一种活塞行程控制机构及变量泵的制作方法

本发明属于流体传动及控制领域，尤其涉及一种活塞行程控制机构及变量泵。

背景技术：

1、各种阀(如换向阀)及变量泵在液气传动行业具有普遍的应用，换向阀及变量泵中的核心之一就是阀芯(也称活塞)行程控制机构，换向阀多年来一直使用电磁线圈通电后产生的推力来驱动换向阀的阀芯移动，来实现液压或气动的换向，从而改变液压或气动的执行元件运行方向。现有电磁换向阀存在以下缺点：1、电磁阀换向需要电磁力一直推动，失电阀芯就会复位，但在有些场合需要一直有压力保持着，这时则需要换向阀一直保持在换向状态，电磁线圈长时间得电会产生发热、耗电，线圈寿命大大缩短。2、电磁线圈只能推动直径小的阀芯，直径大的阀芯就需要通过电磁阀控制液压液动来推动阀芯，这种叫电液换向阀，由于是二级转换，换向阀响应时间被加长。3、普通的电磁阀或电液换向阀只有打开、关闭和换向几种状态，不能实现开度大小的控制，使用适应范围有限。

2、有一专利号为zl201220164212.x(公告号为cn202579037u)的中国实用新型专利《带限位装置的电动变量轴向柱塞泵》披露了这样一种活塞行程控制机构，包括了限位开关、限位螺钉、导向键等限位装置。其特征是：在变量壳体的上端装有上法兰，电机座用螺钉固定在上法兰上，拉杆通过螺钉与变量螺母连接，螺杆通过圆锥销与伺服电机的电机轴连接，在伺服电机的电机座上安装上限位开关及下限位开关，上限位螺钉与下限位螺钉通过限位支架及导向键与变量螺母连接。

3、前述专利电机通过丝杆传动位移。按传动比计算，电机旋转多圈丝杆才会行进1mm，电机设定速度太快就会因扭矩不足而丢步，适当的速度则会使变量速度非常慢，变量泵的变量活塞行程往往在20mm左右，使用步进电机，可能需要数秒才完成最大行程变量。

4、综上所述，现有用于阀类及变量泵的活塞行程控制机构还需做进一步改进。

技术实现思路

1、本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种结构简单合理、具有良好的动态响应特性、控制方便的活塞行程控制机构。

2、本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种活塞行程控制机构，其特征在于：包括阀体、活塞，所述阀体内设有活塞腔，所述活塞设于活塞腔内能轴向移动，所述活塞腔包括位于活塞上端的上压力腔；所述活塞上设有压力油口和回油口，还包括伸入上压力腔并插入活塞内的旋转轴，所述旋转轴的周壁上设有与上压力腔始终连通的斜槽；所述旋转轴的旋转可使得斜槽与压力油口、回油口二者其中之一连通从而活塞上移或下移，在压力油口及回油口均与斜槽阻断的状态下，则活塞停止移动。

3、其中斜槽具有一定长度，沿旋转轴的周壁设置就构成螺旋状的槽。

4、作为改进，还包括作用于活塞使之可向上移动的推力机构。设置推力机构能使得活塞上下两端更易形成压力差，在上压力腔排油泄压后，活塞在推力机构作用下能更好的上移，在上压力腔进油增压时，上压力腔作用于活塞的力大于推力机构作用于活塞的力，活塞更好的下移。

5、作为选择，上述推力机构为作用于活塞下端的弹簧，当压力油口与斜槽连通时，上压力腔作用于活塞的力大于弹簧作用于活塞的力，活塞下移；当回油口与斜槽连通时，上压力腔作用于活塞的力小于弹簧作用于活塞的力，活塞上移；所述活塞的上移或下移可使得所述压力油口及回油口均与所述斜槽阻断。采用弹簧对活塞提供向上的推力，具有结构简单，成本低的优点。

6、作为优选，上述推力机构为位于活塞下端的下压力腔，下压力腔连接进油口。该推力机构利于油压提供，而进油口于阀体上本身存在，这样设计更为合理。采用油压作为对活塞提供向上的推力，具有精度控制高的优点，就算长时间使用依旧能保持较高控制精度。上压力腔的压力油和下压力腔的压力油可以由同一压力油路提供，并分为两路从活塞外部分别接入上压力腔和下压力腔。也可由不同压力油路提供。关键是要在上下压力腔均通油时，要形成压力差，从而可以通过改变压力差控制活塞上移或下移。

7、进一步改进，上述活塞内具有用以连通压力油口和下压力腔的衔接流道，所述上压力腔内的压力油作用于活塞的上受力面的面积大于下压力腔内的压力油作用于活塞的下受力面的面积。该结构可以使得上压力腔的油压和下压力腔的油压由同一油口提供，能更好简化阀体内部的通道；在下压力腔的压力油经衔接流道进入上压力腔后，上压力腔和下压力腔内的压强相等，因为上述受力面的面积大小有差异，从而很容易在活塞的两端产生压力差，以此可以控制活塞的移动。采用油压作为对活塞提供向上的推力，具有精度控制高的优点，就算长时间使用依旧能保持较高控制精度，而且油压易在活塞两端产生平衡，有效保证活塞保持在某个设定位置，即衔接流道及回油口均与斜槽阻断状态下，压力油不再进入上压力腔，同时上压力腔又没有和回油口连通，上压力腔即不进油又不会泄油，活塞已经上移到极限位置，上压力腔的液压油不能再被压缩，因此活塞上下两端受力达到平衡，使活塞保持在该设定位置。

