一种变量机构及液压系统

技术领域

本发明涉及液压控制技术领域，具体而言，涉及一种变量机构及液压系统。

背景技术

恒压变量柱塞泵具有高响应速度的特点，且能够保持高压力、低流量的待机状态，当液压系统的负载需求流量时，恒压变量柱塞泵可以在极短的时间内对负载提供高压大流量，广泛应用于飞机、导弹的舵机等对响应需求较高的液压系统。恒压变量柱塞泵的工作原理通常是通过变量机构进行调节排量，以满足负载对不同流量大小的需求，且使恒压变量柱塞泵的输出压力趋于恒压值，恒压变量泵停机时，则是在变量机构驱动下回位至大排量的初始状态。

但是，当恒压变量柱塞泵在大排量启动时，由于泵出口压力瞬速提高，泵出口压力可能会超出泵的额定压力，且变量机构因为阀芯的运动存在一定的滞后，导致驱动泵的斜盘角度变化的变量活塞也不能及时响应，进而导致变量活塞未及时产生位移推动斜盘转动而使泵变量，泵仍处于大排量状态，加之压力的超调，导致压力与排量的乘积即泵启动瞬时扭矩很高，造成一定的安全隐患。

发明内容

本发明旨在解决恒压变量柱塞泵在大排量启动时存在一定安全隐患的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种变量机构，所述变量机构包括调压阀，所述调压阀包括阀体、阀芯、调压弹性件、变量活塞和开关结构，所述阀体内部设置有第一腔体、第二腔体、第一流道和第二流道，所述第一流道的第一端和第二流道的第一端分别与所述第一腔体连通，第一流道的第二端和第二流道的第二端分别与所述第二腔体连通；

所述阀芯滑动连接于所述第一腔体，所述调压弹性件分别与所述第一腔体的里端以及所述阀芯抵接，所述变量活塞滑动连接于所述第二腔体，所述变量活塞的一端伸出所述第二腔体并用于与恒压变量柱塞泵的斜盘连接；

当所述恒压变量柱塞泵处于停机状态时，所述变量活塞回位至初始位置，所述开关结构用于控制所述第二流道与所述第二腔体连通或断开，所述调压弹性件用于驱动所述阀芯将所述第一流道截流。

本发明提供的一种变量机构，相较于现有技术，具有但不局限于以下技术问题：

该变量机构与恒压变量柱塞泵配套使用后，当恒压变量柱塞泵处于停机状态时，由于斜盘处于初始大排量位置，处于初始大排量位置的斜盘也会驱使与其连接的变量活塞回位至初始位置，由于恒压变量柱塞泵停机状态时，其阀体内部是无油压的，进而调压弹性件就会驱动阀芯移动复位以将第一流道截流。如此，当恒压变量柱塞泵由大排量的停机状态启动时，可以同时通过开关结构控制第二流道与第二腔体连通，如此，即使恒压变量柱塞泵的出口压力瞬速提高，超出了恒压变量柱塞泵的额定压力，这一瞬间的很大的压力不用先克服调压弹性件的弹力以驱动阀芯移动而打开第一流道，而是直接通过第二流道进入到第二腔体，实现越过阀芯直接作用在变量活塞上，以驱动变量活塞先移动，进而由变量活塞直接吸收恒压变量柱塞泵启动时的压力冲击，使得恒压变量柱塞泵启动时的出口压力的超调量得到及时且显著地降低，不受阀芯滞后的影响，保证泵以及液压系统工作的安全性。随着恒压变量柱塞泵启动时变量活塞的移动至设定距离后，则可通过开关结构控制第二流道与第二腔体断开连通，这时，正好进入第一腔体中的油压已经降低至恒压变量柱塞泵的额定压力以内，此时，进入第一腔体中的油压只能克服调压弹性件例如弹簧较大的预紧力以使阀芯移动，进而使第一腔体中的油液再从第一流道进入到第二腔体中，以满足恒压变量柱塞泵基本的恒压变量特性。

进一步地，所述开关结构包括过渡槽和凹腔，所述过渡槽设置于所述第二腔体内壁位于所述第一流道的第二端和第二流道的第二端之间的位置处，所述凹腔设置于所述变量活塞周侧面处；

当所述恒压变量柱塞泵处于停机状态时，通过所述变量活塞回位至初始位置，以使所述第二流道与所述凹腔连通，并使所述过渡槽将所述第二腔体与所述凹腔连通。

进一步地，所述变量机构还包括回位结构，所述回位结构与所述斜盘连接；当所述恒压变量柱塞泵处于停机状态时，所述回位结构用于驱动所述斜盘转动至初始大排量位置，并通过所述斜盘的转动以驱动所述变量活塞移动至所述初始位置。

