变量泵变量调节和控制技术恒功率专题培训课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.4,液压泵的恒功率控制,为了充分利用原动机功率，使原动机在高效率区域运转，使用功率调节应是最简单的手段。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。功率适应系统，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。,因此，恒功率泵主要用在工程车辆中，用发动机作为原动力驱动泵。现今的功率调节泵，由于控制系统结构的改进，使之很容易复合压力、流量（多为排量）控制等功能，具有液压遥控、压力控制、流量控制、液压行程限制、机械行程限制、液压两点控制和电气先导压力控制等辅助功能，所以其应用越来越广泛，并已超出传统工程车辆的范围。,3.4,液压泵的恒功率控制,流量乘以压力代表功率，,pq,=,常数的双曲线,(,q,为泵的体积流量,),就是恒功率曲线。但在大多数情况下，系统中的泵均在较恒定的转速下运转，且泵的容积效率较高，因此常用,pV,=,常数,(,V,为泵的排量,),，即恒转矩来代替恒功率。,恒功率泵是一种具有双曲线特性的功率控制泵，即泵的输出功率在负载压力或负载流量变化时保持常数。,恒功率控制调节泵的排量依赖于工作压力，因此给定的驱动功率在恒速驱动速度下是不会超出的。由于具有精确的双曲线控制特性的控制，这种泵提供了一个最优的可获得的功率的利用。,液压的恒功率控制机构的三种形式,双弹簧的位移直接反馈机构,位移,力反馈机构,完全恒功率控制机构,采用双弹簧的两种控制方式都是让压力,流量呈不同斜率的两条直线变化，通过两条直线来近似双曲线；,利用杠杆原理的完全恒功率控制机构理论上是可以让压力,流量呈双曲线变化的。,恒功率控制曲线,3.4.1,位移力反馈调节型恒功率控制,在伺服阀与反馈杠杆之间装有两根弹簧，之间有一定间距，大弹簧一直与反馈杠杆接触，且有一定初始压缩量，作为控制机构的起调压力；小弹簧在开始时，与反馈杠杆间有一定间距，负载压力小于起调压力时，斜盘倾角最大，泵输出最大流量。当负载压力增加，超过起调压力时，伺服阀平衡被破坏，阀芯右移，伺服阀处于左位，伺服柱塞左移，斜盘倾角变小，泵输出流量减小，同时伺服柱塞通过反馈杠杆压缩大弹簧，并与负载压力达到平衡；当负载压力继续增加时，反馈杠杆与大、小弹簧都接触，此时随着伺服柱塞的移动，反馈杠杆压缩大、小弹簧，弹簧总刚度增加，随着控制压力增加，泵输出流量继续变小，但此时由于弹簧总刚度增加，压力,流量变化直线斜率减小；控制压力减小时，动作过程与之相反。,3.4.1,恒功率控制,-,位移力反馈调节,总结起来液压恒功率泵控制要点是：,（,1,）泵调节器是一种液压伺服控制机构，它,至少要有两根弹簧,，构成两条直线段，在压力流量图上形成近似的恒功率曲线。,（,2,）调节弹簧的预紧力可以调节泵的,起始压力,调定点压力,p,a,（简称起调压力），调节起调压力就可以调节泵的功率。起调压力高，泵的功率大；起调压力低，泵的功率小。因此恒功率变量又叫做压力补偿变量泵。,（,3,）只有当系统压力大于泵的起调压力时才能进入恒功率调节区段，发动机的功率才能得到充分利用。压力与流量的变化为：压力升高，流量减小；压力降低，流量增大。维持流量压力,=,功率不变。,（,4,）当泵的转速发生变化时，泵的流量（功率）也变化。,3.4.2 LR,型完全恒功率控制,恒功率变量泵主要由变量控制阀，变量缸和变量杠杆组成。,如果这种泵,用于开式回路,，一般其泵变量的动力来自本身的排油口压力，属于自控式变量。,变量缸的,原始位置处于排量最大位置,，此时变量阀处于原始的右位，大变量缸,3,与油箱相通。