专利名称：液压脉宽调制控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液压控制装置，使用该装置，可以方便的实现输出量的数字控制， 属于数字液压技术领域。
背景技术：
传统的节流调节液压回路， 一般都是由液压泵连续供油，通过节流孔来调节油路 流量，压力，节流损失势必会使得系统效率下降。近年来虽然数字液压领域的研究取 得了一fe的进展，但是使用的仍然是传统的液压元件，节流损失依然存在，而且数字 控制仅限于控制电磁阀，因此受到电磁阀响应能力的限制。本发明的发明目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种液压脉宽调制控制装 置，能对油液输出参数实现精确控制，使数字控制和液压装置实现结合，为数字液压 提供一种变换装置。为达到上述目的，本发明的构思是本发明的这种液压脉宽调制装置,负载不直接与泵接通，而是通过一多孔旋转转 子形成的开关阀和一个由共振装置组成的共振腔，陆续接通泵油路和预压油箱，使得 系统效率大于节流控制。本发明的这种液压脉宽调制装置通过可以用来精确调节出油压力，流量。在转子 高速转动过程中，共振腔首先接通泵供油线路，在油液压力下，共振腔体积增大；泵 油路断开，质量块和压力油在惯性作用下，共振腔体积继续增大，压力降至低于油箱 预压力，立刻接通预压油箱后，油液被少量吸入共振腔；油箱断开，质量块和油液停 止运动，共振腔达到最大体积，接通出油口，油液在共振装置回复力作用下流出共振 腔。另一方面，也是最重要的一方面，该发明将液压装置与数字控制结合到了一起。 众所周知，数字控制技术在工程中已广泛应用。然而，数字控制在液压领域却很少得 到应用，原因主要是缺少快速的液压开关阀。开关控制，即0-1控制要求较高的频率， 然而目前通过多级液压放大装置获得的开关频率，仅有几十赫兹，高速开关电磁阀的 频率最高也仅为上百赫兹，阀芯惯性和电磁铁响应能力都限制了频率的提高。另外频 率的提高使得液压装置通流能力与带负载能力都下降。本发明使用有多孔配流的转子的旋转运动来代替阀芯的往复运动，用电机带动转 子高速旋转实现油路高频率切换，消除了阀芯往复运动的能量损失，并且实现了高的 幵关频率。使用共振装置使系统在共振条件下运动，在共振腔内形成压力波，大大地 提高了效率。通过改变配流盘油口控制边的相对夹角，可以改变油路的通油时间，进 而可以调节出口压力，流量。另外，共振装置频率可调，用来适应要求的不同转速。 该装置结构简单，调节方便，可以实现无级调节，通流能力大，带负载能力强。发明内容本发明通过液压装置实现对其输出油液压力，流量的精确控制。转子孔接通泵油 路时间，通油箱时间，出油时间都可以通过配流盘油口控制边相对角度来控制，出油 时间为通泵时间和通油箱时间之和。通过控制盘在一定角度内旋转可以实时调节通泵 时间和通油箱时间的相对比例，装置固定配流盘油口控制边的相对位置要根据系统共 振频率设定。控制盘可以在边缘加工出齿，通过控制操纵杆转动小齿轮来调节。根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案一种液压脉宽调制控制装置，包括由电机驱动的转动体、配流盘、端盖l、壳4、接通油泵的油路P、接通油箱的油路T和接通负载的油路A，其特征在于转动体与配 流盘匹配构成三油路切换结构，控制所述的三条油路与一个共振装置5的共振腔15 的交替接通。本装置整体结构可设计如图3和图4所示，由端盖l，小齿轮箱2，内核3，壳 体4和共振结构5组成。内核3密封于端盖1，壳体4和共振结构5组成的空间内。 如图2，内核3由转子体和配流盘组成。转子体与配流盘之间形成液体摩擦，并且允 许转子体有一定的轴向窜动。转子体结构如图5，由花键轴7带动转动盘8转动，转 动盘8上均布若干孔，孔上固有柱塞9，由柱塞9带动浮动密封盘6同步旋转。上述 的配流盘有四个，设置在转动体左侧端的控制盘11和出油腔12以及设置在转动体右 侧端的固定环13和油量环14，组成端面配流机构，三条油路径向分布，通过所述的 四个配流盘控制边之间的相对夹角来控制油路的连通时间，如图6所示，控制盘11 与出油腔12形成一侧的配流面，由出油腔12的凸肩将控制盘11压紧至端盖，如图 14。