进一步地，所述回位结构包括缸筒、回位弹簧和回位活塞，所述回位活塞滑动连接于所述缸筒，所述回位活塞的一端伸出所述缸筒并与所述斜盘连接，所述回位活塞的另一端通过所述回位弹簧与所述缸筒的里端连接。

进一步地，所述第一腔体包括第一小直径腔体和第一大直径腔体，所述第一小直径腔体的里端与所述第一大直径腔体连通，所述阀芯包括阀杆和调压活塞，所述调压阀还包括阀套，所述阀套设置于所述第一小直径腔体的内壁，所述阀套的内径与所述调压活塞的直径相同，所述调压活塞固定套设于所述阀杆，所述调压活塞滑动连接于所述第一小直径腔体，所述调压弹性件分别抵接于所述第一大直径腔体的里端以及所述阀杆。

进一步地，所述阀芯还包括限位块，所述限位块固定于所述阀杆伸入所述第一大直径腔体内的部分，所述限位块的直径大于所述阀套的内径，且所述限位块的直径小于或等于所述第一小直径腔体的内径，所述调压弹性件分别抵接所述第一大直径腔体的里端以及所述限位块。

进一步地，所述调压弹性件为第一弹簧，所述第一弹簧的一端抵接于所述第一大直径腔体的里端，所述第一弹簧的另一端套接于所述阀杆并抵接于所述限位块。

进一步地，所述阀套上设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔与所述第一流道连通，所述第二通孔与所述第二流道连通。

进一步地，所述第一流道包括第一环形流道和第一直线流道，所述第一环形流道设置于所述第一小直径腔体的内壁且环绕所述第一小直径腔体设置，所述第一直线流道的两端分别与所述第一环形流道以及所述第二腔体连通；

和/或，所述第二流道包括第二环形流道和第二直线流道，所述第二环形流道设置于所述第一小直径腔体的内壁且环绕所述第一小直径腔体设置，所述第二直线流道的两端分别与所述第一环形流道以及所述第二腔体连通。

本发明还提供一种液压系统，包括恒压变量柱塞泵和如前所述的变量机构，所述变量机构的变量活塞与所述恒压变量柱塞泵的斜盘连接。

由于所述液压系统的技术改进和有益效果至少与所述变量机构一样，因此不再对所述液压系统进行赘述。

附图说明

图1为本发明实施例的变量机构的结构示意图。

附图标记说明：

1、阀体；11、第一腔体；111、第一小直径腔体；112、第一大直径腔体；12、第一流道；121、第一环形流道；122、第一直线流道；13、第二流道；131、第二环形流道；132、第二直线流道；14、第二腔体；141、过渡槽；2、阀芯；21、阀杆；22、调压活塞；23、限位块；3、调压弹性件；4、变量活塞；41、凹腔；5、斜盘；6、回位结构；61、缸筒；62、回位弹簧；63、回位活塞；7、阀套；71、第一通孔；72、第二通孔。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

而且，附图中X轴表示竖向，也就是前后位置，并且X轴的正向(也就是X轴的箭头指向)表示前，X轴的负向(也就是与X轴的正向相反的方向)表示后；附图中箭头Y所示的方向为斜盘逆时针转动的方向。

同时需要说明的是，前述X轴表示含义仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

由于传统的恒压变量柱塞泵在大排量启动时，由于泵出口压力瞬速提高，泵出口压力可能会超出泵的额定压力，且变量机构因为阀芯的运动存在一定的滞后，导致驱动泵的斜盘角度变化的变量活塞也不能及时响应，进而导致变量活塞未及时产生位移推动斜盘转动而使泵变量，泵仍处于大排量状态，加之压力的超调，导致压力与排量的乘积即泵启动瞬时扭矩很高，造成一定的安全隐患，比如，会使得驱动泵的电机的瞬时电流较高，这对驱动泵的电机带来一定的考验，同时，也会对泵的传动轴带来一定的考验，泵的传动轴存在断轴的风险。特别地，恒压变量柱塞泵尤其是在低温启动时，因为油液粘度的影响，泵出口压力超调量更大，阀芯运动响应时间更长，电机和泵的安全隐患更大。

具体地，现有技术的解决方式有的是将泵的传动轴的直径设计的较大，对于这种方式而言，且不说其不能解决电机瞬时电流较大的问题，直径更大的传动轴即使不会存在断裂的风险，但是由于其直径更大，导致泵的重量增加，泵的最大输出功率不会变化，就会降低泵甚至是电机的功重比，得不偿失。