,中间的垂直活塞,4,依靠来自泵排油口的油压，将其头部顶在,90,度杠杆,5,的水平杆上，杠杆,5,的几何长度分别为,a,和,b,。在活塞移动时垂直活塞,4,可以左右移动，其离开原始位置的距离,a,，就表示泵排量的大小。垂直活塞底部作用着泵的排油口压力,p,。,3.4.2 LR,型恒功率控制,图,3-41 LR,控制变量泵原理图,M,测压油口（堵死）,A,压力油口,S,吸油油口,G,测压油口（堵死）,R,泄漏油口,(,堵死,)T,1,、,T,2,回油油口（堵死）,M,1,测压油口（堵死）油口,1,变量控制阀,2,小变量缸,3,大变量缸,4,垂直活塞,5-,杠杆,3.4.2 LR,型恒功率控制,其工作原理是：,当泵功率未达到调定的恒功率值时，,p,、,A,和,a,的乘积（力矩）小于输入的,Fb,（,F,为弹簧设定值产生的弹性力），变量阀,1,处于右位，排量最大，此时泵输出最大的排量。假如工作压力超过了弹簧的设定值，即当,pAa,大于,Fb,时，作用在,90,度杠杆,5,上的顺时针力矩大于逆时针力矩，缸杆使变量阀芯移动，压力油进入大变量缸,2,，使排量有所减少，在摇杆处的杠杆长度被减小，直至重新回到逆向力矩等于小于顺向力矩的状态。工作压力可以按排量减少的量的相同比例增加，使驱动功率不会被超过，从而保持泵的输出功率为常数。,变量到位时，变量阀处于中位（图上未画出），大变量缸油口封闭，变量泵处于某稳定点。,3.4.3,双泵的全功率控制，分功率控制，交叉功率控制,1).,全功率控制,全功率控制液压泵由双泵组成，两个泵的排量通过机械或液压机构控制保持一致，双泵流量在任何情况下都相同，可使两个需要同步的动作保持一致，发动机功率得到充分利用。但是当做单一的动作时，泵就会输出多余的流量，造成系统发热和功率损失。,2).,分功率控制,分功率控制由两个排量和控制结构完全相同的泵同轴串联组成，两个泵都可以实现恒功率控制，两个泵的流量可以根据各自负载单独变化，分别可以最多吸收发动机,50%,的额定功率，对负载的适应性优于全功率控制。但是当其中一个泵负载压力低于调定压力时，其回路的功率就不能充利用，造成发动机功率浪费。,3).,交叉功率控制,交叉功率控制是在全功率控制和分功率控制基础上发展起来的，由两台排量和控制机构完全相同的泵串联组成，,其在原理上是全功率控制，但两个泵的流量可以不同，像分功率控制那样控制各自的回路,。因此，交叉功率控制既可以吸收发动机全部功率，又可以根据回路的负载实现对各自回路的独立控制，提高了发动机功率的利用率。,3.4.3,全功率控制，分功率控制，交叉功率控制,（,1,）本泵出口压力的控制,p,1,（,2,）另一并联泵出口压力的交叉控制,p,2,；,（,3,）电控比例减压阀出口压力控制,p,z,；如果改变电磁比例减压阀的功率转换压力,p,z,，就可改变平衡方程的平衡点，使补偿柱塞开始移动时的柱塞泵压力,p,1,、,p,2,发生变化，即液压泵输出功率的设定值发生改变。,（,4,）当无动作时，由回油油路上的节流口反馈来的负流量压力控制信号,p,i,将泵斜盘推到最小角度，从而实现节能。,3.4.3,全功率控制，分功率控制，交叉功率控制,3.4.3,全功率控制，分功率控制，交叉功率控制,3.4.3,全功率控制，分功率控制，交叉功率控制,在,全功率变量系统,中，液压泵的功率调节有两种形式。一种是两个液压泵共用一个功率调节器，如,Rexroth,的,A8VO,泵，经压力平衡器将两液压泵的工作压力,P,A1,、,P,A2,之和的一半作用到调节器上实现两泵共同变量；另一种是两个液压泵各配置一个调节器，如川崎的,K3V,泵，两个调节器由液压联动，两个液压泵的压力油各通入本泵调节器的环行腔和另一个液压泵调节器的小端面腔，实现液压联动，因小端面腔面积与环行腔面积相等，各液压泵压力的变化对调节器的推动效应相等，使两个液压泵的斜盘摆角相等，输出流量相等，可使两个规格相同且又同时动作的执行机构保持同步关系。