固定环13与油量环14组成另一侧的配流面，通过螺钉将二者固定于壳体4上， 如图13。两侧配流面的相对位置由壳体4和端盖1确定。该装置采用端面配流，三条油路均在轴向接通，P口接通液压泵供油线路，T口 接通预压油箱，A口输出。随着花键轴7带动转动体的高速旋转，共振腔15依次接通P， T， A口。由P口， A 口供给压力油至共振腔15，由A口将共振腔内的压力油 输出。该液压装置的多孔配流原理可设计为如图7、图8、图9所示，图7为油路P初 始位置的通流回路，图8为油路T初始位置的通流回路，图9为油路A初始位置的 通流回路。上述的转动体是一种柱塞-浮动盘式端面密封结构，是一根转轴7带动一 个转盘8，转盘8上轴向插配柱塞9，柱塞9通过密封圈22带动浮动盘6同步转动， 轴向允许其有少量浮动。其油路结构可设计为图7所示，当转子孔32转至油口 25 的控制边a时，转子孔32接通孔25, 26和共振腔15，油路P接通，压力油从液压 泵进入共振腔，共振腔体积增大，压力膜片密封的空气被压縮；当转子孔32转过控 制盘油口26的控制边d时，油路P断开，共振腔由于油液和压力膜片质量块的惯性 作用，共振腔体积继续增大，此时如图8，转子孔33转至控制盘油口28的控制边e, 控制盘油口 28与油量环油口 27被接通，油箱中的油液被吸入共振腔，共振腔体积继 续增大；当转子孔33转过油量环油口27控制边b时，油路T断开，共振腔体积停止 增大，同时如图9所示，转子孔34转至油量环油口 29的控制边c，油口29与出油 腔油口30被接通，共振腔的压力油在共振膜的回复力作用下通过出油腔输出。当转 子孔34转过出油腔油口 30控制边f时，油路A断开，同时转子孔35又转至固定环 油口25的控制边a，又一个循环开始。由以上分析可知，油路P通油时间由控制边a， d夹角a'p决定，油路T通油时 间由控制边e， b夹角"t决定，油路A出油时间由控制边c， f的夹角"a决定。考 虑到转子孔有一定宽度，其角度为^，则油路P控制角ap为"p加上e，油路T控制角A等于"t加上^油路A控制角^为"a加上e。为保证输出的周期性，即油路A断开后，油路P立刻接通，转子孔之间的夹角应等于一个周期内转子转过的角度。 由于预压油箱压力相对于液压泵压力可以忽略不计，可以忽略出油和供油的压力差。 油路A控制角^应等于油路P控制角ap与油路T控制角A之和，即控制边a， b的夹角应等于c， f的夹角。《P， ^之间的相对大小由控制边d， e决定，即由控制盘 的位置决定。转子孔的数量由转子转速和共振频率之间的关系决定，并且共振频率可以通过调 节压縮空气来改变。结构一旦确定，转子转速和共振频率的函数关系就确定。转子孔的数量同时决定了控制角的大小。配流盘油口的数量和共振腔的数量仅由输出流量和 压力决定。对输出流量和压力的调节主要是通过调定转子体两侧配流盘油口控制边之间的 相对角度来实现的。控制盘ll，出油腔12,固定环13和油量调节环14的油口控制 边之间的相对夹角决定了转子接通油路P、油路T、油路A的转角，即决定了三条油 路的通流时间。通过设定固定环13，油量调节环14，出油腔12之间的相对位置，在 一定范围内调节控制盘的转角就可以实现脉宽调节。共振装置采用压力膜片密封可调压缩空气组成，压力膜片上固连质量块。通过调 节共振腔内的压縮空气压力就可以改变共振装置的固有频率，可以在更大范围上调节 输出，并且使装置可以适应不同电机转速，摆脱装置结构的限制，实现更高的转换频 率。转动体采用柱塞-浮动密封盘结构，可以实现更好的密封和润滑。同时可以对磨 损实现自动补偿，允许轴有一定的转动误差和轴向窜动。控制盘11端部加工成齿轮，用小齿轮与之啮合来方便的调节控制盘的转角，可 以通过电控制或机械控制，也可以通过控制器对输出流量压力实现闭环控制。控制盘11由出油腔12支承，并且轴向将控制盘11压紧至端盖1。出油腔端部 加工出螺纹，用螺母来固定出油腔和控制盘，并且可以调节出油腔和控制盘之间间距 以方便调节控制盘。出油腔与控制盘之间用O型圈16压紧密封。