流體機(jī)械調(diào)節(jié)與控制技術(shù)2

1、主講主講 吳曉明吳曉明24學(xué)時(shí)機(jī)電控制工程（24學(xué)時(shí)） Dr. 吳曉明 3.4恒功率控制流量乘以壓力代表功率，pq=常數(shù)的雙曲線(q為泵的體積流量)就是恒功率曲線。但在大多數(shù)情況下，系統(tǒng)中的泵均在較恒定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，且泵的容積效率較高，因此常用pV=常數(shù)(V為泵的排量)，即恒轉(zhuǎn)矩來(lái)代替恒功率。恒功率泵是一種具有雙曲線特性的功率控制泵，即泵的輸出功率在負(fù)載壓力或負(fù)載流量變化時(shí)保持常數(shù)。恒功率控制調(diào)節(jié)泵的排量依賴于工作壓力，因此給定的驅(qū)動(dòng)功率在恒速驅(qū)動(dòng)速度下是不會(huì)超出的。由于具有精確的雙曲線控制特性的控制，這種泵提供一個(gè)最優(yōu)的可獲得的功率的利用。3.4.1 LR型恒功率控制恒功率變量泵主要由變量控

2、制閥，變量缸和變量杠桿組成。如果這種泵用于開(kāi)式回路，一般其泵變量的動(dòng)力來(lái)自本身的排油口壓力，屬于自控式變量。變量缸的原始位置處于排量最大位置，此時(shí)變量閥處于原始的右位，大變量缸3與油箱相通。中間的垂直活塞4依靠來(lái)自泵排油口的油壓，將其頭部頂在90度杠桿5的水平桿上，杠桿5的幾何長(zhǎng)度分別為a和b。在活塞移動(dòng)時(shí)垂直活塞4可以左右移動(dòng)，其離開(kāi)原始位置的距離a，就表示泵排量的大小。垂直活塞底部作用著泵的排油口壓力p。3.4.1 LR型恒功率控制圖3-41 LR控制變量泵原理圖M測(cè)壓油口（堵死） A壓力油口 S吸油油口 G測(cè)壓油口（堵死） R泄漏油口(堵死) T1、T2回油油口（堵死） M1 測(cè)壓油口（

3、堵死）油口 1變量控制閥 2小變量缸 3大變量缸 4垂直活塞 5-杠桿帶p+x反饋的功率調(diào)節(jié)泵現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)的功率調(diào)節(jié)泵3.4.1 LR型恒功率控制其工作原理是： 當(dāng)泵功率未達(dá)到調(diào)定的恒功率值時(shí)，p、A和a的乘積（力矩）小于輸入的Fb（F為彈簧設(shè)定值產(chǎn)生的彈性力），變量閥1處于右位，排量最大，此時(shí)泵輸出最大的排量。假如工作壓力超過(guò)了彈簧的設(shè)定值，即當(dāng)pAa大于Fb時(shí)，作用在90度杠桿5上的順時(shí)針力矩大于逆時(shí)針力矩，缸桿使變量閥芯移動(dòng)，壓力油進(jìn)入大變量缸2，使排量有所減少，在搖桿處的杠桿長(zhǎng)度被減小，直至重新回到逆向力矩等于小于順向力矩的狀態(tài)。工作壓力可以按排量減少的量的相同比例增加，使驅(qū)動(dòng)功率不會(huì)被超

4、過(guò)，從而保持泵的輸出功率為常數(shù)。變量到位時(shí)，變量閥處于中位（圖上未畫(huà)出），大變量缸油口封閉，變量泵處于某穩(wěn)定點(diǎn)。3.4.2 LR3遙控恒功率控制 圖3-43 LR3調(diào)節(jié)原理職能原理圖 3.4.2 LR3遙控恒功率控制a） b） 圖3-44 LR3 靜態(tài)特性曲線a）特性曲線 b） 先導(dǎo)壓力和功率之間的關(guān)系 LR3可以通過(guò)油口XLR接入外部先導(dǎo)壓力pp ，加至功率閥的彈簧腔，可對(duì)泵輸出的功率進(jìn)行遙控調(diào)節(jié)，改變先導(dǎo)壓力pp可以使泵的功率特性曲線向右上平移?？刂圃硗?，改變先導(dǎo)壓力相當(dāng)于改變了彈簧的設(shè)定值。這種變量泵在無(wú)壓的初始位置是排量最大(Vgmax )。3.4.3 LR.D帶壓力控制的恒功率控