,3.4.3,全功率控制，分功率控制，交叉功率控制,3.4.3,全功率控制，分功率控制，交叉功率控制,交叉功率控制,由于分功率变量系统只是两个液压泵的简单组合，每一个液压泵最多吸收柴油机,50%,的功率，当一个液压泵工作于起调压力之下时，另外一个液压泵却不能吸收柴油机空余出来的功率。针对此缺点，在分功率系统基础上，出现了交叉功率控制。交叉功率控制从原理上讲是一种全功率调节，与上述全功率控制不同的是两个液压泵的排量可以不同。通过交叉连接配置，两个液压泵的工作压力互相作用在对方的调节器上，每个液压泵的输出流量不仅与自身的出口压力有关，还与另一液压泵的出口压力有关。如果一台液压泵不工作或者以小于,50%,的总驱动功率工作，则第二台液压泵自动地利用剩余的功率，在极端情况下可达到,100%,总驱动功率。交叉功率控制既具有根据每一液压泵的负载大小调整液压泵输出的能力，又能充分利用柴油机的功率。,3.4.3,全功率控制，分功率控制，交叉功率控制,但是交叉功率控制液压泵的工作点仍像图,3,所示的那样被限制在,abcde,折线上，而不能在折线下方的面工况内变化。目前，交叉功率控制并不是单独起作用，而是与其它控制方法结合起来，对双泵功率之和进行限制。,压力切断功能优先于交叉传感控制，即当系统压力低于压力切断的设定压力时，交叉传感控制起作用；当系统压力高于设定压力时，压力切断阀动作，系统压力进入功率调节器的变量缸大腔，使液压泵的排量变小,图,2,分功率变量系统特性,图,1,全功率变量系统特性,图,3,恒功率单泵特性,3.4.3,全功率控制，分功率控制，交叉功率控制,（,a,）总功率控制,+,压力切断 （,b,）总功率控制,+,正流量控制 （,c,）总功率控制,+,负流量控制,（,d,）负载敏感控制,+,总功率控制,+,变功率控制,（,e,）负流量控制,+,总功率控制,+2,级最大流量控制,3.4.4 LR3,遥控恒功率控制,图,3-43 LR3,调节原理职能原理图,3.4.4 LR3,遥控恒功率控制,a,）,b,）,图,3-44 LR3,静态特性曲线,a,）特性曲线,b,）先导压力和功率之间的关系,LR3,可以通过油口,X,LR,接入外部先导压力,p,p,，加至功率阀的弹簧腔，可对泵输出的功率进行遥控调节，改变先导压力,p,p,可以使泵的功率特性曲线向右上平移。控制原理同上，改变先导压力相当于改变了弹簧的设定值。这种变量泵在无压的初始位置是排量最大,(V,gmax,),。,3.4.5 LR.D,带压力控制的恒功率控制,图,3-45 LR.D,调节原理职能原理图,图,3-46 LR.D,静态特性曲线,压力控制优先于功率控制,3.4.5 LR.D,带压力控制的恒功率控制,压力控制阀的可变阀口与固定节流孔,5,组成了一个,C,型半桥，用来控制变量泵活塞腔的压力。,在无压工况，泵处在排量最大,V,gmax,的初始位置。,这种控制方式，压力控制优先于功率控制，也就是在工作压力低于设定压力情况下，变量泵变量控制装置跟随功率控制功能。一旦泵的输出压力达到了压力控制设定值，此时压力阀,4,下位工作，泵出口压力油经阀口进入变量活塞的右腔，使泵的排量减少，泵进入压力控制模式，并仅仅输送所需要的流量来保持这个压力。,一般这个压力有一个设定范围，标准的设定值为,35MPa,。也就是如果工作压力不超过,35MPa,，为恒功率泵，一旦压力超过了,35MPa,，就为恒压泵，其输出特性曲线参见图,3-46,。其中功率变量的起始点由功率控制阀,2,的弹簧调定，最高的工作压力由压力阀,4,的弹簧调定。,3.4.6 LR.G,带遥控压力控制的恒功率控制,图,3-47 LRG,控制职能原理图,1,变量泵主体,2,功率控制阀,3,、,6,固定节流孔,4,压力控制阀,5,遥控压力溢流阀,图,3-48 LRG,控制静态特性曲线,3.4.6 LR.G,带遥控压力控制的恒功率控制,固定节流孔,6,与压力溢流阀,5,的可变节流口一起构成,B,型半桥，改变压力溢流阀的设定压力就可调整压力控制阀,4,的弹簧腔的压力。