固定环13和油量调节环14用螺钉52固定于壳体4的定位孔17上，控制盘11 用销钉38固定于端盖1的定位孔18上，定位孔17， 18的位置存在着确定的关系。为调试方便，油量调节环14与固定环13之间相对位置应可以调节，为此，油量 调节环14加工有环形槽19，可以通过松开螺钉52进行调节。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点本发明采用转动体与配流盘构成三路油路切换结构，控制接通油泵的油路P、接 通油箱的油路T和接通负载的油路A与共振腔交替接通，能对油液输出参数实现精 确控制。本发明的结构简单，调节方便，提高了系统效率，使数字液压和液压装置实 现了很好的结合，为数字液压提供了一种变换装置，在下一代液压系统中有着广泛的 应用前景。
图1是本发明一个实施例的结构示意2是图1所示液压装置内核3的分解示意3是图1所示液压装置的外形总体4是图l示例的分解5是该液压装置转动体的分解示意6是该液压装置4个配流盘的结构示意7是油路P的配流原理8是油路T的配流原理9是油路A的配流原理IO是控制盘和出油腔的配流端面示意11是固定环和油量环的配流端面示意12是浮动密封盘油口的视13是固定环，油量环与壳体的连接结构示意14是控制盘，出油腔和端盖1的连接结构示意15是浮动密封盘结构示意图具体实施方式
本发明的一个优选实施例结合
如下图1为本液压脉宽调制装置的内部剖面图，轴7由电机或其他传动装置带动高速旋转，轴7通过花键20与转动盘8连接，转动盘8上沿径向开有若干孔，孔上固定 有柱塞9，柱塞9轴向有通孔21，柱塞9端部与浮动密封盘6相配合，通过压縮密封 圈22密封。浮动密封盘6通过平键23与轴7连接，轴向通过压縮弹簧24紧压配流 盘端面实现密封。浮动密封盘6与柱塞9端部有一定间隙，允许密封盘有少量的轴向 浮动。柱塞9通过密封圈22带动浮动密封盘6与轴7同步转动。配流盘由四个构件组成，控制盘ll，出油腔12，固定环13，油量环14。这四个 构件通过控制边之间的相对夹角来控制油路P， T， A的接通时间，进而控制输出压 力与流量。如图7、图8、图9所示，固定环油口25与控制盘外侧油口26形成油路 P,即使得共振腔接通液压泵。控制盘油口 28与油量环外侧油口 27形成油路T，共 振腔接通预压油箱。油量环油口 29与出油腔油口 30形成出油通路，共振腔压力油流 出。为了实现如图7、图8、 9所示的配流原理，结构设计如下如图12、图13、图14所示，转动体配流油口分布呈辐射状，油口32接通固定环13油口 25和控制盘11油口 26形成油路P，油口 33接通油量环14油口 27和控 制盘11油口 28形成油路T，油口 34接通油量环14油口 29和出油腔12油口 30形 成油路A。转子转动方向如箭头31所示。要实现图7、图8、图9所示的控制角度，结构设计如下- P， a,之和等于"A,等于相邻转子孔夹角的一半，即控制边a， c的夹角应等于c， g的夹角，油量环的控制边c处于固定环控制边a， g的平分线上。如图13所示， 固定环13两控制边中线处钻有通孔36，调节环14控制边径向位置加工有环形沉槽 35，同时，固定环13和油量环14用螺钉52紧固于壳体3的指定螺孔37中，当需要调节时，可以方便的松开螺钉52转动油量环来调节。对于"p,"T之间相对大小的调 节和控制角6^的设定则需要设定控制盘11和出油腔12的位置，。调节控制边d， e 在控制边a， b夹角内，便可以调节"p， A之间相对夹角，并使得二者之和等于c^，结构上如图14所示可以在控制边d， e处固定一柱销38，并使其嵌入至端盖l的环 形槽39里，以方便限制控制盘ll的位置，并且在调节过程中观察角度变化。控制角 c^由油量环14的控制边c和出油腔12的控制边f组成，并且控制边a， g的夹角等于相邻转子孔的夹角。控制角c^的两控制边之间的位置关系可以通过壳体4的孔37和端盖1的孔41的位置来实现，孔41和出油腔的控制边f位于同一径向位置，孔37 和油量环的控制边c位于同一径向位置，因此孔37和41在径向的夹角应当等于转子 孔角度的一半。出油腔通过圆柱面43支撑控制盘，并在轴向通过密封圈来固定控制 盘。