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1、电液比例容积控制课件第1页，共86页，编辑于2022年，星期一41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法 液压泵和液压马达都是液压系统中不可缺少的能源转换元液压泵和液压马达都是液压系统中不可缺少的能源转换元件，为了节能的需要发展了变量泵和变量马达。但由于件，为了节能的需要发展了变量泵和变量马达。但由于通常的通常的手动变量泵和马达手动变量泵和马达只能适应一两种设定的工况，只能适应一两种设定的工况，不能或很难适应不能或很难适应在负载状态下进行连续比例变量或调压。在负载状态下进行连续比例变量或调压。在这些场合下会导致能在这些场合下会导致能量损失或性能下降，尤其是在量损失或性能下降，尤其是在大功率
2、及控制复杂、要求高的场大功率及控制复杂、要求高的场合合更是如此。而更是如此。而比例式和伺服式容积控制的变量泵和马达能比例式和伺服式容积控制的变量泵和马达能适应适应各种场合的要求，能够在工作状态下使液压参数作快速而频各种场合的要求，能够在工作状态下使液压参数作快速而频繁的变化，从而使节能效果和控制水平大大提高。更重要的是采繁的变化，从而使节能效果和控制水平大大提高。更重要的是采用了比例容积控制以后，可以通过电气技术进行各种补偿、校正、用了比例容积控制以后，可以通过电气技术进行各种补偿、校正、协调和适应控制，从而获得最大限度的性能提高和节能效果。协调和适应控制，从而获得最大限度的性能提高和节能效果
3、。第2页，共86页，编辑于2022年，星期一 比例变量泵和马达按其控制方式可分为比例变量泵和马达按其控制方式可分为比例排量、比例压力、比例排量、比例压力、比例流量和比例功率比例流量和比例功率控制四大类。这四种类型都是在其相应的手动控制四大类。这四种类型都是在其相应的手动控制的基础上发展起来的，所以有必要先来考察一下变量泵的各种控控制的基础上发展起来的，所以有必要先来考察一下变量泵的各种控制方式。制方式。在液压控制系统中，在液压控制系统中，节流控制节流控制，或称流阻控制是实现各种控制，或称流阻控制是实现各种控制功能的基本手段。它具有结构简单、成本低廉、容易调节及控功能的基本手段。它具有结构简单、
4、成本低廉、容易调节及控制精度高等优点，但会产生压力降并导致能耗。对节流调速控制精度高等优点，但会产生压力降并导致能耗。对节流调速控制系统的功率损失研究表明，该系统的主要能量损失由两部分制系统的功率损失研究表明，该系统的主要能量损失由两部分组成：即组成：即节流损失节流损失和和溢流损失溢流损失。上述能量损耗的原因究其本质有两个：。上述能量损耗的原因究其本质有两个：流量不适应流量不适应过多的流量输入系统；过多的流量输入系统；压力不适应压力不适应供油压力大供油压力大于工作压力，以补偿节流压降。解决这一问题的办法是采用容积调速控于工作压力，以补偿节流压降。解决这一问题的办法是采用容积调速控制。为此，设计
5、出了各种变量泵，变量机构及控制策略。制。为此，设计出了各种变量泵，变量机构及控制策略。41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第3页，共86页，编辑于2022年，星期一4.1.1 流量适应控制流量适应控制 由于节流调速系统既有节流损失，又存在溢流损失，用数由于节流调速系统既有节流损失，又存在溢流损失，用数学式可表示为学式可表示为PpQl+ppQ 式中：式中：P液压回路总损失。液压回路总损失。流量适应控制流量适应控制是指泵供给系统的流量自动地与系统的需要相适应，是指泵供给系统的流量自动地与系统的需要相适应，它它完全消除溢流损失完全消除溢流损失。这种流量供给系统由于消除了过剩的流量，没。这种
6、流量供给系统由于消除了过剩的流量，没有溢流损失，提高了效率。有溢流损失，提高了效率。流量适应控制的基本办法是采用变量泵。流量适应控制的基本办法是采用变量泵。以以下是几种较常见的流量适应拄制变量泵。下是几种较常见的流量适应拄制变量泵。41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第4页，共86页，编辑于2022年，星期一（1）限压式变量泵）限压式变量泵 下图所示为限压式变量泵，它的出口接有调速阀，构成了容下图所示为限压式变量泵，它的出口接有调速阀，构成了容积节流调速回路。该泵的工作原理是利用输出压力与参比弹簧反积节流调速回路。该泵的工作原理是利用输出压力与参比弹簧反力的合力来推动定子移动，使偏心
