算法所需輸入的參數為數字碼流的總位數及排量比，排量比為當前排量與滿排量的比值，定義排量比為1時對應滿排量，排量比為0.5時對應50％滿排量，排量比為0時對應零排量，在泵排量一個控制周期內的一個數字碼流中，首先將1以最小步長編列于碼流中，在此基礎之上評估排量誤差如仍不滿足精度要求后，再以更大的一個步長將1編列于碼流中，如此往復編列碼流，直至達到變排量控制精度需求；

記需要達到的排量比為β，數字碼流的總位數為n，則數字碼流中1的最小編列步長δ₁由下式(1)計算得到：

δ₁＝[β^-1] (1)，

在計算得到最小編列步長δ₁后，將數字碼流中的第一位編列為數字1，并在此后的每隔δ₁位處編列數字1；為了計算數字1的下一個編列步長δ_j，需要對參數ε_j進行計算，如下式(2)所示，其中b_its表示數字碼流：

式(2)中，n為大于或等于1的自然數；

數字1的下一個編列步長δ_j通過下式(3)進行計算：

在得到編列步長δ_j后，數字1將從碼流的第δ_j-1位置處開始進行編列，并在之后的每隔步長δ_j位置處編列一個數字1；

重復公式(2)和(3)，計算得到數字1的新的下一個編列步長，并將數字1依據步長進行編列，直至計算得到的編列步長超過碼流的總位數之后，說明此時排量已達到了變量控制精度需求，將沒有編列數字1的位置處置0，最終即可得到該排量所對應的數字碼流，通過在泵一個控制周期內往泵中各吸油側常閉高速開關閥驅動器中依次輸送入該數字碼流，即可將泵的排量平滑地調節至所期望的排量值。