出油腔12上开有键槽，和端盖1孔41之间用销钉连接，用于定位控制边f，并 且允许出油腔有少量轴向移动，用于调节控制盘11和出油腔12之间的轴向间隙，减 少调节控制盘所受到的阻力。出油腔端部加工有螺纹44，可以通过螺母固定于端盖l 上来定位出油腔和控制盘，并作适量轴向调节。因为装置的控制边和转子的转动方向相关，并且油口不具有轴对称性，所以装置 具有方向性，加工和安装时都应当考虑其方向性。本发明采用端面配流。端面配流相对于轴配流而言，有许多优点，端面配流可以 实现较好的密封，元件磨损可以自动补偿，可以在结构上实现力或力矩的平衡，能够 允许少量的轴向跳动等等。本发明中采用一种浮动密封盘密封装置，如图15，浮动 密封盘孔与柱塞端部配合，采用密封圈24密封，由柱塞带动同步转动，通过46处的键连接来进行径向定位，浮动密封盘47处固定有压縮弹簧，保证其配流盘之间形成 液体摩擦，既有一定径向压力，保证油液不会从油孔泄露，又不会由于密封盘的运动 不稳定发生零件间的严重摩擦和碰撞。密封盘44处加工出很浅的凹槽，并和油口连 通， 一是可以增加浮动密封盘和配流盘之间液体润滑的面积，减少摩擦，另一方面， 凹槽始终有残留油液，可以减少启动时的摩擦阻力。另外柱塞端部和孔45端面有一 定间隙，油液会在孔45的环形内侧形成背压，当油液压力增大时，浮动盘会自动压 紧配流盘形成密封。控制盘11端部可加工出齿48，通过小齿轮49与之啮合，小齿轮与小齿轮轴50 通过平键51连接，小齿轮轴通过轴承和密封圈安装于小齿轮箱2内。小齿轮箱2轴 向与端盖1通过螺钉连接，底座与壳体4的凸台通过螺钉连接。共振装置可以采用压力膜片密封压縮空气来实现，压力膜片上用螺钉固接质量 块。压縮空气可通过进气口调节，因而共振装置的固有频率也可以得到调节，使得装 置可以适应不同转速，可以实现不同的油路转换频率。
权利要求
1.一种液压脉宽调制控制装置，包括由电机驱动的转动体、配流盘、端盖(1)、壳(4)、接通油泵的油路P、接通油箱的油路T和接通负载的油路A，其特征在于转动体与配流盘匹配构成三油路切换结构，控制所述的三条油路与一个共振装置(5)的共振腔(15)的交替接通。
2. 根据权利要求1所示的液压脉宽调制控制装置，其特征在于所述的配流盘有四个 组成，即设置在转动体左侧端的控制盘(11)和出油盘(12)以及设置在转动体 右侧端的固定环(13)和油量环(14),三条油路径向分布，通过所述的四个配 流盘控制边之间的相对夹角来控制油路的连通时间。
3. 根据权利要求l所述的液压脉宽调制控制装置，其特征在于所述的转动体是一种 柱塞-浮动盘式端面密封结构，是一根转轴(7)带动一个转盘(8)，转盘(8)上 轴向插配柱塞(9)，柱塞(9)通过密封圈(22)带动浮动盘(6)同步转动，轴 向允许其有少量浮动。
4. 根据权利要求书2所示的液压脉宽调制装置，其特征在于所述的控制盘(11)在 外侧加工成齿轮而与一个小齿轮啮合，实现配流盘四构件之间相对位置的调整。
5. 根据权利要求书1所示的液压脉宽调制装置，其特征在于配流盘四个构件之间的 位置通过端盖和箱体来相互约束，并且控制盘(11)可旋转作微量调节，实现对 输出油液压力，流量的控制。
6. 根据权利要求书1所示的液压脉宽调制装置，其特征在于所述的共振装置(5) 由压力膜片密封可调压縮空气构成，压力膜片上固连质量块，共振装置固有频率 通过调节压縮空气设定以适应不同转速的要求。
全文摘要
本发明涉及一种液压脉宽调制控制装置，它包括由电机驱动的转动体、配流盘、端盖、箱体、接通油泵的油路P、接通油箱的油路T和接通负载的油路A。转动体与配流盘匹配构成三油路切换结构，控制三油路与一个共振装置的共振腔交替接通。本装置能对油液输出参数实现精确控制。该装置结构简单，调节方便，提高了系统效率，使数字控制和液压装置实现了很好的结合，为数字液压提供了一种变换装置，在下一代液压系统中有着广泛的应用前景。
文档编号F15B21/02GK101235839SQ20081003408
公开日2008年8月6日 申请日期2008年2月29日 优先权日2008年2月29日
发明者刘玉虎, 张国贤, 王桂河, 健 金 申请人:上海大学