7、距改变，即排量改变，并使排力的合力来推动定子移动，使偏心距改变，即排量改变，并使排量总在与反馈压力相应的平衡位置上。其输出的流量特性曲线量总在与反馈压力相应的平衡位置上。其输出的流量特性曲线 l 以及调速阀流量特性曲线以及调速阀流量特性曲线 2 如图所示。最大输出流量如图所示。最大输出流量Qmax可由限可由限制定子的最大偏心距来给定。泵的工作点由曲线制定子的最大偏心距来给定。泵的工作点由曲线 1与曲线与曲线 2 的交的交点确定，在轻载时处于接近水平的一段上点确定，在轻载时处于接近水平的一段上(拐点拐点c之前之前)，重载时处在，重载时处在斜线段上。图中斜线段的斜率由参比弹簧刚度决定。斜线段上。图
8、中斜线段的斜率由参比弹簧刚度决定。41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第5页，共86页，编辑于2022年，星期一41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第6页，共86页，编辑于2022年，星期一（2）流量敏感型变量泵）流量敏感型变量泵 流量敏感变量泵的工作原理如下图所示。它与限压式变量泵的区流量敏感变量泵的工作原理如下图所示。它与限压式变量泵的区别仅仅是它以流量检测信号代替了压力直接反馈信号。当没有过剩流别仅仅是它以流量检测信号代替了压力直接反馈信号。当没有过剩流量时，流过液阻量时，流过液阻 R 的流量为零，控制压力的流量为零，控制压力 Po 也为零。这时泵的也为零。这时泵的输
9、出流量最大，作定量泵供油。当有过剩流量流过时，流量信输出流量最大，作定量泵供油。当有过剩流量流过时，流量信号转为压力信号号转为压力信号Po，然后和弹簧反力比较来确定偏心距。适当，然后和弹簧反力比较来确定偏心距。适当选择液阻选择液阻 R 可以把控制压力限制在低压范围，从而使弹簧的刚可以把控制压力限制在低压范围，从而使弹簧的刚度减小。由于过剩的流量先经过溢流阀，而溢流阀的微小变动度减小。由于过剩的流量先经过溢流阀，而溢流阀的微小变动就能引起调节作用，故这种流量敏感型变量泵同时具有恒压泵就能引起调节作用，故这种流量敏感型变量泵同时具有恒压泵的特性。其压力的特性。其压力流量特性曲线如图所示，显然这种泵
10、的拐点流量特性曲线如图所示，显然这种泵的拐点压力及最大压力均由溢流阀的手调机构调节确定。压力及最大压力均由溢流阀的手调机构调节确定。41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第7页，共86页，编辑于2022年，星期一流量敏感型变量泵原理图及其压力流量敏感型变量泵原理图及其压力流量曲线流量曲线41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第8页，共86页，编辑于2022年，星期一（3 3）恒压变量泵）恒压变量泵 恒压变量泵是指当流量作适应调节时压力变动十分微小的变量恒压变量泵是指当流量作适应调节时压力变动十分微小的变量泵。泵。从前两节的分析中可知，要获得恒压的性质，必须要尽量从前两节的分析中
11、可知，要获得恒压的性质，必须要尽量采用弱刚度的弹簧来作参比对象。正加先导式溢流阀一样，用采用弱刚度的弹簧来作参比对象。正加先导式溢流阀一样，用压差来与弹簧力平衡，其恒压性能就较直动式的好得多。恒压压差来与弹簧力平衡，其恒压性能就较直动式的好得多。恒压变量泵也是利用这一原理来获得压力浮动很小的恒压性能的。变量泵也是利用这一原理来获得压力浮动很小的恒压性能的。下图给出了这种泵的工作原理和性能曲线。在恒压变量泵中设下图给出了这种泵的工作原理和性能曲线。在恒压变量泵中设置两个控制腔，利用两端的压力差来推动变量机构作恢复平衡位置置两个控制腔，利用两端的压力差来推动变量机构作恢复平衡位置的运动，这样弹簧刚
12、度就可以较小。只要求弹簧能够克服摩擦力，的运动，这样弹簧刚度就可以较小。只要求弹簧能够克服摩擦力，使泵在无压时能处于最大排量的状态即可。使泵在无压时能处于最大排量的状态即可。41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第9页，共86页，编辑于2022年，星期一恒压变量泵原理图及其特性曲线恒压变量泵原理图及其特性曲线1调压弹簧调压弹簧 2三通减压阀三通减压阀 3变量机构变量机构41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第10页，共86页，编辑于2022年，星期一 泵的工作原理是：当输出压力比减压阀泵的工作原理是：当输出压力比减压阀2的调定压力小时，的调定压力小时，减压阀全开不起减压作用。这