5、制 圖3-45 LR.D調(diào)節(jié)原理職能原理圖圖3-46 LR.D 靜態(tài)特性曲線壓力控制優(yōu)先于功率控制3.4.3 LR.D帶壓力控制的恒功率控制壓力控制閥的可變閥口與固定節(jié)流孔5組成了一個(gè)C型半橋，用來(lái)控制變量泵活塞腔的壓力。在無(wú)壓工況，泵處在排量最大Vgmax的初始位置。這種控制方式，壓力控制優(yōu)先于功率控制，也就是在工作壓力低于設(shè)定壓力情況下，變量泵變量控制裝置跟隨功率控制功能。一旦泵的輸出壓力達(dá)到了壓力控制設(shè)定值，此時(shí)壓力閥4下位工作，泵出口壓力油經(jīng)閥口進(jìn)入變量活塞的右腔，使泵的排量減少，泵進(jìn)入壓力控制模式，并僅僅輸送所需要的流量來(lái)保持這個(gè)壓力。一般這個(gè)壓力有一個(gè)設(shè)定范圍，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定值為35M

6、Pa。也就是如果工作壓力不超過(guò)35MPa，為恒功率泵，一旦壓力超過(guò)了35MPa，就為恒壓泵，其輸出特性曲線參見(jiàn)圖3-46。其中功率變量的起始點(diǎn)由功率控制閥2的彈簧調(diào)定，最高的工作壓力由壓力閥4的彈簧調(diào)定。 3.4.4 LR.G帶遙控壓力控制的恒功率控制 圖3-47 LRG控制職能原理圖1變量泵主體 2功率控制閥 3、6固定節(jié)流孔 4壓力控制閥 5遙控壓力溢流閥 圖3-48 LRG控制靜態(tài)特性曲線3.4.4 LR.G帶遙控壓力控制的恒功率控制 固定節(jié)流孔6與壓力溢流閥5的可變節(jié)流口一起構(gòu)成B型半橋，改變壓力溢流閥的設(shè)定壓力就可調(diào)整壓力控制閥4的彈簧腔的壓力。 一旦系統(tǒng)壓力控制級(jí)別溢流閥設(shè)定值加上

7、壓力控制閥4的閥口的壓差達(dá)到，泵就會(huì)進(jìn)入壓力控制模式，可以通過(guò)改變壓力溢流閥調(diào)控壓力，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程壓力遙控。 注意，對(duì)于遙控壓力的設(shè)定值是單獨(dú)的溢流閥設(shè)定值加上在壓力控制閥閥口兩端的壓差p之和。例如，外部的壓力溢流閥設(shè)定值是33MPa，控制閥閥芯兩端的壓差是2MPa，遙控壓力的改變值為33 + 2 = 35MPa。 3.4.5 LRM型帶行程限制器的恒功率控制 圖3-49 LRM控制職能原理圖 圖3-50 LRM控制靜態(tài)特性曲線 3.4.5 LRM型帶行程限制器的恒功率控制 LRM型帶行程限制器的恒功率控制原理見(jiàn)圖3-49，它是在原恒功率控制變量泵的基礎(chǔ)上增加了機(jī)械行程限制器8，這種型式的變量泵除

8、了功率控制功能之外，通過(guò)調(diào)節(jié)一個(gè)機(jī)械限位螺釘可以無(wú)級(jí)地限制泵的最大排量Vgmax，調(diào)整行程限位螺釘時(shí)必須在無(wú)壓的條件下進(jìn)行。這種變量泵在無(wú)壓條件下的初始位置仍然是最大排量Vgmax位置。 行程限制器的調(diào)整排量設(shè)定范圍為0%Vgmax%（最大可以到104% Vgmax），標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定通常是Vgmax。見(jiàn)圖3-50，改變機(jī)械行程限位器的設(shè)定，會(huì)使靜態(tài)特性曲線橫軸的最大排量值發(fā)生改變。 3.4.6 LRZ型液壓兩點(diǎn)恒功率控制 圖3-51 LRZ液壓2點(diǎn)控制1主泵2功率控制閥 3換向閥 4輔助泵3.4.6 LRZ型液壓兩點(diǎn)恒功率控制這種控制方式泵的原理見(jiàn)圖3-51，是在原有恒功率控制泵的基礎(chǔ)上增加了一臺(tái)換

