《电液比例容积控制》.ppt

第四章第四章 电液比例容积控制电液比例容积控制v4.1 容积泵的基本控制方法容积泵的基本控制方法v4.2 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达v4.3 电液比例压力调节型变量泵电液比例压力调节型变量泵v4.4 电液比例流量调节型变量泵电液比例流量调节型变量泵v4.5 电液比例压力和流量调节型变量泵电液比例压力和流量调节型变量泵v4.6 二次静压调节技术二次静压调节技术1整理ppt4.1 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件，为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。但由于通常的手动变量泵和了节能的需要发展了变量泵和变量马达。但由于通常的手动变量泵和马达只能适应一两种设定的工况，不能或很难适应在负载状态下进行马达只能适应一两种设定的工况，不能或很难适应在负载状态下进行连续比例变量或调压。在这些场合下会导致能量损失或性能下降，尤连续比例变量或调压。在这些场合下会导致能量损失或性能下降，尤其是在大功率及控制复杂、要求高的场合更是如此。而比例式和伺服其是在大功率及控制复杂、要求高的场合更是如此。而比例式和伺服式容积控制的变量泵和马达能适应各种场合的要求，能够在工作状态式容积控制的变量泵和马达能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繁的变化，从而使节能效果和控制水平大大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。更重要的是采用了比例容积控制以后，可以通过电气技术进行提高。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、协调和适应控制，从而获得最大限度的性能提高和各种补偿、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。节能效果。2整理ppt 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的基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。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。在液压控制系统中，节流控制，或称流阻控制是实现各种控制功能在液压控制系统中，节流控制，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、容易调节及控制精度高等优的基本手段。它具有结构简单、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。对节流调速控制系统的功率损失研究点，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组成：即将流损失和溢流损失。表明，该系统的主要能量损失由两部分组成：即将流损失和溢流损失。上述能量损耗的原因究其本质有两个：流量不适应上述能量损耗的原因究其本质有两个：流量不适应过多的流量输入过多的流量输入系统；压力不适应系统；压力不适应供油压力大于工作压力，以补偿节流压降。解决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制。为此，设计出了各种变量泵，变这一问题的办法是采用容积调速控制。为此，设计出了各种变量泵，变量机构及控制策略。量机构及控制策略。3整理ppt 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，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，它是为完全消除溢流损失而设计的。这种流量供给系统由于消除了过剩它是为完全消除溢流损失而设计的。这种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。流量适应控制的基本办法是采用的流量，没有溢流损失，提高了效率。流量适应控制的基本办法是采用变量泵。以下是几种较常见的流量适应拄制变量泵。变量泵。以下是几种较常见的流量适应拄制变量泵。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，用数学式可表示为表示为式中式中 P液压回路总损失。液压回路总损失。4.1.1 流量适应控制流量适应控制 图图4-1 液压回路功率损失液压回路功率损失（4-1）4整理ppt（1）限压式变量泵）限压式变量泵 如图如图4-2a所示，该泵利用输出压力与参比弹簧反力的合力来推动定子所示，该泵利用输出压力与参比弹簧反力的合力来推动定子移动，改变偏心距，即改变排量，并使排量总在与反馈压力相应的平衡位移动，改变偏心距，即改变排量，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 如图如图4-2b。最。最大输出流量大输出流量qmax可由限制定子的最大偏心距来给定。泵的工作点由曲线可由限制定子的最大偏心距来给定。泵的工作点由曲线 1与与曲线曲线 2 的交点确定，在的交点确定，在轻载时处于接近水平的一轻载时处于接近水平的一段上段上(拐点拐点c之前之前)，重载时，重载时处在斜线段上。图中斜线处在斜线段上。图中斜线段的斜率由参比弹簧刚度段的斜率由参比弹簧刚度决定。决定。图图4-2 限压式变量泵限压式变量泵5整理ppt（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图流量敏感变量泵的工作原理如图4.3a所示。它与限压式变量泵的区所示。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。当没有过剩流量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，流过液阻时，流过液阻 R 的流量为零，控制压力的流量为零，控制压力 p0也为零。这时泵的输出流量也为零。这时泵的输出流量最大，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p0，然后和弹簧反力比较来确定偏心距。适当选择液阻，然后和弹簧反力比较来确定偏心距。适当选择液阻 R 可以把控制压可以把控制压力限制在低压范围，从而使参比弹簧的刚度减小。由于过剩的流量先经力限制在低压范围，从而使参比弹簧的刚度减小。由于过剩的流量先经过溢流阀，而溢流阀的微小变动就能引起调节作用，故这种流量敏感型过溢流阀，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的特性。