13、时，变量机构减压阀全开不起减压作用。这时，变量机构 3 液压力平衡，液压力平衡，在复位弹簧作用下处在排量最大位置。当泵的输出压力等于或在复位弹簧作用下处在排量最大位置。当泵的输出压力等于或超过调定压力时，减压阀阀芯向左移动，使供油压力和变量机超过调定压力时，减压阀阀芯向左移动，使供油压力和变量机构下腔部分与油箱接通。因此下腔压力降低，使变量机构失去构下腔部分与油箱接通。因此下腔压力降低，使变量机构失去平衡。上腔液压力推动变量机构下移压缩复位弹簧，直至重新平衡。上腔液压力推动变量机构下移压缩复位弹簧，直至重新取得力平衡。与此同时，由于变量机构的移动使流量作适应变取得力平衡。与此同时，由于变量机构
14、的移动使流量作适应变化。化。41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第11页，共86页，编辑于2022年，星期一4.1.2 压力适应控制压力适应控制 压力适应控制是指泵供给系统的压力自动地与系统的负载相压力适应控制是指泵供给系统的压力自动地与系统的负载相适应，完全消除多余的压力。压力适应控制可以由定量泵供油系适应，完全消除多余的压力。压力适应控制可以由定量泵供油系统来实现。这对于负载速度变化不大，而负载变化幅度大且频繁统来实现。这对于负载速度变化不大，而负载变化幅度大且频繁的工况，具有很好的节能效果。在定量泵压力适应系统中，当供的工况，具有很好的节能效果。在定量泵压力适应系统中，当供油量
15、超过需要量时，多余的流量不象定压系统那样从溢流阀中排油量超过需要量时，多余的流量不象定压系统那样从溢流阀中排走，也不象限压变量泵那样会迫使系统压力升高来减少输出流量，走，也不象限压变量泵那样会迫使系统压力升高来减少输出流量，而是从非恒定的流阻排出。此流阻的阻值随着执行机构的负载和而是从非恒定的流阻排出。此流阻的阻值随着执行机构的负载和速度不同而变化。常见的压力适应控制系统有速度不同而变化。常见的压力适应控制系统有恒流源系统、旁路节恒流源系统、旁路节流系统和负载压力反馈回路流系统和负载压力反馈回路。下面只介绍与比例变量泵关系最为密切。下面只介绍与比例变量泵关系最为密切的负载压力反馈压力适应控制回
16、路。的负载压力反馈压力适应控制回路。41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第12页，共86页，编辑于2022年，星期一（1）定差溢流型压力适应控制）定差溢流型压力适应控制 这种回路只需使溢流阀的弹簧腔接受负载压力反馈信息，构成这种回路只需使溢流阀的弹簧腔接受负载压力反馈信息，构成压差控制溢流阀，或称压差控制溢流阀，或称定差溢流阀定差溢流阀（如下图左侧），就能使溢流阀（如下图左侧），就能使溢流阀失去恒阻抗流阻的性质，成为一种与负载压力相适应的非恒定流阻，失去恒阻抗流阻的性质，成为一种与负载压力相适应的非恒定流阻，从而使系统供油压力与负载需要相适应，实现节能。从而使系统供油压力与负载需要相
17、适应，实现节能。若将节流阀的出口压力若将节流阀的出口压力作为反馈压力，实质上作为反馈压力，实质上就构成了一个就构成了一个溢流节流型溢流节流型调速阀调速阀(图图b)。41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第13页，共86页，编辑于2022年，星期一（2）流量敏感型稳流量变量泵）流量敏感型稳流量变量泵 把定差溢流阀用于变量泵时可以解决由于压力追随内泄漏和容性把定差溢流阀用于变量泵时可以解决由于压力追随内泄漏和容性引起的不稳定问题。把定差溢流节流阀的溢流信息，作为变量泵的变引起的不稳定问题。把定差溢流节流阀的溢流信息，作为变量泵的变量信号，向减小流量方向变化，就可以完全消除溢流量，又能保证输
18、量信号，向减小流量方向变化，就可以完全消除溢流量，又能保证输出流量不受外载的影响，构成所谓稳流量变量泵。出流量不受外载的影响，构成所谓稳流量变量泵。下图所示为流量敏感型稳流量变量泵的工作原理图。它的特点是下图所示为流量敏感型稳流量变量泵的工作原理图。它的特点是以流量检测信号代替原来的压力直接反馈。在工作压力适应调节时，以流量检测信号代替原来的压力直接反馈。在工作压力适应调节时，过剩的流量从溢流阀流走，溢流量的微小变化就能引起泵的动作，所过剩的流量从溢流阀流走，溢流量的微小变化就能引起泵的动作，所以这种泵是流量敏感型的。实质上此泵同时具有压力适应与流量适应以这种泵是流量敏感型的。实质上此泵同时具
19、有压力适应与流量适应的性质。的性质。41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第14页，共86页，编辑于2022年，星期一流流量量敏敏感感型型稳稳流流量量变变量量泵泵41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第15页，共86页，编辑于2022年，星期一4.1.3 功率适应控制功率适应控制 液压功率由压力与流量的乘积来决定。无论是流量适应或压力适应液压功率由压力与流量的乘积来决定。无论是流量适应或压力适应系统，都只能做到单参数适应，因而都是不够理想的能耗控制系统。功系统，都只能做到单参数适应，因而都是不够理想的能耗控制系统。功率适应动力源系统，即压力与流量两参数同时正好满足负载要求的系统