基于以上问题，参见图1，本实施例提供的一种变量机构，包括调压阀，所述调压阀包括阀体1、阀芯2、调压弹性件3、变量活塞4和开关结构，所述阀体1内部设置有第一腔体11、第二腔体14、第一流道12和第二流道13，所述第一流道12的第一端和第二流道13的第一端分别与所述第一腔体11连通，第一流道12的第二端和第二流道13的第二端分别与所述第二腔体14连通；

所述阀芯2滑动连接于所述第一腔体11，所述调压弹性件3分别与所述第一腔体11的里端以及所述阀芯2抵接，所述变量活塞4滑动连接于所述第二腔体14，且所述变量活塞4的一端伸出所述第二腔体14并用于与恒压变量柱塞泵的斜盘5连接；

当所述恒压变量柱塞泵处于停机状态时，所述变量活塞4回位至初始位置，所述开关结构用于控制所述第二流道13与所述第二腔体14连通或断开，所述调压弹性件3用于驱动所述阀芯2将所述第一流道12截流。

可以理解的是，第一腔体11的一端用作油压入口，另一端为封闭端，第一腔体11的里端是指封闭端。所述第一流道12和所述第二流道13的两端分别与第一腔体11的侧壁和第二腔体14的侧壁相连通。

本实施例中，该变量机构与恒压变量柱塞泵配套使用后，当恒压变量柱塞泵处于停机状态时，由于斜盘5处于初始大排量位置，处于初始大排量位置的斜盘5也会驱使与其连接的变量活塞4回位至初始位置，由于恒压变量柱塞泵停机状态时，其阀体1内部是无油压的，进而调压弹性件3就会驱动阀芯2移动复位以将第一流道12截流。如此，当恒压变量柱塞泵由大排量的停机状态启动时，可以同时通过开关结构控制第二流道13与第二腔体14连通，如此，即使恒压变量柱塞泵的出口压力瞬速提高，超出了恒压变量柱塞泵的额定压力，这一瞬间的很大的压力不用先克服调压弹性件3的弹力以驱动阀芯2移动而打开第一流道12，而是直接通过第二流道13进入到第二腔体14，实现越过阀芯2直接作用在变量活塞4上，以驱动变量活塞4先移动，进而由变量活塞4直接吸收恒压变量柱塞泵启动时的压力冲击，使得恒压变量柱塞泵启动时的出口压力的超调量得到及时且显著地降低，不受阀芯2滞后的影响，保证泵以及液压系统工作的安全性。随着恒压变量柱塞泵启动时变量活塞4的移动至设定距离后，则可通过开关结构控制第二流道13与第二腔体14断开连通，这时，正好进入第一腔体11中的油压已经降低至恒压变量柱塞泵的额定压力以内，此时，进入第一腔体11中的油压只能克服调压弹性件3例如弹簧较大的预紧力以使阀芯2移动，进而使第一腔体11中的油液再从第一流道12进入到第二腔体14中，以满足恒压变量柱塞泵基本的恒压变量特性。

本实施例中，通过该变量机构，在解决恒压变量柱塞泵启动时压力超调量问题的同时，也能解决电机的瞬时电流较大的问题，也不影响恒压变量柱塞泵基本的变量特性，同时，也不用将泵的传动轴直径设计的较大，不用降低泵甚至电机的功重比。

参见图1，可选地，所述开关结构包括过渡槽141和凹腔41，所述过渡槽141设置于所述第二腔体14内壁位于所述第一流道12的第二端和第二流道13的第二端之间的位置处，所述凹腔41设置于所述变量活塞4周侧面处；

当所述恒压变量柱塞泵处于停机状态时，通过所述变量活塞4回位至初始位置，以使所述第二流道13与所述凹腔41连通，并使所述过渡槽141将所述第二腔体14与所述凹腔41连通。

本实施例中，当恒压变量柱塞泵处于停机状态时，由于变量活塞4回位至初始位置，变量活塞4周侧面上的凹腔41会和第二流道13的第二端连通，进而变量活塞4周侧面上的凹腔41与第一腔体11连通，同时，第二腔体14内壁的过渡槽141将凹腔41与第二腔体14连通，由于恒压变量柱塞泵停机状态时，其阀体1内部是无油压的，进而调压弹性件3就会驱动阀芯2移动复位以将第一流道12截流。

