[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

本發明公開了一種基于切換配流及編列策略的閉式數字泵變排量配流系統，泵中每一柱塞單元的吸油配流系統由一個二位二通常閉高速開關閥、一個吸油單向閥和一個雙壓閥組成，排油配流系統由一個二位二通常閉高速開關閥、一個排油單向閥和一個梭閥組成。通過控制兩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，通過吸油單向閥與吸油側高速開關閥之間的主動切換控制來實現泵的變排量配流，通過在一個控制周期內基于提出的一種編列策略確定數字泵吸油側高速開關閥閥組的得電順序與啟閉過程，從而使得泵的排量實現平滑地變化調節。該閉式泵新型變排量配流系統更具節能可靠優勢。

技術領域

本發明涉及數字泵領域，具體是一種基于切換配流及編列策略的閉式數字泵變排量配流系統。

背景技術

閉式油路泵控系統，是由液壓泵-油馬達組成的靜液壓傳動系統，目前廣泛地應用于工程機械上。其主要技術特點如下：(1)原動機啟動時，泵變量機構處于零排量位置，因此即使系統中沒有卸荷回路，原動機啟動時也不會過載；(2)系統空循環(設備待機)時，泵可回到零排量位置，因此減少了系統的空載能量損失；(3)系統壓力達到設定壓力時，多余的油不從溢流閥溢流，用減小泵排量的方式實現系統的安全保護；(4)液流需要換向時，可用雙向變量泵實現泵的進出油口換向，而不需要換向閥；(5)系統需要加速或減速時，可以用增大或減小泵排量輸出的方式來實現調速，不需要用節流閥調速；(6)泵控系統由于減少了控制閥，因此減少了閥的節流損失。因此，泵控系統可大大減少系統的能量損失，從而還可以減少冷卻器的容量和減少水的消耗，延長液壓油的使用壽命，可以降低液壓系統的制造成本和使用成本，使得泵控系統成為當今液壓傳動系統發展的重要方向。

然而，目前閉式油路泵控系統中的閉式泵，其小排量工況時的低效率問題，困擾著泵控系統節能高效性能的進一步發展。閉式數字泵是一種新型的元件，在結構原理上突破了傳統閉式泵中各吸排油柱塞容腔之間的聯動約束關系，每個柱塞容腔都通過一組高速開關閥來實現獨立的吸排油配流，可以對不必要做功的柱塞容腔實時卸載，因此可以徹底克服傳統閉式泵高效區狹窄難題，同時更具變量控制優勢。然而，驅動高速開關閥所需的電力損失以及閥口的節流損失對閉式數字泵的效率特性具有顯著的影響，如何保證高速開關閥動作時閥口兩端的壓力平衡以減小節流損失，如何降低高速開關閥啟閉時的滯后現象對配流精度與可靠性的影響，這些基礎性問題與閉式數字泵配流閥的設置及其配流控制方法密切相關。

如圖1所示為目前典型的基于兩位兩通高速開關閥控制配流的閉式數字泵配流方案原理，在每個柱塞容腔上設置兩個高速開關閥進行吸排油配流。坦佩雷理工大學的Tammisto、普度大學的Holland和Merrill及國內浙江大學的張斌等都對此進行了相關研究。張斌等于2016年公開了一種流量離散開關控制數字式軸向柱塞泵及一種多排數字軸向柱塞泵發明專利，通過調節對各個柱塞對應的進口高速開關閥和出口高速開關閥的工作順序，來實現對流量離散開關控制數字式軸向柱塞泵輸出流量的變量控制。

Tammisto于2010年在in-line單向閥閥配流泵基礎上，開發了一臺基于兩個兩位兩通高速開關閥控制配流的三柱塞數字泵，高速開關閥可以在閥口兩端高壓差作用下正常開啟和關閉。測試結果顯示，在小排量工況時，配流閥的功率損耗占的比例是相當大的，考慮驅動閥的電力損失在內，在20％小排量，轉速1000r/min工況下，所開發的三柱塞數字泵的總效率約為55％。2016年Tammisto在一個6柱塞的in-line單向閥閥配流泵基礎上開發了由三個三位三通高速開關閥控制配流的第二代六柱塞數字泵，最大排量10.8cm³/r，測試結果發現由于高速開關閥配流誤差的存在導致了較大的壓縮容積損失的產生，但由于減小了閥口處的泄漏損失，在40％～100％滿排量工況范圍內，六柱塞數字泵效率普遍達到了70％以上。