9、向閥3和輔助泵4組成。具有這種控制方式的泵，在泵重新起動(dòng)時(shí)，可以減少起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通常需要外部的先導(dǎo)控制壓力。此泵初始位置是無(wú)壓條件下 (油口Rkv無(wú)壓)排量處在最大位置。在功率控制和壓力控制時(shí)，油口Rkv必須接油箱。Rkv油口加壓引起控制裝置朝著排量變小方向調(diào)節(jié)。若將油口Rkv卸載到油箱，能使泵執(zhí)行LR2(3)恒功率控制功能。很顯然，這需要在起動(dòng)時(shí)接通外控先導(dǎo)壓力。Rkv接通壓力油后，使泵的排量最小，有利于泵電動(dòng)機(jī)順利起動(dòng)，一旦起動(dòng)過(guò)程結(jié)束，就應(yīng)該是油口Rkv回油箱。3.4.7 LRY型具有內(nèi)部先導(dǎo)壓力的電氣2點(diǎn)恒功率控制圖3-52 LRY型控制職能原理圖1主泵2功率控制閥 3電磁換向閥 4連接

10、板這種控制方式的泵是在原恒功率控制的基礎(chǔ)上增加了一臺(tái)電磁換向閥。在無(wú)壓和電磁換向閥通電的條件下泵處在其初始點(diǎn)位置，這時(shí)泵輸出最大排量。當(dāng)電磁換向閥不通電時(shí)，泵起動(dòng)后，一旦工作壓力接近大約0.41MPa時(shí)，泵的斜盤(pán)就朝著最小排量Vgmin方向擺動(dòng)，輸出流量接近于零，容易起動(dòng)。一旦電磁換向閥通電，泵則工作于恒功率控制模式。 3.4.7 LRY型具有內(nèi)部先導(dǎo)壓力的電氣2點(diǎn)恒功率控制3.4.8 LRH1型帶液壓行程限制器的恒功率控制 圖3-53 LRH1型控制職能原理圖1主泵 2功率控制閥 3變量控制缸 4排量反饋杠桿 5先導(dǎo)排量控制閥 負(fù)排量控制功率優(yōu)先3.4.8 LRH1型帶液壓行程限制器的恒功率

11、控制 這種變量控制方式的泵是在原恒功率控制基礎(chǔ)上，增加了先導(dǎo)排量控制閥5和排量反饋杠桿4。這種控制需要一個(gè)外部的先導(dǎo)控制壓力加到X1油口。液壓行程限制器可用于在整個(gè)控制范圍內(nèi)，連續(xù)地改變或限制泵的排量，泵的排量大小由先導(dǎo)壓力決定，先導(dǎo)壓力pst最高為4MPa，先導(dǎo)控制壓力通過(guò)油口X1引入。 控制壓力增加，先導(dǎo)排量控制閥5左位與壓力油路接通，液壓油經(jīng)功率控制閥2通往變量缸，使最大排量減小。 負(fù)流量控制方式:即隨著控制壓力的增加，最大的排量設(shè)定值減小。 3.4.8 LRH1型帶液壓行程限制器的恒功率控制 泵排量減少的同時(shí)，通過(guò)排量反饋杠桿4，使先導(dǎo)排量控制閥5的閥芯向左移動(dòng)，關(guān)閉進(jìn)入到泵排量控制缸