,一旦系统压力控制级别溢流阀设定值加上压力控制阀,4,的阀口的压差达到，泵就会进入压力控制模式，可以通过改变压力溢流阀调控压力，实现远程压力遥控。,注意，对于遥控压力的设定值是单独的溢流阀设定值加上在压力控制阀阀口两端的压差,p,之和。例如，外部的压力溢流阀设定值是,33MPa,，控制阀阀芯两端的压差是,2MPa,，遥控压力的改变值为,33+2=35MPa,。,3.4.7 LRH1,型带液压行程限制器的恒功率控制,图,3-53 LRH1,型控制职能原理图,1,主泵,2,功率控制阀,3,变量,控制,缸,4,排量,反馈杠杆,5,先导,排量控制阀,负排量控制,功率优先,3.4.6 LRH1,型带液压行程限制器的恒功率控制,这种变量控制方式的泵是在原恒功率控制基础上，增加了先导排量控制阀,5,和排量反馈杠杆,4,。这种控制需要一个外部的先导控制压力加到,X1,油口。液压行程限制器可用于在整个控制范围内，连续地改变或限制泵的排量，泵的排量大小由先导压力决定，先导压力,p,st,最高为,4MPa,，先导控制压力通过油口,X1,引入。,控制压力增加，先导排量控制阀,5,左位与压力油路接通，液压油经功率控制阀,2,通往变量缸，使最大排量减小。,负流量控制方式,:,即随着控制压力的增加，最大的排量设定值减小。,3.4.7 LRH1,型带液压行程限制器的恒功率控制,泵排量减少的同时，通过排量反馈杠杆,4,，使先导排量控制阀,5,的阀芯向左移动，关闭进入到泵排量控制缸,3,大端的油口，使主泵,1,的排量为一调定值。减小的排量值与控制压力成正比。,这种控制方式中功率控制优先于液压行程限制器控制，例如，在双曲功率控制曲线以下，排量由先导压力控制，当一个设定的流量或者负载压力超过了功率曲线，功率控制优先沿着双曲特性曲线减少泵的排量。,3.4.7 LRH1,型带液压行程限制器的恒功率控制,图,3-55 LRH1,控制先导压力与排量之间的关系,3.4.8 LRDH,控制,图,3-56 LRDH1,控制职能原理图,3.4.8LRDH,控制,增设的压力切断阀,2,设定了主泵的最高压力，一旦系统压力超过了压力切断阀,2,左边弹簧的设定压力，压力油通过压力切断阀,2,和功率控制阀,3,进入到变量缸,4,的大腔，推动变量缸,4,左移使泵排量减小。,3.4.9 LRF,型恒流量控制,+,恒功率控制,图,3-57 LRF,控制职能原理图,XF,流量控制先导压力油口,M1,M2,控制腔压力测量油口,S,吸油口,B,压力油口,1,A4VSO,液压泵,2,变量缸,3,功率控制阀,4,流量控制阀,5,外接可变节流阀,6,固定节流孔,恒功率优先,3.4.9 LRF,型恒流量控制,+,恒功率控制,泵的流量取决于外接可变节流阀,5,阀口的通流面积，通常阀,5,安装在泵和液压缸之间。这种控制方式使得在功率控制曲线之下和在泵的控制范围内泵的输出流量实质上不受负载压力的支配。节流阀口的断面面积决定了泵的流量。流量控制阀,4,检测阀口前后压降并保持压降（压差,p,）为常数，因此可以控制流量。,当泵的输出流量与输入信号对应时，流量控制阀处于中位。如果出现干扰，例如负载压力升高使实际输往负载的流量减少，则在与输入信号对应的节流阀口过流面积不变的情况下，在节流阀处产生的压降要比正常压差小，造成变量控制阀,4,两端受力不平衡而使阀芯右移，即流量控制阀,4,右位工作，使泵的排量增大，直至通过节流阀,5,的流量重新与输入信号对应，变量控制阀重新回到中位。,3.4.9LRF,型恒流量控制,+,恒功率控制,外接可变节流阀,5,阀口和固定节流孔,6,组成了,C,型半桥，用于控制流量控制阀弹簧腔的压力。