变量泵同时具有恒压泵的特性。6整理ppt图图4-3 流量敏感型变量泵流量敏感型变量泵 其压力其压力流量特性曲线如图流量特性曲线如图4.3b所示，显然这种泵的拐点压力及所示，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。最大压力均由溢流阀的手调机构调节确定。7整理ppt（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，必须要尽量采用从前两节的分析中可知，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，用压差来与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。恒压变量泵也是利弹簧力平衡，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。用这一原理来获得压力浮动很小的恒压性能的。图图4.4给出了这种泵的工作原理和性能曲线。在恒压变量泵中设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。8整理ppt图图4.4 恒压变量泵原理恒压变量泵原理图及其特性曲线图及其特性曲线 工作原理：当输出压力比减压阀工作原理：当输出压力比减压阀 2 的调定压力小时，减压阀不起作的调定压力小时，减压阀不起作用。变量机构用。变量机构 3 液压力平衡，在复位弹簧作用下处在排量最大位置。当液压力平衡，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超过调定压力时，减压阀阀芯向左移动，使供油压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构下腔部分与油箱接通。因此下腔压力降低，变量机构失去力和变量机构下腔部分与油箱接通。因此下腔压力降低，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，直至重新取得力平平衡。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化。衡。与此同时，由于变量机构的移动使流量作适应变化。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9整理ppt4.1.2 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适应，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统来实现。这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的工况，具有很好的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，当供油量超过需要量时，多余的节能效果。在定量泵压力适应系统中，当供油量超过需要量时，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，而是从非恒定的流阻排出。此流阻的阻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速度不同而变化。常见的压力适应控制系统有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恒流源系统、旁路节流系统和负载压力反馈回路。下面只介绍与比例变恒流源系统、旁路节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的负载压力反馈压力适应控制回路。量泵关系最为密切的负载压力反馈压力适应控制回路。10整理ppt（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，构成压差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，或称定差溢流阀（图控制溢流阀，或称定差溢流阀（图4.5a），就能使溢流阀失去恒阻抗流），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，从而使系统供油阻的性质，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。压力与负载需要相适应，实现节能。若将节流阀的出口压力作为反馈压力，实质上就构成了一个溢流若将节流阀的出口压力作为反馈压力，实质上就构成了一个溢流节流型调速节流型调速阀阀(图图4.5b)。图图4.5a 定差溢流阀定差溢流阀 图图4.5b 溢流节流型调速阀溢流节流型调速阀 11整理ppt（2 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引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，作为变量泵的变量信起的不稳定问题。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，又能保证输出流量号，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。不受外载的影响，构成所谓稳流量变量泵。图图4.6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，过剩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，所以这种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的性质。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的性质。12整理ppt图图4.6 流量敏感型稳流量变量泵流量敏感型稳流量变量泵13整理ppt4.1.3 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决定。无论是流量适应或压力适应系液压功率由压力与流量的乘积决定。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，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。采用这种泵的系统具有功率适应性。应能力。采用这种泵的系统具有功率适应性。图图4.7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的液压作用力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差克服弹簧之差克服弹簧4的作用力来实现。