[发明专利]基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统

说明书

本发明公开了一种基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统，泵中每一柱塞单元的吸油配流系统由一个二位二通常闭高速开关阀、一个吸油单向阀和一个双压阀组成，排油配流系统由一个二位二通常闭高速开关阀、一个排油单向阀和一个梭阀组成。通过控制两高速开关阀的启闭来实现闭式数字泵的双向作用，即实现泵吸排油口的互换，原吸油口变成新排油口，原排油口变成新吸油口，通过吸油单向阀与吸油侧高速开关阀之间的主动切换控制来实现泵的变排量配流，通过在一个控制周期内基于提出的一种编列策略确定数字泵吸油侧高速开关阀阀组的得电顺序与启闭过程，从而使得泵的排量实现平滑地变化调节。该闭式泵新型变排量配流系统更具节能可靠优势。

技术领域

本发明涉及数字泵领域，具体是一种基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统。

背景技术

闭式油路泵控系统，是由液压泵-油马达组成的静液压传动系统，目前广泛地应用于工程机械上。其主要技术特点如下：(1)原动机启动时，泵变量机构处于零排量位置，因此即使系统中没有卸荷回路，原动机启动时也不会过载；(2)系统空循环(设备待机)时，泵可回到零排量位置，因此减少了系统的空载能量损失；(3)系统压力达到设定压力时，多余的油不从溢流阀溢流，用减小泵排量的方式实现系统的安全保护；(4)液流需要换向时，可用双向变量泵实现泵的进出油口换向，而不需要换向阀；(5)系统需要加速或减速时，可以用增大或减小泵排量输出的方式来实现调速，不需要用节流阀调速；(6)泵控系统由于减少了控制阀，因此减少了阀的节流损失。因此，泵控系统可大大减少系统的能量损失，从而还可以减少冷却器的容量和减少水的消耗，延长液压油的使用寿命，可以降低液压系统的制造成本和使用成本，使得泵控系统成为当今液压传动系统发展的重要方向。

然而，目前闭式油路泵控系统中的闭式泵，其小排量工况时的低效率问题，困扰着泵控系统节能高效性能的进一步发展。闭式数字泵是一种新型的元件，在结构原理上突破了传统闭式泵中各吸排油柱塞容腔之间的联动约束关系，每个柱塞容腔都通过一组高速开关阀来实现独立的吸排油配流，可以对不必要做功的柱塞容腔实时卸载，因此可以彻底克服传统闭式泵高效区狭窄难题，同时更具变量控制优势。然而，驱动高速开关阀所需的电力损失以及阀口的节流损失对闭式数字泵的效率特性具有显著的影响，如何保证高速开关阀动作时阀口两端的压力平衡以减小节流损失，如何降低高速开关阀启闭时的滞后现象对配流精度与可靠性的影响，这些基础性问题与闭式数字泵配流阀的设置及其配流控制方法密切相关。

如图1所示为目前典型的基于两位两通高速开关阀控制配流的闭式数字泵配流方案原理，在每个柱塞容腔上设置两个高速开关阀进行吸排油配流。坦佩雷理工大学的Tammisto、普度大学的Holland和Merrill及国内浙江大学的张斌等都对此进行了相关研究。张斌等于2016年公开了一种流量离散开关控制数字式轴向柱塞泵及一种多排数字轴向柱塞泵发明专利，通过调节对各个柱塞对应的进口高速开关阀和出口高速开关阀的工作顺序，来实现对流量离散开关控制数字式轴向柱塞泵输出流量的变量控制。

Tammisto于2010年在in-line单向阀阀配流泵基础上，开发了一台基于两个两位两通高速开关阀控制配流的三柱塞数字泵，高速开关阀可以在阀口两端高压差作用下正常开启和关闭。测试结果显示，在小排量工况时，配流阀的功率损耗占的比例是相当大的，考虑驱动阀的电力损失在内，在20％小排量，转速1000r/min工况下，所开发的三柱塞数字泵的总效率约为55％。2016年Tammisto在一个6柱塞的in-line单向阀阀配流泵基础上开发了由三个三位三通高速开关阀控制配流的第二代六柱塞数字泵，最大排量10.8cm³/r，测试结果发现由于高速开关阀配流误差的存在导致了较大的压缩容积损失的产生，但由于减小了阀口处的泄漏损失，在40％～100％满排量工况范围内，六柱塞数字泵效率普遍达到了70％以上。