12、3大端的油口，使主泵1的排量為一調(diào)定值。減小的排量值與控制壓力成正比。 這種控制方式中功率控制優(yōu)先于液壓行程限制器控制，例如，在雙曲功率控制曲線以下，排量由先導(dǎo)壓力控制，當(dāng)一個(gè)設(shè)定的流量或者負(fù)載壓力超過(guò)了功率曲線，功率控制優(yōu)先沿著雙曲特性曲線減少泵的排量。 3.4.8 LRH1型帶液壓行程限制器的恒功率控制 圖3-55 LRH1控制先導(dǎo)壓力與排量之間的關(guān)系3.4.8.1 LRDH控制 圖3-56 LRDH1控制職能原理圖LRDH控制 增設(shè)的壓力切斷閥2設(shè)定了主泵的最高壓力，一旦系統(tǒng)壓力超過(guò)了壓力切斷閥2左邊彈簧的設(shè)定壓力，壓力油通過(guò)壓力切斷閥2和功率控制閥3進(jìn)入到變量缸4的大腔，推動(dòng)變量缸4左

13、移使泵排量減小。 3.4.9 LRF型恒流量控制+恒功率控制 圖3-57 LRF控制職能原理圖XF流量控制先導(dǎo)壓力油口 M1, M2控制腔壓力測(cè)量油口 S吸油口 B壓力油口 1A4VSO液壓泵 2變量缸 3功率控制閥 4流量控制閥 5外接可變節(jié)流閥 6固定節(jié)流孔 恒功率優(yōu)先3.4.9 LRF型恒流量控制+恒功率控制 泵的流量取決于外接可變節(jié)流閥5閥口的通流面積，通常閥5安裝在泵和液壓缸之間。這種控制方式使得在功率控制曲線之下和在泵的控制范圍內(nèi)泵的輸出流量實(shí)質(zhì)上不受負(fù)載壓力的支配。節(jié)流閥口的斷面面積決定了泵的流量。流量控制閥4檢測(cè)閥口前后壓降并保持壓降（壓差p）為常數(shù)，因此可以控制流量。 當(dāng)泵的

14、輸出流量與輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)時(shí)，流量控制閥處于中位。如果出現(xiàn)干擾，例如負(fù)載壓力升高使實(shí)際輸往負(fù)載的流量減少，則在與輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的節(jié)流閥口過(guò)流面積不變的情況下，在節(jié)流閥處產(chǎn)生的壓降要比正常壓差小，造成變量控制閥4兩端受力不平衡而使閥芯右移，即流量控制閥4右位工作，使泵的排量增大，直至通過(guò)節(jié)流閥5的流量重新與輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)，變量控制閥重新回到中位。 3.4.9 LRF型恒流量控制+恒功率控制 外接可變節(jié)流閥5閥口和固定節(jié)流孔6組成了C型半橋，用于控制流量控制閥彈簧腔的壓力。隨著壓差p的增加，泵的斜盤(pán)向減小排量方向擺動(dòng)，反之，假如p降低，泵的斜盤(pán)向排量增加的方向擺動(dòng)，直到滑閥重新平衡為止。閥口的壓差用公式計(jì)

15、算。作用在流量控制閥4上的標(biāo)準(zhǔn)p設(shè)定值接近1.4MPa，推薦的范圍是1.42.5MPa。由圖3-58可以看出，外接可變節(jié)流閥5閥口的壓差變化，會(huì)使特性曲線右端垂直部分沿橫軸左右移動(dòng) 3.4.10 LRGF型恒流量+恒功率+遠(yuǎn)程調(diào)壓控制圖3-59 LRGF控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及泵的工作原理1流量控制閥 2恒壓控制閥 3恒功率閥 4電磁換向閥 5遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 6可變節(jié)流閥 控制的優(yōu)先權(quán)依次是壓力、功率、流量3.4.10 LRGF型恒流量+恒功率+遠(yuǎn)程調(diào)壓控制 這種控制方式具有遠(yuǎn)程壓力控制、待命控制、恒功率控制和流量控制功能，控制的優(yōu)先權(quán)依次是壓力、功率、流量。 流量控制閥1的作用是維持閥6的前后壓差為一個(gè)恒