所以这种泵称之为差压式变量泵。的作用力来实现。所以这种泵称之为差压式变量泵。14整理ppt 采用此泵的系统采用此泵的系统既有压力适应的性质，既有压力适应的性质，又有流量适应的性质。又有流量适应的性质。图图4.7 差压式稳流量变量泵差压式稳流量变量泵1、3.左右变量诸塞；左右变量诸塞；2.节流阀；节流阀；4.参比弹簧；参比弹簧；5.安全阀安全阀15整理ppt 图图4.8所示为一种较完善的功率适应动力源。其特点是泵的变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，而是通过一个三通减压阀量机构不是靠负载反馈信号直接控制，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，特别是灵敏作为先导阀来控制，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比弹簧固定，因度高，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定。改变开口面积可此，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。调节减压阀的弹簧预压缩量可以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，即可使垂直段左右移动，这样便可适应不同的改变拐点的压力，即可使垂直段左右移动，这样便可适应不同的工况要求。工况要求。16整理ppt图4.8 功率适应变量泵 （a）原理图 （b）流量压力特性曲线 17整理ppt4.1.4 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，维持恒定的性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Ppq。所以精确的。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，流量随压力呈双曲恒功率控制中，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。如图线规律减小。如图4.9b所示曲线。所示曲线。图图4.9a所示为一种恒功率控制器的结构原理图。控制器中有两根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，这时泵的输出对应套在一起的弹簧，低压时一根较软的弹簧起作用，这时泵的输出对应于于bc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，其特件曲线对应特件曲线对应cd段。两段合起来就能近似实现恒功率控制。段。两段合起来就能近似实现恒功率控制。18整理ppt图图4.9 恒功率控制变量泵恒功率控制变量泵a)原理图原理图 b)特性曲线特性曲线19整理ppt 图图4.10 为力士乐型为力士乐型A7V恒功率变量泵的原理及结构图。变量活塞恒功率变量泵的原理及结构图。变量活塞7小端常通压力油，压力油经流道小端常通压力油，压力油经流道2作用在推杆作用在推杆5上。并作用在阀芯上。并作用在阀芯8上与上与调压弹簧的预压缩力比较。当达到预调压力之前，弹簧调压弹簧的预压缩力比较。当达到预调压力之前，弹簧4的项压缩力及的项压缩力及小端控制腔上的作用力使缸体保持在最大倾角位置。这时输出流量为最小端控制腔上的作用力使缸体保持在最大倾角位置。这时输出流量为最大。当到达控制起点压力时，阀芯大。当到达控制起点压力时，阀芯8被推杆推动，使油腔被推杆推动，使油腔a与与b接通，这接通，这时差动活塞带动缸体向倾角减小的方向移动，直至变量活塞上的差动作时差动活塞带动缸体向倾角减小的方向移动，直至变量活塞上的差动作用力与弹簧用力与弹簧4上的压缩力上的压缩力(或弹簧或弹簧4与弹簧与弹簧6的合力的合力)平衡为止。这时输出的平衡为止。这时输出的流量随压力的增加而减小。其斜率由弹簧的组合刚度确定，流量流量随压力的增加而减小。其斜率由弹簧的组合刚度确定，流量压力压力曲线上图中曲线曲线上图中曲线abcd所示。调节螺钉所示。调节螺钉9，改变调压弹簧的预压紧力，可，改变调压弹簧的预压紧力，可以改变控制起点压力以改变控制起点压力pc的大小。的大小。20整理ppt图4.10 A7V恒功率变量泵原理图21整理ppt 图图4-10 A7V4-10 A7V恒功率泵结构图恒功率泵结构图1.qmin限位螺钉；限位螺钉；2.控制油道；控制油道；3.柱塞；柱塞；4.一级弹簧；一级弹簧；5.推杆；推杆；6.二级弹簧；二级弹簧；7.变量活变量活塞；塞；8.控制阀；控制阀；9.控制起点调节螺丝；控制起点调节螺丝；10.qmax限位螺钉；限位螺钉；11.配流盘；配流盘；12.缸体；缸体；22整理ppt4.2 比例排量变量泵和变量马达比例排量变量泵和变量马达 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本质上是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。它利用适当的电个电液比例位置控制系统。它利用适当的电机转换装置，通过液压机转换装置，通过液压放大级对变量泵或马达的变量机构进行位置控制，使其排量与输入信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例排量控制。号成正比。这样的控制称为电液比例排量控制。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量机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气控制来进构，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，从而使控制水平大行各种压力补偿、流量补偿以及功率的适应控制，从而使控制水平大大提高。大提高。23整理ppt 图图4.11所示的是几种常见的比例排量调节方案。比例排量调节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，位移力力反馈式和位移反馈式和位移电反馈式。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压力油。图中的比例阀可以是直动式的，有时需要先导式的，使获压力油。图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，必要时可以用手动，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，这时就相当于手动变量式定量泵。