20、率适应动力源系统，即压力与流量两参数同时正好满足负载要求的系统才是理想的能耗控制系统。它能把能耗限制在最低的限度内。事实上，才是理想的能耗控制系统。它能把能耗限制在最低的限度内。事实上，上一节中介绍的流量敏感型稳流量变量泵就具有压力与流量的适应能力。上一节中介绍的流量敏感型稳流量变量泵就具有压力与流量的适应能力。采用这种泵的系统具有功率适应性。采用这种泵的系统具有功率适应性。下图所示为一种差压式稳流量变量叶片泵。泵的变量机构下图所示为一种差压式稳流量变量叶片泵。泵的变量机构由在定子两边的两个柱塞缸组成。定子的移动靠两个柱塞缸上由在定子两边的两个柱塞缸组成。定子的移动靠两个柱塞缸上的液压作用力之
21、差克服弹簧的液压作用力之差克服弹簧4的作用力来实现。所以这种泵称之为的作用力来实现。所以这种泵称之为差压式变量泵。差压式变量泵。41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第16页，共86页，编辑于2022年，星期一 采用此泵的系统既有采用此泵的系统既有压力适应的性质，又有流压力适应的性质，又有流量适应的性质。量适应的性质。41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第17页，共86页，编辑于2022年，星期一 下图所示为一种较完善的功率适应动力源。其特点是泵下图所示为一种较完善的功率适应动力源。其特点是泵的变量机构不是靠负载反馈信号直接控制，而是通过一个三的变量机构不是靠负载反馈信号直接
22、控制，而是通过一个三通减压阀作为先导阀来控制，因而具有先导控制的许多优点，通减压阀作为先导阀来控制，因而具有先导控制的许多优点，特别是灵敏度高，动特性好。主节流阀的压差被减压阀的参特别是灵敏度高，动特性好。主节流阀的压差被减压阀的参比弹簧固定，因此，通过主节流阀的流量仅由其开口面积决比弹簧固定，因此，通过主节流阀的流量仅由其开口面积决定。改变开口面积可使流量压力特性曲线上下平移。调节减定。改变开口面积可使流量压力特性曲线上下平移。调节减压阀的弹簧预压缩量可以改变拐点的压力，即可使垂直段左压阀的弹簧预压缩量可以改变拐点的压力，即可使垂直段左右移动，这样便可适应不同的工况要求。右移动，这样便可适应
23、不同的工况要求。41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第18页，共86页，编辑于2022年，星期一功率适应变量泵功率适应变量泵（a）原理图）原理图 （b）流量）流量压力特性曲线压力特性曲线 41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第19页，共86页，编辑于2022年，星期一4.1.4 恒功率控制恒功率控制 恒功率控制是使泵的总输出功率具有与负载无关，维持恒定恒功率控制是使泵的总输出功率具有与负载无关，维持恒定的性质。因液压功率的性质。因液压功率 P 为压力为压力 p 与流量与流量 Q 的乘积，即的乘积，即Pp*Q。所以精确的恒功率控制中，流量与压力的关系是压力升高时，所以精确的恒
24、功率控制中，流量与压力的关系是压力升高时，流量随压力呈双曲线规律减小。如下图所示曲线。流量随压力呈双曲线规律减小。如下图所示曲线。下图所示为一种恒功率控制器的结构原理图。控制器中下图所示为一种恒功率控制器的结构原理图。控制器中有两根套在一起的弹簧，低压时一根较软的弹簧起作用，这有两根套在一起的弹簧，低压时一根较软的弹簧起作用，这时泵的输出对应于时泵的输出对应于bc段，高压时两根弹簧同时接触变量活塞。这段，高压时两根弹簧同时接触变量活塞。这时弹簧刚度变大，其特件曲线对应时弹簧刚度变大，其特件曲线对应cd段。两段合起来就能近似实现段。两段合起来就能近似实现恒功率控制。恒功率控制。41 容积泵的基本
25、控制方法容积泵的基本控制方法第20页，共86页，编辑于2022年，星期一恒功率控制变量泵恒功率控制变量泵原理图原理图特性曲线特性曲线41 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法第21页，共86页，编辑于2022年，星期一 在一定转速下，变量泵和马达输出或吸入的流量正比于排量。在一定转速下，变量泵和马达输出或吸入的流量正比于排量。而排量是由变量机构的位置来决定的，因此电液比例排量控制而排量是由变量机构的位置来决定的，因此电液比例排量控制本质上是个电液比例位置控制系统。它利用适当的电本质上是个电液比例位置控制系统。它利用适当的电机转换机转换装置，通过液压放大级对变量泵或马达的变量机构进行位置装置