16、定值，通常為1.4MPa。根據(jù)流量壓力公式，如閥6的壓差恒定，則流量恒定。改變節(jié)流孔的大小，就可以改變流量。 恒功率閥3優(yōu)先于流量控制閥動(dòng)作。如果壓力改變，導(dǎo)致流量壓力超過(guò)恒功率閥設(shè)定的功率，則流量控制閥不起作用，恒功率閥調(diào)整流量，保持流量壓力恒定值。流量控制閥則處于右位，不起作用。 恒壓控制閥2又優(yōu)先于恒功率閥3動(dòng)作。當(dāng)泵出口壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，該閥處于左位，直接把泵的排量減到最小，減少過(guò)載時(shí)的功率消耗，此時(shí)流量控制閥1和恒功率閥2都不起作用。3.4.10 LRGF型恒流量+恒功率+遠(yuǎn)程調(diào)壓控制圖3-60 LRGF 雙彈簧功率控制靜態(tài)特性曲線 3.4.10 LRGF型恒流量+恒功率+遠(yuǎn)程調(diào)壓控

17、制1）定流量段(ab) 當(dāng)負(fù)載壓力pc低于恒功率閥3的開(kāi)啟壓力時(shí)，閥3處于關(guān)閉狀態(tài)，無(wú)流量通過(guò)，即qf=0。流量控制閥1的閥芯兩側(cè)壓力p0=pc，在彈簧力的作用下處于右位，變量缸中的壓力pd=0，此時(shí)變量機(jī)構(gòu)推動(dòng)泵的斜盤(pán)處于最大傾角（由調(diào)節(jié)排量限位螺釘來(lái)調(diào)定)，泵處于定量工作段。3.4.10 LRGF型恒流量+恒功率+遠(yuǎn)程調(diào)壓控制2）恒功率段(bcd) 當(dāng)負(fù)載壓力升高到pc，能克服恒功率閥3的彈簧預(yù)緊力時(shí)，閥3打開(kāi)，由于有流量qf通過(guò)，于是p00，此時(shí)泵變量機(jī)構(gòu)進(jìn)入恒功率段。由于pD的作用，當(dāng)活塞作用力FDFd時(shí)，推動(dòng)斜盤(pán)傾角c變小，泵的排量也隨著變??；在這同時(shí)，通過(guò)變量缸的機(jī)械反饋，使恒功率

18、閥3的彈簧(一大一小)預(yù)壓力等效地增大，從而在泵的斜盤(pán)與恒功率閥3的先導(dǎo)閥之間形成了一個(gè)位移(角度)力的負(fù)反饋，最終使斜盤(pán)傾角c穩(wěn)定在某一個(gè)平衡角度上。由于彈簧力與位移成正比，所以bc是直線；當(dāng)工作到c點(diǎn)時(shí)，小彈簧起作用，剛度增加，故變量泵在cd線段工作。 3.4.10 LRGF型恒流量+恒功率+遠(yuǎn)程調(diào)壓控制3）恒壓段(de) 當(dāng)pc高于恒壓閥2的彈簧預(yù)緊力時(shí)，閥2工作于左位，此時(shí)進(jìn)入恒壓段。恒壓段的調(diào)節(jié)原理是由恒壓閥2直接控制變量缸的，由于閥2先導(dǎo)級(jí)的彈簧剛度小及閥芯直徑大，這樣很小的負(fù)載壓力pc變化可以獲得很大的流量增量，其效果近似于恒壓。4）遠(yuǎn)程調(diào)壓 LRGF控制的泵可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓。閥5

19、用于遠(yuǎn)程壓力控制，當(dāng)電磁換向閥4接通時(shí)，左位工作，恒功率閥3的控制腔接到閥5，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到閥5的設(shè)定值時(shí)，閥5開(kāi)啟，泵的控制活塞控制腔直接接通油箱，此時(shí)在壓力油作用下，閥1左位工作，推動(dòng)變量活塞向最小排量方向運(yùn)動(dòng)，泵幾乎無(wú)流量輸出，泵的壓力維持在遠(yuǎn)程調(diào)壓閥5設(shè)定的壓力。電磁換向閥4斷電時(shí)油口Y相當(dāng)于直接接油箱，泵處在卸荷狀態(tài)，此時(shí)泵的排量和壓力最低。在起動(dòng)泵時(shí)可以通過(guò)閥4斷電，實(shí)現(xiàn)泵的無(wú)載起動(dòng)。 3.3.5恒壓負(fù)載敏感控制（DRS）(3)高壓待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)液壓缸的活塞運(yùn)動(dòng)至行程終端位置時(shí)，進(jìn)入方向控制滑閥環(huán)槽的液流被阻止。控制滑閥兩側(cè)的壓力趨于相等，作用于壓力-流量補(bǔ)償器控制滑閥兩端的壓力也相

