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典型变量机构的组成、原理及特点

发布时间： 2021-12-21

　　典型变量机构的组成、原理及特点

　　手动伺服变量机构p; 图15(a)所示为典型的手动伺服变量机构结构，它由伺服阀芯1(与拉杆8相连)、变量活塞4和壳体5等零件组成。变量活塞上端的有效面积大于下端的有效面积。同伺服阀芯相配合的阀套7与变量活塞4制成一体。阀套和变量活塞的三个孔道(腔)e、f、h分别与变量活塞的下腔d、上腔和泵体内腔相通，泵体内腔通过泄油口与油箱相通。变量活塞4上下移动时，通过球铰2使斜盘3的倾角发生变化。泵输出的液压油经单向阀6进入变量活塞4的下腔d，液压力作用在变量活塞4的下端。当与伺服阀芯1相连接的拉杆8不动时，变量活塞4的上腔g处于封闭状态，变量活塞不动而处于平衡状态，斜盘3的倾角保持不变。
　　当通过拉杆8推动伺服阀芯1下移时，上面的阀口打开，d腔的压力油经孔道e进入上腔g。由于变量活塞上端的有效面积大于下端的有效面积，向下的液压力大于向上的液压力，故变量活塞4原有的平衡状态被破坏，也随阀芯向下移动，直到将上面的阀口关闭为止。当变量活塞下移时，斜盘倾角增加，泵的排量随之增加。变量活塞的位移量等于拉杆的位移量，该位移量也对应着一定的斜盘倾角。当拉杆带动伺服阀芯向上移时，则下面的阀口打开，变量活塞的上腔g通过通道f与h腔相通，上腔压力下降，变量活塞在下腔压力油的作用下向上移动，直至下面的阀口关闭为止。变量活塞的移动量与拉杆的位移量相等。当变量活塞向上移动时，斜盘倾角减小，泵的排量随之减小。图15(b)所示为手动伺服变量机构的液压原理。
　　

　　(a)结构(b)液压泵囊
　　图15手动伺服变量机构及其液压原理
　　1-伺服阀芯；2-球铰；3-斜盘；变量活塞；5-壳体；6-单向阀；7-阀套；8-拉杆
　　由上述可知：
　　i.在图15所示的手动伺服变量机构中，推动变量活塞动作的压力油来自泵本身，故属内控式；也可由控制油源供给，即外控式。同样的原理也可组成手动伺服变量马达。
　　ii.尽管手动伺服控制通过液压放大减小了手动操纵力并可实现在运行中的排量调节，但仍不能实现远程控制。
　　iii.如果将图15中的手动伺服阀改成电液控制阀(电液伺服阀、电液比例阀或电液数字阀)，则可组成电液伺服(或比例或数字)控制，其排量与控制电流或脉冲频率成正比，则可实现远程控制；若用传感器把输出参数(泵的流量、压力或马达的转矩、转速等)变为电量，则可进行输出量的反馈，构成闭环控制，从而大大提高变量泵的自动控制水平。
　　b.恒压控制变量恒压变量泵中的恒压变量机构是递过泵出口压力与变量机构压力调定值之间的差值来调节泵的输出流量，使泵保持出口压力为定值。此泵在系统压力未达到调定值之前为定量泵，向系统提供泵的曩大流量；当系统压力达到调定值后，不论输出流量如何变化，其输出压力恒定，故称为恒压变量泵。泵的压力**量特性如图16(a)所示，恒压变量机构的工作原理如图16(b)所示。泵出口压力被引入先导控制滑阀1的左端，形成液压推力pdA和右端压力控制弹簧的作用力相比较。Fo代表了恒压泵的给定压力Po，即P0=Fs／Aco
　　

　　(a)压力**量特性 (b)变量机构原理
　　图16 恒压变量泵的压力**量特性及其变量机构原理
　　1-控制滑阕；2-差动变量活塞；3一压力控制弹簧
　　当泵的工作压力p d 如调压机构由比例电磁铁代替，控制阀为电液比例阀，则可构成电液比例恒压控制泵，泵的工作压力与比例电磁铁的输入控制电流成正比：
　　