26、，通过液压放大级对变量泵或马达的变量机构进行位置控制，使其排量与输入信号成正比。这样的控制称为电液比控制，使其排量与输入信号成正比。这样的控制称为电液比例排量控制。例排量控制。虽然比例容积控制只是用比例电磁铁和先导阀来取代手调变虽然比例容积控制只是用比例电磁铁和先导阀来取代手调变量机构，但这不仅是操作方式的不同，更重要的是能够利用电量机构，但这不仅是操作方式的不同，更重要的是能够利用电气控制来进行各种压力补偿、流量补偿以及功率的适应控制，气控制来进行各种压力补偿、流量补偿以及功率的适应控制，从而使控制水平大大提高。从而使控制水平大大提高。42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第
27、22页，共86页，编辑于2022年，星期一 下图所示的是几种常见的比例排量调节方案。比例排量调节的方图所示的是几种常见的比例排量调节方案。比例排量调节的方式按反馈信号的类型分为三种，即位移直接反馈式，位移式按反馈信号的类型分为三种，即位移直接反馈式，位移力反馈力反馈式和位移式和位移电反馈式。图中压力油输入处电反馈式。图中压力油输入处 p 可以接内部或外部可以接内部或外部的压力油。围中的比例阀可以是直动式的，有时需要先导式的压力油。围中的比例阀可以是直动式的，有时需要先导式的，使获得足够大的推力。也可用机械力代替控制力，必要的，使获得足够大的推力。也可用机械力代替控制力，必要时可以用手动，这时就
28、相当于手动变量式定量泵。变量缸内时可以用手动，这时就相当于手动变量式定量泵。变量缸内设有对中弹簧，以便在无信号时回到无流量状态，图设有对中弹簧，以便在无信号时回到无流量状态，图 a 所示所示为一种单向变量机构，图为一种单向变量机构，图 b 和和 c 可以用于双向变量。可以用于双向变量。42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第23页，共86页，编辑于2022年，星期一电液比例排量调节电液比例排量调节a)位移直接反馈式位移直接反馈式b)位移位移力反馈式力反馈式c)位移位移电反馈式电反馈式A图图B图图C图图42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第24页，共86页，编辑
29、于2022年，星期一4.2.1 位移直接反馈式比例排量调节位移直接反馈式比例排量调节 位移直接反馈式比例变量泵是在手动伺服变量泵的基础上位移直接反馈式比例变量泵是在手动伺服变量泵的基础上增设比例控制电增设比例控制电机械转换部件而构成的。机械转换部件而构成的。在这种变量方式中，变在这种变量方式中，变量活塞跟踪先导阀芯的位移而定位。可见变量活塞的行程与先导阀芯量活塞跟踪先导阀芯的位移而定位。可见变量活塞的行程与先导阀芯的行程相等。的行程相等。（1）伺服电机驱动比例排量调节伺服电机驱动比例排量调节 伺服电动机输出的是转角，而伺服滑阀需要的是直线位移。因此，伺服电动机输出的是转角，而伺服滑阀需要的是直
30、线位移。因此，利用伺服电动机作电利用伺服电动机作电机械转换元件时需要加上一个螺旋机构。下图就机械转换元件时需要加上一个螺旋机构。下图就是这样的一种控制方式。这种变量泵控制精度很高，工作可靠，能与电是这样的一种控制方式。这种变量泵控制精度很高，工作可靠，能与电气自动化系统共同工作，实现遥控比例变量。实际上这种泵就是电液伺气自动化系统共同工作，实现遥控比例变量。实际上这种泵就是电液伺服变量泵。服变量泵。42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第25页，共86页，编辑于2022年，星期一42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第26页，共86页，编辑于2022年，星期一（
31、2）比例减压阀控制的比例排量调节变量泵比例减压阀控制的比例排量调节变量泵 采用比例减压阀输出的液压油来推动伺服阀的阀芯，采用比例减压阀输出的液压油来推动伺服阀的阀芯，实现电液比例排量调节，这样比例电磁铁的行程就不受实现电液比例排量调节，这样比例电磁铁的行程就不受变量活塞的行程限剧。下图所示比例排量变量泵使用的变量活塞的行程限剧。下图所示比例排量变量泵使用的就是这种形式的比例排量调节机构。它是在手动伺服变就是这种形式的比例排量调节机构。它是在手动伺服变量泵上增设电液比例减压阀量泵上增设电液比例减压阀 2，操纵缸，操纵缸 3 而构成的。其控而构成的。其控制精度及灵敏度虽不如电液伺服变量泵，但其抗污