20、等。預(yù)調(diào)定的1.4MPa彈簧力將壓力流量補(bǔ)償器控制閥芯推至左端。此時(shí)液壓泵的輸出液流再次處于封閉狀態(tài)，導(dǎo)致泵壓迅速升至最高壓力閥調(diào)定的限定值，致使高壓補(bǔ)償器滑閥克服預(yù)調(diào)定的最高壓力彈簧力移至右端，高壓油通過(guò)該閥通路作用于斜盤(pán)傾角控制活塞?；钊倪\(yùn)動(dòng)使斜盤(pán)傾角轉(zhuǎn)至排量近乎為零的位置。這種工況稱液壓泵的高壓待機(jī)狀態(tài),直到高壓負(fù)載力消除或方向控制閥回到中位。 3.3.5恒壓負(fù)載敏感控制（DRS）圖3-37 DRS控制實(shí)例1DRS變量泵 2（2.1、2.2和2.3）梭閥 3中間封閉型方向閥 4安全閥 5液壓馬達(dá) 6液壓缸 3.3.6 同步控制變量機(jī)構(gòu)DP 圖3-38 DP控制職能原理圖1變量泵 2補(bǔ)償

21、器 3節(jié)流閥 4溢流閥 3.3.6 同步控制變量機(jī)構(gòu)DP（1）所有的泵同步變量；（2）一個(gè)先導(dǎo)控制閥設(shè)定所有泵的恒壓點(diǎn)；（3）所有的泵都是同樣的結(jié)構(gòu)、同樣的設(shè)定、同樣的參數(shù)；（4）均勻的負(fù)載分布，提高泵的使用壽命；（5）使用切斷閥，可以從主系統(tǒng)中任意切斷或接通任何一個(gè)泵；泵主油路上的單向閥可以將該泵從系統(tǒng)中隔離開(kāi)。3.3.6 同步控制變量機(jī)構(gòu)DP（1）多臺(tái)泵采用一臺(tái)溢流閥，作為可變液阻，見(jiàn)圖3-38（這與常規(guī)液壓泵并聯(lián)合流后，必須用一個(gè)溢流閥來(lái)統(tǒng)一控制壓力，各泵原來(lái)的溢流閥改為安全閥是一致的）。并要求從油口X到溢流閥4之間的管子應(yīng)大致一樣長(zhǎng)，保證各泵的變量控制壓力盡量一致。3.3.6 同步控制變量機(jī)構(gòu)DP（2）節(jié)流閥3應(yīng)該是個(gè)取壓液阻，節(jié)流產(chǎn)生的壓力被引到恒壓閥的彈簧腔，與彈簧一起構(gòu)成恒壓閥的開(kāi)啟阻力，以增大泵進(jìn)入恒壓區(qū)運(yùn)行后的壓力差p。隨著泵斜盤(pán)擺角的逐漸減小，節(jié)流閥3的節(jié)流開(kāi)口也逐漸變小，液阻增大，取壓壓力即作用于恒壓閥彈簧腔的液壓力逐漸增大?？梢?jiàn)，節(jié)流閥3的作用及其所產(chǎn)生的液壓力的變化規(guī)律與在恒壓閥彈簧腔再增加一個(gè)彈簧等效。節(jié)流閥3的作用，用來(lái)保證壓力補(bǔ)償器2彈簧端控制力的變化，實(shí)際上與泵的排量成比例。直徑0.7mm的液阻和節(jié)流閥可變液阻并聯(lián)形成壓差p1，在泵排量變化的時(shí)候，能夠改