如此，当恒压变量柱塞泵由大排量的停机状态启动时，即使恒压变量柱塞泵的出口压力瞬速提高，超出了恒压变量柱塞泵的额定压力，这一瞬间的很大的压力不用先克服调压弹性件3的弹力以驱动阀芯2移动而打开第一流道12，而是直接通过第二流道13进入到变量活塞4周侧面上的凹腔41，进而由过渡槽141进入到第二腔体14，实现越过阀芯2直接作用在变量活塞4上，以驱动变量活塞4先向前移动，进而由变量活塞4直接吸收恒压变量柱塞泵启动时的压力冲击，使得恒压变量柱塞泵启动时的出口压力的超调量得到及时且显著地降低，不受阀芯2滞后的影响，保证泵以及液压系统工作的安全性。

随着恒压变量柱塞泵启动时变量活塞4的向前移动设定距离后，凹腔41不能通过过渡槽141与第二腔体14连通，即，从第一腔体11进入至第二流道13中的油压无法再驱动变量活塞4移动，这时，进入第一腔体11中的油压已经降低至恒压变量柱塞泵的额定压力以内，此时，进入第一腔体11中的油压只能克服调压弹性件3例如弹簧较大的预紧力以使阀芯2移动，进而使第一腔体11中的油液再从第一流道12进入到第二腔体14中，以满足恒压变量柱塞泵基本的变量特性。

需要说明的是，如图1所示，变量活塞4处于初始位置，此时，过渡槽141的后部分与第二腔体14连通，过渡槽141的前部分与凹腔41连通，当变量活塞4向前移动L的距离(前述的设定距离)后，凹腔41不再与过渡槽141连通，即，凹腔41无法通过过渡槽141与第二腔体14连通(也可以称为第二流道13与第二腔体14断开)，这一刻开始，液压系统中，变量机构对恒压变量柱塞泵进行排量的调节以满足负载对不同流量大小的需求，同时使系统内部压力趋于恒定，满足恒压变量柱塞泵基本的变量特性。为了不影响恒压变量柱塞泵基本的变量特性，L的距离是极小的。

可选地，所述开关结构包括电磁阀，所述电磁阀设置于第二流道13内，进而可以通过电磁阀用于控制第二流道13的通断。如此，第二流通与第二腔体14的断开，也可以通过电磁阀控制，如此，对L的距离大小可以不做限制(当然，也可以取消过渡槽141与凹腔41)，恒压变量柱塞泵启动时，同时控制电磁阀连通第二流道13与第二腔体14，且可以根据实际需求选择控制电磁阀将第二流道13断开的时间点，比如是恒压变量柱塞泵启动后的2s、3s或4s等，通过设置精确的断开时间，尽可能地降低甚至杜绝对恒压变量柱塞泵基本的变量特性的影响。

参见图1，可选地，所述变量机构还包括回位结构6，所述回位结构6与所述斜盘5连接；当所述恒压变量柱塞泵处于停机状态时，所述回位结构6用于驱动所述斜盘5转动至初始大排量位置，并通过所述斜盘5的转动以驱动所述变量活塞4移动至所述初始位置。

本实施例中，控制恒压变量柱塞泵变量的变量机构不仅包括调压阀，还包括回位结构6，如此，当恒压变量泵处于停机状态时，回位结构6能够驱使斜盘5逆时针转动直至恢复至初始大排量位置，同时，恢复至初始大排量位置的斜盘5也驱使变量活塞4回位至初始位置，也就是图1所示的位置。

参见图1，可选地，所述回位结构6包括缸筒61、回位弹簧62和回位活塞63，所述回位活塞63滑动连接于所述缸筒61，所述回位活塞63的一端伸出所述缸筒61并与所述斜盘5连接，所述回位活塞63的另一端通过所述回位弹簧62与所述缸筒61的里端连接。

本实施例中，斜盘5处于初始大排量位置时，回位弹簧62具有一定预紧力(较小，以能够将斜盘5保持在该初始大排量位置即可)。当恒压变量柱塞泵由大排量的停机状态启动时，即使恒压变量柱塞泵的出口压力瞬速提高，超出了恒压变量柱塞泵的额定压力，这一瞬间的很大的压力不用先克服调压弹性件3的弹力以驱动阀芯2移动而打开第一流道12，而是直接通过第二流道13进入到变量活塞4周侧面上的凹腔41，进而由过渡槽141进入到第二腔体14，实现越过阀芯2直接作用在变量活塞4上，仅克服回位弹簧62较小的预紧力就可以驱动变量活塞4先向前移动，进而吸收恒压变量柱塞泵启动时的压力冲击，使得恒压变量柱塞泵启动时的出口压力的超调量得到及时且显著地降低。

