并联式三油口轴向变量柱塞泵设计、建模与仿真

　　0　引言

　　液压泵控技术是通过改变液压泵排量来实现系统流量、压力的变化，达到液压泵直接控制执行元件的一种节能控制技术。根据对象不同，泵控技术有泵控缸、泵控马达两类，而泵控缸又包含泵控对称缸与泵控差动缸。当前泵控对称缸的技术已比较成熟[1-3]，但针对液压传动系统中广泛应用的差动缸，虽然已有很多学者做了大量研究工作，但是其控制原理并不理想[4-5]，主要是由于差动缸两端口输入输出流量不对称，导致泵控差动缸时需引入补油泵或液压阀来补偿、交换多余的流量，这样的做法成本高、效率低、能耗高。为解决这一问题，文献[6]提出了在轴向柱塞泵中采用非对称配流方法控制差动缸的原理。本文就是根据这一新的配流理论，设计柱塞泵的元件结构，实现单个液压泵直接控制差动缸，而不引入其他液压支路或控制元件的较理想回路，既简化了系统结构，又体现出泵控节能的优势。

　　1　新的配流原理

　　1.1　传统配流原理及泵控回路

　　配流盘是柱塞泵的主要零件之一，主要作用是隔离和分配吸、排油液。图1为传统的配流盘示意图，图2为典型的以传统两窗口配流盘为基础，通过补油泵平衡差动缸不对称流量的泵控回路原理图。虽然差动缸两端面积不同，输入输出的流量不等，但基于传统两窗口的配流盘的液压泵吸/排流量却是相同的，故而回路中必须引入补油泵来补偿差动缸两端的流量，从而导致了控制回路效率低、耗能大的问题。

　　1.2　新配流原理及应用回路

　　根据轴向柱塞泵回转配流的特性，将传统配流盘的两窗口配流改为图3所示的三窗口配流。柱塞泵工作时，油口2、3分别与柱塞独立连通(并联式)，调整柱塞与油口2、3连通的数目比值，即可实现油口2、3输出流量的变化。图4是以新的配流原理为基础设计的变排量三油口轴向比例柱塞泵应用于泵控差动缸回路原理图。油口1接通差动缸无杆腔，油口2接通差动缸有杆腔，通过调整柱塞与油口2连通数目来补偿差动缸的两端输入/输出流量的差异。相比于图2所示的泵控回路，系统省去了因引入补油泵而带来的额外能耗损失，同时简化了系统结构、降低了成本。

　　图5为并联式三油口轴向柱塞泵并联控制双液压缸回路原路图，由于柱塞泵能同时输出两个流量，从而使柱塞泵控制双液压缸而互不影响。

　　图6为三油口轴向柱塞泵变速控制差动缸回路原理图，调整比例阀的开口度，即可实现差动缸行程速度的变化。

　　2　三油口轴向柱塞泵几何模型