32、染力强，制精度及灵敏度虽不如电液伺服变量泵，但其抗污染力强，价格低廉，工作可靠，对许多机械的远程控制是很理想的。价格低廉，工作可靠，对许多机械的远程控制是很理想的。42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第27页，共86页，编辑于2022年，星期一42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第28页，共86页，编辑于2022年，星期一（3）位移直接反馈型比例排量变量泵的特性分析）位移直接反馈型比例排量变量泵的特性分析 位移直接反馈比例排量调节泵的特性是指输入信位移直接反馈比例排量调节泵的特性是指输入信号电流或当量电流号电流或当量电流I变化时，流量变化时，流量Q的响应特性
33、。从的响应特性。从上面比例排量泵的结构原理分析中可知，它的结构由上面比例排量泵的结构原理分析中可知，它的结构由三个主要环节组成，就是电三个主要环节组成，就是电机械位移转换机构、伺机械位移转换机构、伺服变量机构及泵主体机构。在简化的条件下，除伺服服变量机构及泵主体机构。在简化的条件下，除伺服变量机构外，都简化为比例环节，则泵的特性可由以变量机构外，都简化为比例环节，则泵的特性可由以下的基本方程来描述。下的基本方程来描述。a.电电机械转换机构方程机械转换机构方程42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第29页，共86页，编辑于2022年，星期一 b.伺服变量机构特性方程伺服变量机构特
34、性方程c.泵的流量方程泵的流量方程42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第30页，共86页，编辑于2022年，星期一4.2.2 位移位移力反馈式力反馈式比例排量调节变量泵比例排量调节变量泵 由于位置直接反馈式中反馈量是变量活塞的位移，它必须采由于位置直接反馈式中反馈量是变量活塞的位移，它必须采用伺服阀来进行位置比较。而伺服阀的制造工艺要求很高。而且用伺服阀来进行位置比较。而伺服阀的制造工艺要求很高。而且为了驱动伺服阀，往往需要增加一级先导级，又使结构复杂化，为了驱动伺服阀，往往需要增加一级先导级，又使结构复杂化，增加了成本。采用位移增加了成本。采用位移力反馈的控制方式来使变量活
35、塞定位，可使力反馈的控制方式来使变量活塞定位，可使变量机构的控制得到大大的简化。变量机构的控制得到大大的简化。（1）结构及工作原理）结构及工作原理 我国引进生产的力士乐型我国引进生产的力士乐型A7V斜轴式轴向柱塞泵就是一种位移斜轴式轴向柱塞泵就是一种位移力反馈式的比例排量调节变量泵，如图示。力反馈式的比例排量调节变量泵，如图示。42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第31页，共86页，编辑于2022年，星期一42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第32页，共86页，编辑于2022年，星期一 泵的排量与输入控制电流成正比。可在工作循环中无级地按程序泵的排量与输入控
36、制电流成正比。可在工作循环中无级地按程序来控制泵的排量。无控制电流时，该泵在压力在复位弹簧的作用下返来控制泵的排量。无控制电流时，该泵在压力在复位弹簧的作用下返回原位，当有信号电流时，比例电磁铁回原位，当有信号电流时，比例电磁铁10产生推力，通过调节套筒产生推力，通过调节套筒9和和推杆推杆7作用于控制阀上。当作用于控制阀上。当10产生的推力足以克服起点调节弹簧产生的推力足以克服起点调节弹簧3和和反馈弹簧反馈弹簧8的预压缩力的总和时，阀芯的预压缩力的总和时，阀芯4位移使位移使a、b控制腔接通。变量控制腔接通。变量活塞活塞5从最小排量位置向增大排量的方向移动，实现变量。与此同时，在从最小排量位置向
37、增大排量的方向移动，实现变量。与此同时，在移动中不断压缩反馈弹簧，直至弹簧上的压缩力略大于电磁力时，先导移动中不断压缩反馈弹簧，直至弹簧上的压缩力略大于电磁力时，先导芯开始关闭，并终于完全关闭，实现位移芯开始关闭，并终于完全关闭，实现位移力反馈，使活塞定位在与输力反馈，使活塞定位在与输入信号成正比的新位置上。入信号成正比的新位置上。42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第33页，共86页，编辑于2022年，星期一A7V 比例排量调节变量泵结构比例排量调节变量泵结构1最小流量限位螺钉最小流量限位螺钉2调节螺钉带护罩调节螺钉带护罩3控制起点调节弹簧控制起点调节弹簧4控制阀控制阀5控