参见图1，可选地，所述第一腔体11包括第一小直径腔体111和第一大直径腔体112，所述第一小直径腔体111的里端(前端)与所述第一大直径腔体112连通，所述调压阀还包括阀套7，所述阀套7设置于所述第一小直径腔体111的内壁，所述阀套7的内径与所述调压活塞22的直径相同，所述阀芯2包括阀杆21和调压活塞22，所述调压活塞22固定套设于所述阀杆21，所述调压活塞22滑动连接于所述第一小直径腔体111，所述调压弹性件3分别抵接于所述第一大直径腔体112的里端以及所述阀杆21。

本实施例中，安装时，可以先将调压弹性件3装入第一大直径腔体112中，然后，调压活塞22装入阀套7中，然后再将阀套7装入第一小直径腔体111中，最后将第一小直径腔体111的后端封闭即可。第一大直径腔体112为调压弹性件3安装以及变形提供空间，第一小直径腔体111为阀套7提供安装空间，阀套7提供调压活塞22移动的空间。

参见图1，可选地，所述阀芯2还包括限位块23，所述限位块23固定于所述阀杆21伸入所述第一大直径腔体112内的部分，所述限位块23的直径大于所述阀套7的内径，且所述限位块23的直径小于或等于所述第一小直径腔体111的内径，所述调压弹性件3分别抵接所述第一大直径腔体112的里端以及所述限位块23。

本实施例中，由于限位块23的直径小于或等于第一小直径腔体111，可以将阀套7与阀芯2一起装入第一腔体11中，最后将第一小直径腔体111的后端可由堵盖封堵上即可，此时，调压弹性件3例如第一弹簧被预压缩，其预紧力驱使限位块23抵接阀套7的前端，而阀套7的后端被后端的堵盖抵接。

参见图1，可选地，所述调压弹性件3为第一弹簧，所述第一弹簧的一端抵接于所述第一大直径腔体112的里端，所述第一弹簧的另一端套接于所述阀杆21并抵接于所述限位块23。

本实施例中，第一弹簧通过套接于阀杆21上，不仅便于将其装入第一腔体11，也能防止第一弹簧窜动。

参见图1，可选地，所述阀套7上设置有第一通孔71和第二通孔72，所述第一通孔71与所述第一流道12连通，所述第二通孔72与所述第二流道13连通。

本实施例中，由于第一小直径腔体111中装有阀套7，就需要在阀套7上开设第一通孔71和第二通孔72，进而与第一流道12或第二流道13连通。

参见图1，可选地，所述第一流道12包括第一环形流道121和第一直线流道122，所述第一环形流道121设置于所述第一小直径腔体111的内壁环绕所述第一小直径腔体111设置，所述第一直线流道122的两端分别与所述第一环形流道121以及所述第二腔体14连通；

和/或，所述第二流道13包括第二环形流道131和第二直线流道132，所述第二环形流道131设置于所述第一小直径腔体111的内壁环绕所述第一小直径腔体111设置，所述第二直线流道132的两端分别与所述第一环形流道121以及所述第二腔体14连通。

本实施例中，由于第一环形流道121的存在，不管阀套7以什么旋转角度装入第一小直径腔体111中，第一通孔71都能与第一环形流道121连通，减小阀套7安装难度，且阀套7不需要与第一小直径腔体111的内壁固定。同理，由于第二环形流道131的存在，不管阀套7以什么旋转角度装入第一小直径腔体111中，第二通孔72都能与第二环形流道131连通，减小阀套7安装难度，且阀套7不需要与第一小直径腔体111的内壁固定。并且，即使后续调压阀在使用过程中，阀套7发生旋转，第一通孔71始终与第一环形流道121连通，第二通孔72始终与第二环形流道131连通。

参见图1，可选地，所述凹腔41为设置于所述变量活塞4周侧面上的环形槽。

本实施例中，由于凹腔41是一个环形槽，不论变量活塞4是何种旋转角度装入第二腔体14的，恒压变量柱塞泵停机时，过渡槽141都都能够将凹腔41与第二腔体14连通，减小变量活塞4的安装难度，或者，即使后续调压阀在使用过程中，变量活塞4发生旋转，也不会产生不良影响。

本发明另一实施例还提供一种液压系统，包括恒压变量柱塞泵和如前所述的变量机构，所述变量机构的变量活塞与所述恒压变量柱塞泵的斜盘连接。

由于所述液压系统的技术改进和有益效果至少与所述变量机构一样，因此不再对所述液压系统进行赘述。

术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”和“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。