[发明专利]一种多倍频凸轮数字泵

说明书

本发明涉及机械工程的液压技术领域，更具体的说是一种多倍频凸轮数字泵，包括凸轮，所述凸轮上周向均匀分布有多个柱塞单元，凸轮旋转驱动多个柱塞单元完成吸油‑排油过程，每个柱塞单元上均设置有数字配流阀，通过二进制编码控制每个数字配流阀与高压油路或者低压油路连通，所述二进制编码控制部分柱塞单元和高压油路连接，所述二进制编码为信号“0”和“1”，柱塞杆处于回程状态时，其中信号“0”控制高速电磁阀打开，其中信号“1”控制高速电磁阀闭合；可以解决常规齿轮增速箱因突变载荷和极限载荷产生的磨损与失效问题；数字泵的二进制编码流量控制策略实现了超大型风力发电机能量转化的流量平稳性和连续性。

技术领域

本发明涉及机械工程的液压技术领域，更具体地说是一种多倍频凸轮数字泵。

背景技术

液压传动系统具有功率密度大、极限工作参数高、响应频率快等突出优点，在各工业领域中都获得了极为广泛的应用。液压增速技术是风电领域的重要技术之一，可以解决机械增速技术的诸多问题。采用数字配流阀的低速大功率凸轮-柱塞单元是风电液压增速系统的核心部件之一。当时变输入的随机风速推动风力机风轮旋转时，以凸轮转速为时钟信号的控制系统，根据风速信息动态调整各个柱塞的工作状态，实现数字泵排量的变化。同时，泵排量的变化，则泵作用在风轮的反作用力矩相应变化，使得风轮转速随风能改变，风力机叶尖速比维持在最佳值，实现风能最大功率追踪；控制系统根据柱塞单元的出口流量动态调整蓄能器和液压马达排量，维持电能频率的恒定。

数字泵概念的提出，在结构原理上突破了传统斜盘式柱塞单元中各吸排油柱塞单元之间的联动约束关系，每个柱塞单元都通过一组高速电磁阀来实现独立的吸、排油配流，可以对不必要做功的柱塞单元进行实时卸载，因此可以彻底克服传统液压泵高效区狭窄难题，同时具有变排量控制优势，代表了液压泵极具潜力的前沿发展方向，是业界的研究热点与关注焦点。

由风电液压传动的变速恒频控制原理可知，柱塞单元内压力瞬变规律和数字泵的出口流量脉动规律的识别建模是液压风力机控制的基础。动态特性是研究风力发电机组性能的依据，而该型数字泵是由多柱塞、多配流阀组成的系统，在数字泵工作过程中，驱动凸轮、作用柱塞、液压介质、数字配流阀之间存在复杂的机液耦合现象。数字泵的性能在极大程度上受制于高速电磁阀产品的性能，高速电磁阀的频响决定了数字泵能达到的转速范围和变量动态性能，高速电磁阀的通流能力决定了数字泵每一柱塞单元的吸排油流量的大小，同时驱动高速电磁阀所需的电力损失以及阀口的节流损失对数字泵的效率特性也具有显著的影响，风力发电机组能量传动系统的关键性能与数字泵配流阀的排量设置及其配流控制策略密切相关；现有技术中的常规齿轮增速箱存在因突变载荷和极限载荷产生的磨损和失效的问题，并且无法在风力变化的情况下，保证风力发电机能量转化的流量平稳性和连续性。

发明内容

本发明的目的是提供一种多倍频凸轮数字泵，可以解决常规齿轮增速箱因突变载荷和极限载荷产生的磨损与失效问题；数字泵的二进制编码流量控制策略实现了风力发电机能量转化的流量平稳性和连续性。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种多倍频凸轮数字泵，包括凸轮，所述凸轮表面上周向均匀分布有多个柱塞单元，凸轮旋转驱动多个柱塞单元完成吸油-排油过程，每个柱塞单元上均设置有数字配流阀，通过二进制编码控制每个数字配流阀与高压油路或者低压油路连通，所述二进制编码控制部分柱塞单元和高压油路连接；

所述凸轮的表面上设置有多倍频凸轮曲线轮廓，所述多倍频凸轮曲线为三角函数型曲线、插值曲线或者拟合曲线，所述多倍频凸轮曲线轮廓具备多个升程-回程的周期；

所述柱塞单元包括柱塞座，柱塞座内滑动连接有柱塞杆，所述柱塞杆上转动连接有第一滚轮和第二滚轮，第一滚轮和第二滚轮均和多倍频凸轮曲线轮廓接触；