变量泵控制方式

接线图 2023年10月06日 12:47 103 admin

变量泵可以通过排量调节来适应机械在作业时的复杂工况要求，由于其具有明显的优点而被泛使用。变量泵的控制方式多种多样，主要有压力切断控制、功率控制、排量控制和负载敏感控制四基本控制方式。通过这四种基本控制方式的组合，可以得到具有复杂输出特性的组合控制。

1 什么是变量泵的压力切断控制？

压力切断控制是对系统压力限制的控制方式，有时也简称为压力控制。当系统压力达到切断压力值，排量调节机构通过减小排量使系统的压力限制在切断压力值以下，其输出特性如图1a所示。

如果切断力值在工作中可以调节则称为变压力控制，否则称为恒压力控制。

图1b所示为压力切断控制的典型实方式。当系统压力升高达到切断压力时，变量控制阀阀芯左移，推动变量机构使排量减小，从而实现压力断控制。阀芯上的Pr为液控口，可以对切断压力进行液压远程控制和电液比例控制。

一些液压工况复杂，作业中执行机构需要的流量变化很大，压力切断控制可以根据执行机构的调速要按所需供油，避免了溢流产生的能量损失，同时对系统起到过载保护的作用。

a输出特性 b典型实现形式

图1 压力切断控制变量泵

注:液压马达工程师认为，从压力切断特性图来看，实现速度控制必须在压力达到恒压值后才能进行，否则泵始终在最大排量位置

2 什么是变量泵的功率控制？

功率控制是对系统功率限制的控制方式。当系统功率达到调定的功率值时，排量调节机构通过减小排量使系统的功率限制在调定功率值以下。如果功率限制值在工作中可调则称为变功率控制，否则称为恒功率控制。

图2中所示为力士乐(Rexroth）A11VO恒功率泵的输出特性和具体实现结构。其工作原理如下：

变量油缸和复位油缸分别布置在泵体两侧，对变量机构进行差动控制，其中面积较大的变量油缸的压力受到变量控制阀的控制。作用在小活塞上的系统压力经摇杆在控制阀芯左侧作用推力F，而阀芯右侧受到弹簧力的作用。由于小活塞装在与变量机构一起运动的复位活塞上，所以摇杆对阀芯的推力为

F=PALl/L2 (1）

式中：P为系统压力；A为小活塞面积；L1为小活塞到摇杆铰点的距离；L2为变量控制阀杆到摇杆铰点的距离。

当摇杆推力大于弹簧推力时，阀芯右移，使泵的排量减小，从而维持摇杆推力为近似常数。根据式(1）可知，摇杆推力正比于PL1，而L1正比于油泵排量，因此实现了对变量泵的功率的限制(假定油泵转速不变）。有时为了简化控制结构，常采用近似功率控制方式，常用双弹簧结构控制变量机构位置。图3所示为川崎(Kawasaki）K3V系列变功率控制泵的输出特性和具体实现结构。其中控制阀阀芯位置是通过系统压力与双弹簧弹力的平衡决定的，而变量机构跟随阀芯一起运动，这样就可以利用双弹簧的变刚度特性用折线近似双曲线。

图2 恒功率控制变量泵

图3 变功率控制变量泵

功率控制能够充分发挥原动机的功率，达到按能力供油的目的，避免原动机因过载而停车或损坏。

现在的挖机大部分使用的是恒功率变量泵，但是单纯的恒功率可能没有多大实际意义，恒功率泵需要与压力控制，流量控制配合使用这样才能发挥泵的最大功率性能。

3 什么是变量泵的排量控制？

排量控制是指对变量泵的排量进行直接控制的控制方式，施加一个控制压力就可以得到一个相应的排量值。图4所示为川崎(Kawasaki）K3V系列负流量控制(指流量变化与先导控制压力成反比）的输出特性和具体控制方式。当先导控制压力Pr增大时，变量控制阀阀芯右移，使泵的排量减小，从而使泵的流量Q随着Pr的增大成比例地减小。

图4 负流量控制变量泵

图5所示是HYUNDAI液压挖掘机的负流量控制系统的局部简化原理图。当所有多路换向阀位于中位时，从液压泵排出的压力油经多路换向阀的直通供油道和节流孔回油箱，将节流孔的回油流量作为控制量，通过排量调节机构来控制泵的排量。当通过节流孔回油的流量达到一定值时(设定值远小于系统总流量），节流孔前的先导压力Pr就开始调节变量泵，使泵的排量仅提供运动速度所需的流量，即通过多路阀对执行元件进行调速时，变量泵具有自动调节排量按需供流的功能。

图5 EHYUNDAI液压挖掘机负流量控制系统

4 什么是LS(负载敏感）控制？

LS控制方式是对变量泵排量变化率控制的控制方式。LS控制变量泵的输出特性与排量控制相同，但其控制信号反映的不是排量本身，而是排量的变化值。图6所示是LS控制的典型实现形式，它过压力差对泵的排量进行控制，当△P与阀芯弹簧压力不平衡时，变量控制阀阀芯偏移，使泵排量发生相应变化。

图6 LS控制变量泵的典型实现形式

图7所示是采用LS控制变量泵实现的LS调速系统的基本原理。△P为节流口前后压力差，△P=PA-PL，其中PA为泵口压力，PL为负载压力，其最大的特点就是可以根据负载大小和调速要求对泵进行控制，从而实现在按需供流的同时，使调速节流损失△P控制在很小的固定值。

负载敏感变量泵与压力补偿阀配合使用可以实现单泵驱动多个执行机构的独立调速，各执行元件不受外部负载变动和其他执行元件的干扰。由于LS调速系统不仅实现按需供油，同时也是按需供压，是能量损失很小的调速方案。

泵默认状态是最大排量位置，所以调速是由大调小。泵根据主控阀的开口大小来调节泵输出流量，具有压力补偿的主控阀的流量控制与负载大小无关。

图7 LS调速控制系统

5 什么是基本控制方式的组合？

系统的压力限制、原动机的功率限制以及对执行元件的可调速性，往往对同一台机械的液压系统是同时需要的，因此需要对多种控制方式进行组合，以便使变量泵能够满足机械设备的复杂工况要求，控制方式的组合应根据具体的应用要求而定。图8所示为力乐士(Rexroth）压力切断控制、功率控制和LS控制组合的输出特性和具体实现结构。