8、具体的，基于上述受力面的面积差异，当压力油口与斜槽连通时，压力油进入上压力腔，上压力腔作用于活塞的力大于下压力腔作用于活塞的力，活塞下移；当回油口与斜槽连通时，压力油则排出上压力腔，油压降低，上压力腔作用于活塞的力小于下压力腔作用于活塞的力，活塞上移；所述活塞的上移或下移可使得所述压力油口及回油口均与所述斜槽阻断。

9、若进油口直接与下压力腔连通，进油口的压力不稳定时，产生一定的波动，会直接反映到下压力腔中，导致压力升高或降低，而打破活塞受力的平衡，活塞或轴向移动调节，进而使上压力腔与衔接流道或回油口连通，直至活塞重新平衡，导致活塞行程控制不平稳，针对这一现状，进一步改进，上述进油口经由单向阀与所述下压力腔连通。单向阀的设置，当压力达到平衡后，就算进油口的压力产生一定波动，若进油口压力有一定降低，因单向阀的存在，下压力腔内的压力油不会反向从流向进油口，故活塞依旧保持平衡。

10、作为优选，上述下压力腔的下端设有堵头封闭，所述单向阀设置在堵头的内腔中。该结构可将单向阀预先设置在堵头内，再将设有单向阀的堵头直接安装到下压力腔的下端开口即可，组装更方便。

11、作为优选，在所述斜槽与压力油口和回油口均阻断的状态下，所述压力油口和回油口分别位于所述斜槽的两侧。这样可以实现旋转轴朝一个方向旋转使斜槽与压力油口和衔接流道连通，朝反方向旋转使斜槽与回油口连通。更利于控制，且能使电机在一个较小角度范围内旋转，实现活塞的轴向移动。通过控制电机转动的电路极易实现数字化控制。电机集成控制电路通过输入信号就可以控制旋转轴。

12、若活塞轴向移动超过设计范围，则可能会损害控制机构，作为改进，上述活塞的外壁具有外挡肩，所述活塞腔的内壁具有内挡肩，在活塞下移至极限位置，所述内挡肩对外挡肩形成阻挡。内挡肩和外挡肩的挡位配合，对活塞极限移动位置进行约束，提升安全性。

13、作为优选，上述阀体上设有电机，所述电机的输出端与旋转轴连接，从而可以带动旋转轴旋转。电机能非常方便带动旋转轴旋转，且若采用伺服电机还能精准对电机旋转角度进行控制，电机控制反应迅速，整个控制行程，电机只需转动90度甚至更小，通过编码器可精准控制转动角度，电机的旋转角度就可通过旋转轴转化为活塞上下移动的位置，并可以通过自带的旋转编码器来读取反馈当前的活塞位置，进而控制活塞的行程，提升控制机构的精度。当然也可选用其它机构带动旋转轴旋转。

14、与现有技术相比，本活塞行程控制机构的优点在于：

15、1、通过驱动旋转轴旋转，使斜槽与压力油口和回油口择一连通，从而改变上压力腔内油压大小；当压力油口与斜槽连通时，上压力腔的油压增加，从而使得压力油向下作用于活塞的力增加，活塞可以下移；当回油口与斜槽连通时，上压力腔的油压降低，从而使得压力油向下作用于活塞的力减小，活塞可以上移。本控制机构只需要控制旋转轴在90度甚至更小角度范围内旋转，便可对活塞的最大行程位移进行控制，速度时间往往在几毫秒就可完成，具有良好的动态响应特性，另外本控制机构核心部件为旋转轴和活塞，相互配合关系简单，故成本低、结构简单合理。

16、2、驱动旋转轴的旋转，只需较小的力即可，如可以采用伺服电机便可轻松驱动活塞旋转，即便驱动大直径的活塞其所需能耗也很少，更节能。

17、3、当活塞移动到设定位置时，使得所述压力油口及回油口均与斜槽阻断，上压力腔即不进油也不泄油，可以使得活塞上下两端受力平衡，能将活塞保持在设定位置，无需一直供电，避免传统电磁阀需要电磁线圈一直得电状态才能保持活塞的设定位置。

18、4、前述旋转轴间断性的正向或反向旋转，是分解动作，以充分展现活塞的轴向移动过程和原理，便于本领域技术人员透彻理解本发明；当然在实际应用中，基于预先设计好的程序和给出的参数，旋转轴的旋转可以是连续的，活塞的位移也是连续的。为此就形成可通过控制旋转轴旋转的角度来精准控制活塞的位移量。

19、本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种结构简单合理、具有良好的动态响应特性、并能精准控制变量头摆动角度大小的变量泵。

20、本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种变量泵，包括变量头，其特征在于：还包括前述活塞行程控制机构，所述变量头与所述活塞可摆动连接，使得活塞的轴向移动带动变量头摆动。

21、作为优选，上述变量头与所述活塞通过球头结构摆动连接。球头结构的设置能使得活塞的轴向移动更轻松带动变量头摆动。

22、与现有技术相比，本变量泵的优点在于：本变量泵通过活塞的轴向移动幅度控制变量头的摆动角度，而采用前述活塞行程控制机构具有良好的动态响应特性，且可通过控制旋转轴旋转的角度来精准控制活塞的位移量，为此本变量泵摆动的控制也具有良好的动态响应特性，且可精准控制变量头的摆动角度。当然，前述的活塞行程控制机构可以用于其他领域或产品上，譬如用于变量柱塞泵，变量齿轮泵，变量叶片泵，液压阀，液压缸，液压变压器。