随着压差,p,的增加，泵的斜盘向减小排量方向摆动，反之，假如,p,降低，泵的斜盘向排量增加的方向摆动，直到滑阀重新平衡为止。,阀口的压差用公式计算。,作用在流量控制阀,4,上的标准,p,设定值接近,1.4MPa,，推荐的范围是,1.4,2.5MPa,。,由图,3-58,可以看出，外接可变节流阀,5,阀口的压差变化，会使特性曲线右端垂直部分沿横轴左右移动,3.4.10 LRGF,型恒流量,+,恒功率,+,远程调压控制,图,3-59 LRGF,控制结构简图及泵的工作原理,1,流量控制阀,2,恒压控制阀,3,恒功率阀,4,电磁换向阀,5,远程调压阀,6,可变节流阀,控制的优先权依次是压力、功率、流量,3.4.10 LRGF,型恒流量,+,恒功率,+,远程调压控制,这种控制方式具有远程压力控制、待命控制、恒功率控制和流量控制功能，控制的优先权依次是压力、功率、流量。,流量控制阀,1,的作用是维持阀,6,的前后压差为一个恒定值，通常为,1.4MPa,。根据流量压力公式，如阀,6,的压差恒定，则流量恒定。改变节流孔的大小，就可以改变流量。,恒功率阀,3,优先于流量控制阀动作。如果压力改变，导致流量,压力超过恒功率阀设定的功率，则流量控制阀不起作用，恒功率阀调整流量，保持流量,压力恒定值。流量控制阀则处于右位，不起作用。,恒压控制阀,2,又优先于恒功率阀,3,动作。当泵出口压力达到设定值时，该阀处于左位，直接把泵的排量减到最小，减少过载时的功率消耗，此时流量控制阀,1,和恒功率阀,2,都不起作用。,3.4.10 LRGF,型恒流量,+,恒功率,+,远程调压控制,1,）定流量段,(a,b),当负载压力,p,c,低于恒功率阀,3,的开启压力时，阀,3,处于关闭状态，无流量通过，即,q,f=0,。流量控制阀,1,的阀芯两侧压力,p,0=,p,c,，在弹簧力的作用下处于右位，变量缸中的压力,p,d=0,，此时变量机构推动泵的斜盘处于最大倾角（由调节排量限位螺钉来调定,),，泵处于定量工作段。,3.4.10 LRGF,型恒流量,+,恒功率,+,远程调压控制,2,）恒功率段,(b,c,d),当负载压力升高到,p,c,，能克服恒功率阀,3,的弹簧预紧力时，阀,3,打开，由于有流量,q,f,通过，于是,p,00,，此时泵变量机构进入恒功率段。由于,p,D,的作用，当活塞作用力,F,D,F,d,时，推动斜盘倾角,c,变小，泵的排量也随着变小；在这同时，通过变量缸的机械反馈，使恒功率阀,3,的弹簧,(,一大一小,),预压力等效地增大，从而在泵的斜盘与恒功率阀,3,的先导阀之间形成了一个位移,(,角度,),力的负反馈，最终使斜盘倾角,c,稳定在某一个平衡角度上。由于弹簧力与位移成正比，所以,bc,是直线；当工作到,c,点时，小弹簧起作用，刚度增加，故变量泵在,cd,线段工作。,3.4.10 LRGF,型恒流量,+,恒功率,+,远程调压控制,3,）恒压段,(d,e),当,p,c,高于恒压阀,2,的弹簧预紧力时，阀,2,工作于左位，此时进入恒压段。恒压段的调节原理是由恒压阀,2,直接控制变量缸的，由于阀,2,先导级的弹簧刚度小及阀芯直径大，这样很小的负载压力,p,c,变化可以获得很大的流量增量，其效果近似于恒压。,4,）远程调压,LRGF,控制的泵可实现远程调压。阀,5,用于远程压力控制，当电磁换向阀,4,接通时，左位工作，恒功率阀,3,的控制腔接到阀,5,，当系统压力达到阀,5,的设定值时，阀,5,开启，泵的控制活塞控制腔直接接通油箱，此时在压力油作用下，阀,1,左位工作，推动变量活塞向最小排量方向运动，泵几乎无流量输出，泵的压力维持在远程调压阀,5,设定的压力。,电磁换向阀,4,断电时油口,Y,相当于直接接油箱，泵处在卸荷状态，此时泵的排量和压力最低。在起动泵时可以通过阀,4,断电，实现泵的无载起动。,