38、制活塞控制活塞6端盖端盖7推杆推杆8反馈弹簧反馈弹簧9调节套筒调节套筒10比例电磁铁比例电磁铁11最大流量限位螺钉最大流量限位螺钉12配流盘配流盘13缸体缸体a变量活塞小腔（通常压力油）变量活塞小腔（通常压力油）b变量活塞大腔（控制腔）变量活塞大腔（控制腔）42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第34页，共86页，编辑于2022年，星期一（2）传递函数框图）传递函数框图位移力反馈比较环节位移力反馈比较环节a）电磁力与反馈力比较环节）电磁力与反馈力比较环节b）方框图）方框图c）等价方框图）等价方框图42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第35页，共86页，编辑于2
39、022年，星期一4.2.3 位移位移电反馈型电反馈型比例排量调节比例排量调节 位移位移电反馈式排量调节把带有排量信息的斜轴电反馈式排量调节把带有排量信息的斜轴(斜盘斜盘)的倾角的倾角或变量活塞的直线位移转换成电信号，并把此信号反馈到输入端由电或变量活塞的直线位移转换成电信号，并把此信号反馈到输入端由电控器进行处理。最后得出控制排量改变的信息。控器进行处理。最后得出控制排量改变的信息。下图所示为一种位移下图所示为一种位移电反馈型比例排量调节变量变量泵的原电反馈型比例排量调节变量变量泵的原理图。机构的位移或倾角，代表了流量的信息。由位移传感器理图。机构的位移或倾角，代表了流量的信息。由位移传感器2
40、检测和反馈。所以实际上是间接的流量反馈，反馈的实际值与给定检测和反馈。所以实际上是间接的流量反馈，反馈的实际值与给定值进行比较，得出需要的排量调节信息。值进行比较，得出需要的排量调节信息。42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第36页，共86页，编辑于2022年，星期一位移位移电反馈型电反馈型 比例排量调节比例排量调节1双向变量泵双向变量泵2位移传感器位移传感器3输入信号电位器输入信号电位器4电控器电控器5双向变量机构双向变量机构6三位四通比例换向阀三位四通比例换向阀7先导油泵先导油泵42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第37页，共86页，编辑于2022年，星
41、期一 因为是双向变量机构，需要采用辅助先导泵向比例阀供油，使因为是双向变量机构，需要采用辅助先导泵向比例阀供油，使在主泵的排量为零的位置下变量机构仍能可靠工作。变量机构由弹在主泵的排量为零的位置下变量机构仍能可靠工作。变量机构由弹簧对中，控制失效时，通过比例阀的中位节流口实现油液体积平衡簧对中，控制失效时，通过比例阀的中位节流口实现油液体积平衡而回零。而回零。该系统流量随压力升高有较大的负偏差，这是由于泵的泄漏流量该系统流量随压力升高有较大的负偏差，这是由于泵的泄漏流量QL引起的。可见，比例排量调节虽然可以通过电气信号来控制泵的引起的。可见，比例排量调节虽然可以通过电气信号来控制泵的输出流量，
42、但因负载变化以及泄漏等因素引起的流量变化无法得到抑输出流量，但因负载变化以及泄漏等因素引起的流量变化无法得到抑制和补偿。所以，比例排量调节的流量得不到精确的控制。当需要精制和补偿。所以，比例排量调节的流量得不到精确的控制。当需要精确控制时就要采用比例流量调节变量泵。确控制时就要采用比例流量调节变量泵。42 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达第38页，共86页，编辑于2022年，星期一 4.3.1 工作原理及结构工作原理及结构 电液比例压力调节型变量泵是一种带负载压力反馈的变量泵，其特点是电液比例压力调节型变量泵是一种带负载压力反馈的变量泵，其特点是利用利用负载压力变化作为泵本身变
43、量的控制信号负载压力变化作为泵本身变量的控制信号。泵的出口压力代表了。泵的出口压力代表了负载的大小。负载的大小。当低于设定压力时，相当于定量泵工作，输出最大流量。当低于设定压力时，相当于定量泵工作，输出最大流量。当工作压力等于设定压力时，它按变量泵工作。泵输出的流当工作压力等于设定压力时，它按变量泵工作。泵输出的流量随工作压力的增加而下降。任何工作压力的微小变化都将引起量随工作压力的增加而下降。任何工作压力的微小变化都将引起泵较大的流量变化，从而对压力提供了一种反向变化的补偿。当泵较大的流量变化，从而对压力提供了一种反向变化的补偿。当系统的负载压力大于设定压力时，泵的输出流量迅速减小到仅能系统