　　图17恒压变量泵的实际特性曲线
　　q一泵的泄漏量，随压力增大而增大；p一恒压变量机构的控铡压力偏差
　　

　　图18 恒流量控制原理 1-阀芯；2-薄刃形节流口；3-弹簧；变量控剖活塞；a-高压油口。b.c-流道
　　c.恒流量控制图18所示为传统压力控制型的恒流量控制机构原理。恒流控制阀上设置一薄刃形节流口2作为流量检测元件，它将流量变化转化为压力变化信号以控铜阀芯1的位置。当由于某种原因使泵的实际输出流量减小时，节流口的压差p降低，弹簧3的弹性力大于液压力而使阀芯1左移。因而a口的高压油经流道b进入变量控制活塞4的右端，使变量机构移动，故泵的排量增加。由于采用恒流量控制，当泵在任何压力下(即容积效率不同)工作时，其输出流量均可保持恒定。对于柱塞泵两言，因其容积效率棚当高，当转速恒定时，在一定精度范围内，定排量即具有恒流量的作用。对予驱动泵的原动机转速变化相当大的场合(如内燃机驱动)，恒流量泵能在一定转速变化范圈内保持泵输出流量基本恒定。
　　d.恒功事变量和功率匹配变量功率题配(也称功率适应)的控制方式可使变量泵的工作压力及输出流量同时与系统的需求相适应，以提高系统效率。
　　图19(a)为一种恒功率(带伺服放大)变量泵的变量机构。伺服滑阀2装在变量活塞l内，故伺服滑阀和变量活塞构成直接的位置反馈关系。来自泵出口的高压油通过单向阀9进入变量活塞下腔室a，并通过变量活塞中的孔道b引至滑阀的d腔和c腔。控制活塞在d腔的承压面积为d，此承压面积上的液压力与伺服滑阀上的弹簧力相平衡。如液压力大于弹簧力，则滑阀上移，变量活塞上腔的油液通过孔道f再经被打开的控制阀口及中心孔h至回油腔，因而活塞上腔压力下降。当变量活塞上腔压力下降到P1小于等于P(Az／A1)时(A1、A2分别为变量活塞上、下端面承压面积)，变量活塞上移，并推动变量机构使泵变量。
　　

　　(a)结构
　　圈19恒功率(带伺服放大)变量机构
　　在控制滑阀上设置两根弹簧4和5，其中内弹簧4在初始位置时不受任何压缩。在控制滑阀上移的初期，仅外弹簧5起作用。作用在滑阀上的液压力与弹簧5的弹性力相平衡。当滑阀移过一段距离后，弹簧4开始受压缩，两个弹簧力之和与液压力相平衡。由于上述两个弹簧的作用，泵的流量一压力特性为图20所示的折线。适当选择图20中直线口6和k的斜率及截距(即弹簧4、5的刚度及预压缩量)，可使泵的流量一压力特性曲线与双曲线相近似，即Pq—const(常数)，表示泵的输出功率近似不变，故称为恒功率机构。
　　

　　图20 流量(q)一压力(p)特性曲线
　　图21功率匹配变量泵原理
　　图21所示为一种功率匹配控制方式的原理。它由液动功率匹配阀1、电液比例阀2、梭阀3和变量控制活塞4组成。梭阀的作用是使变量控制活塞向左或向右运动时通向功率匹配阀的控制油压始终为负载压力PL。假如比例阀的压力损失调定为po，则当功率匹配阀处于平衡状态时，泵的工作压力Po等于液压缸或液压马达(图中为液压缸)的负载压力夕L与比例阀压力损失Apo之和。当负载压力发生变化时，泵的工作压力也相应变化，但始终与负载需要相匹配，不产生很大的压力损失。比例阀的压力损失由功率匹配阀弹簧的压紧力设定。如比例阀的压力损失大于调定值，这意味着通过比例阀的流量过大，则功率匹配阀芯受力不平衡而左移，操纵变量控制活塞使泵的排量减小。*后，比例阀的压力损失恢复到Apo，通过比例阀的流量恢复到调定值。连续改变比例阀的工作电流以控制其阀口开度即能连续成比例地控制泵的输出流量以满足系统需要。这种控制方式不产生溢流，泵的输出压力及流量始终与液压系统的要求相匹配(适应)，故系统效率高，能量损失及系统发热均11/d,，节能效果显著，特别适合大功率液压系统采用。
　　e.液控双向变量变量机构如由受控油压通过液压缸来推动，便为液控变量。图22所示为利用换向阀控制双杆变量缸构成的液控双向变量泵原理。当三位四通电磁换向阀3处于中位时，变量缸两腔均接油箱，在两侧复位弹簧作用下，变量缸平衡，主泵1的排量和吸、压油方向不变。当阀3切换至左位或右位时，外控油源的压力油经阀5和3进入变量缸的左腔或右腔，另一腔回油，主泵的吸、排油1：1便互相更换，实现双向变量。如用机械方法调整变量活塞的两个极限位置，则可控制变量活塞在正、负方向上的行程，因而一次调定(在运行过程中不能调整)泵在正、负方向上的流量大小。这种泵主要用于闭式液压系统，使液压缸或马达换向。
　　简单的液控只能是开环控制，通过各种控制阀及液压回路等可形成闭环控制，组成各种不同机能的变量泵。
　　

　
　　图22液控双向变量泵原理
　　1-主液压泵；2-双杆变量缸；3-三位四通电磁换向阀；4-梭阀；5-二位三通液动换向阀
　　f.复合控制变量图23所示为由电液比例阀(或电液伺服阀)进行控制，并采用被控量电反馈组成的复合控制变量泵。控制阀为电液比例(或伺服)控制二位三通预开口滑阀，接受来自控制放大器的输入电流。放大器的输入电压信号由信号处理单元---调节器给定。调节器能够设定变量活塞位置z、负载流量q、负载压力表及泵的输出功率等模拟量的输入电压信号Uz、Uq、U户和U加，同时也能接受z、q的反馈电压信号，并具有相应的信号处理功能。通常，在调节器内设置pid调节单元及系数修正和补偿运算单元，以提高泵的综合控制性能。
　　

　　图23 电反馈复合控制变量泵原理
　　1-主泵；2-位置传感器；3-变量缸；电液比例控制滑阀；5-流量传感器；6-压力传感器；7-流量计；8-放大器