44、的负载压力大于设定压力时，泵的输出流量迅速减小到仅能维持各处的内、外泄漏，且维持设定压力不变。可见这种变量泵维持各处的内、外泄漏，且维持设定压力不变。可见这种变量泵具有流量适应的特点，在泵作流量适应调节时，工作压力变动很具有流量适应的特点，在泵作流量适应调节时，工作压力变动很小，基本保持不变。小，基本保持不变。43 电液电液比例压力调节型变量泵比例压力调节型变量泵第39页，共86页，编辑于2022年，星期一 电液比例压力调节型变量泵的最大供油能力由其最大排量电液比例压力调节型变量泵的最大供油能力由其最大排量决定，而泵的出口压力由比例电磁铁的控制电流来设定。因这决定，而泵的出口压力由比例电磁铁的
45、控制电流来设定。因这种泵种泵完全消除了流量过剩完全消除了流量过剩，而输出压力又可根据工况随时重新，而输出压力又可根据工况随时重新设定，因而有很好的节能效果。这种泵是流量适应的，它无设定，因而有很好的节能效果。这种泵是流量适应的，它无需设置溢流阀，但应加入安全阀来确保安全。需设置溢流阀，但应加入安全阀来确保安全。43 电液电液比例压力调节型变量泵比例压力调节型变量泵第40页，共86页，编辑于2022年，星期一43 电液电液比例压力调节型变量泵比例压力调节型变量泵第41页，共86页，编辑于2022年，星期一比例压力调节变量叶片泵结构原理图比例压力调节变量叶片泵结构原理图43 电液电液比例压力调节型
46、变量泵比例压力调节型变量泵第42页，共86页，编辑于2022年，星期一4.3.2 先导式比例压力调节变量叶片泵的特性分析先导式比例压力调节变量叶片泵的特性分析 变量叶片泵的定子环由两个控制柱塞保持在一定的位置上，变量叶片泵的定子环由两个控制柱塞保持在一定的位置上，较大的一个控制柱塞由一软弹簧支持，其有效面积为小的两倍。较大的一个控制柱塞由一软弹簧支持，其有效面积为小的两倍。弹簧的推力应在零压力时足以克服各种摩擦力，把定子推至最弹簧的推力应在零压力时足以克服各种摩擦力，把定子推至最大偏心位置。因此泵起动时能给出最大流量。直到输出压力达大偏心位置。因此泵起动时能给出最大流量。直到输出压力达到设定的
47、拐点压力为止，它按定量泵工作。其后便按变量泵工到设定的拐点压力为止，它按定量泵工作。其后便按变量泵工作。作。（1）动态特性）动态特性 根据上述变量叶片泵的工作原理，可写出泵与流量、工作压力有根据上述变量叶片泵的工作原理，可写出泵与流量、工作压力有关的诸数学式。为简便忽略有关的库仑摩擦以及油液压缩性的影响关的诸数学式。为简便忽略有关的库仑摩擦以及油液压缩性的影响和被动力。从而得到传递函数如下：和被动力。从而得到传递函数如下：43 电液电液比例压力调节型变量泵比例压力调节型变量泵第43页，共86页，编辑于2022年，星期一43 电液电液比例压力调节型变量泵比例压力调节型变量泵第44页，共86页，编
48、辑于2022年，星期一传递函数方框图传递函数方框图43 电液电液比例压力调节型变量泵比例压力调节型变量泵第45页，共86页，编辑于2022年，星期一（2 2）静态特性）静态特性 静态特性是指泵的流量与压力，功率与压力及效静态特性是指泵的流量与压力，功率与压力及效率与压力之间的关系。相应的静态特性方程为率与压力之间的关系。相应的静态特性方程为43 电液电液比例压力调节型变量泵比例压力调节型变量泵第46页，共86页，编辑于2022年，星期一 由以上四个式子，消去中间变量求得泵的静态特性曲线：由以上四个式子，消去中间变量求得泵的静态特性曲线：Q 流量压力曲线流量压力曲线P1 最大输出时的功率最大输出
49、时的功率P2 零行程时的功率输出零行程时的功率输出 图示，在图示，在ppc的区域内，的区域内，功率特性与定量泵相同，在功率特性与定量泵相同，在ppc区域内，输出功率急剧区域内，输出功率急剧下降，直至到达零行程功率曲下降，直至到达零行程功率曲线。因此该泵用于保压系统时，线。因此该泵用于保压系统时，具有很好的节能效果。具有很好的节能效果。43 电液电液比例压力调节型变量泵比例压力调节型变量泵第47页，共86页，编辑于2022年，星期一 比例流量调节型变量泵是一种稳流量型的自动变量泵，它的输比例流量调节型变量泵是一种稳流量型的自动变量泵，它的输出流量与负载无关，且正比于输入电信号。虽然比例排量变量泵
50、的出流量与负载无关，且正比于输入电信号。虽然比例排量变量泵的输出流量也有正比于输入信号的功能，但由于负载变化所引起的泄输出流量也有正比于输入信号的功能，但由于负载变化所引起的泄漏，液容的影响无法得到自动补偿。因此排量调节控制不能保证流漏，液容的影响无法得到自动补偿。因此排量调节控制不能保证流量的稳定性。相反，比例流量调节型变量泵以流量为控制对象，在量的稳定性。相反，比例流量调节型变量泵以流量为控制对象，在泵作压力适应变比时，自动补偿流量的变化，维持稳流量。但由于泵作压力适应变比时，自动补偿流量的变化，维持稳流量。但由于它的恒流量性质是靠容积节流实现的，大流量时，其节流损失不容它的恒流量性质是靠