变量缸内设有对中弹簧，以便在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，图无信号时回到无流量状态，图 a 所示为一种单向变量机构，图所示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。24整理ppta)位移直接反馈式b)位移力反馈式图4.11 比例排量调节25整理pptc)位移电反馈式图4.11 比例排量调节26整理ppt4.2.1 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增设比例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，变量活塞跟踪先在这种变量方式中，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的行程相等。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。（1）位移宜接反馈式比例排量调）位移宜接反馈式比例排量调 它是在手动伺服变量泵的基础上发展起来的。在这种变量方式中、它是在手动伺服变量泵的基础上发展起来的。在这种变量方式中、变量活塞跟踪先导阀芯的位移而定位，其行程与导阀芯的行程相等。下变量活塞跟踪先导阀芯的位移而定位，其行程与导阀芯的行程相等。下面将要介绍的三种比例排量调节变量泵都是在国产面将要介绍的三种比例排量调节变量泵都是在国产CYl41型手动伺服型手动伺服变量泵的基础上，增设比例控制电变量泵的基础上，增设比例控制电机械转换部件而构成的。所以先要机械转换部件而构成的。所以先要了解一下了解一下CYl4l型手动伺服变量机构的工作原理。型手动伺服变量机构的工作原理。27整理ppt 如图如图4.12所示是一种常用的伺服变量机构，它是由一个双边控制滑所示是一种常用的伺服变量机构，它是由一个双边控制滑阀和差动活塞缸组成的一个位置伺服控制系统。伺服系统的供油取自阀和差动活塞缸组成的一个位置伺服控制系统。伺服系统的供油取自泵本身。活塞小端腔泵本身。活塞小端腔1(直径直径D2)常通来自液压泵的压力油，而大端腔常通来自液压泵的压力油，而大端腔7中中的油压力受滑阀的油压力受滑阀5的位置控制。当输入一个位移信号的位置控制。当输入一个位移信号x以后，滑阀上以后，滑阀上部的开口打开、高压油注便流入上腔部的开口打开、高压油注便流入上腔7(直径直径D1)，上腔面积比下腔大，上腔面积比下腔大，所以合力向下，使活塞产生对所以合力向下，使活塞产生对x的跟随运动的跟随运动y，直到，直到yx为止为止(这时上部的阀口重新关闭这时上部的阀口重新关闭)。这时斜盘已产生了一个倾角增量。这时斜盘已产生了一个倾角增量a，使，使流量发生正比于输入信号流量发生正比于输入信号x的变化。当拉杆上移时，大腔经通道的变化。当拉杆上移时，大腔经通道8接接通回油腔通回油腔9，活塞在小端腔推力作用下上移，规律与下移时相同。，活塞在小端腔推力作用下上移，规律与下移时相同。28整理ppt图4.12 机液伺服变量机构a)伺服机构结构图 b)滑阀放大图 c)液压伺服机构职能符号1.活塞小端油腔;2.先导阀进油通道;3.差动活塞;4.阀套;5.滑阀;6.拉杆;7.活塞大瑞油腔;8.大端油腔控制油通道;9.回油腔29整理ppt图4.13 电液伺服变量机构1.伺服电动机；2.螺旋机构；3.变量机构；4.斜盘机构（2）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，利用伺服电动机作电是直线位移。因此，利用伺服电动机作电机械转机械转换元件时需要加上一个螺旋机构。下图就是这样的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服变量泵。变量。实际上这种泵就是电液伺服变量泵。30整理ppt（3）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，实现电液比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变量活塞的行程限剧。如例排量调节，这样比例电磁铁的行程就不受变量活塞的行程限剧。如图所示，手动伺服变量泵上增设电液比例减压阀图所示，手动伺服变量泵上增设电液比例减压阀 2，操纵缸，操纵缸 3。其控。其控制精度及灵敏度不如电液伺服变量泵，但其抗污染力强，价格低廉，制精度及灵敏度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。工作可靠，对许多机械的远程控制是很理想的。图图4.14 电液比例排量调电液比例排量调节变量机构节变量机构1.液动伺服阀液动伺服阀2.比例减压阀比例减压阀3.操纵缸操纵缸4.变量机构变量机构5.柱塞泵柱塞泵31整理ppt4.2.2 位移位移力反馈式比例排量调节变量泵力反馈式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，它必须采用伺服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。而且为了驱动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，增加了成本。采用位阀，往往需要增加一级先导级，又使结构复杂化，增加了成本。采用位移移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。大的简化。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力反馈式的比例排量调节变量泵，如图反馈式的比例排量调节变量泵，如图4.15示。示。32整理ppt图4.15 位移力反馈式比例排量调节变量泵原理图33整理ppt 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回原位，当有信号电流时，比例电磁铁下返回原位，当有信号电流时，比例电磁铁10产生推力，通过调节产生推力，通过调节套筒套筒9和推杆和推杆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产生的推力足以克服起点调节弹簧弹簧3和反馈掸簧和反馈掸簧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控制腔接控制腔接通。变量活塞通。变量活塞5从最小排量位置向增大排量的方向移动，实现变量。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，在移动中不断压缩反馈弹簧，直至弹簧上的压缩力略大与此同时，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，先导芯开始关闭，并终于完全关闭，实现位移于电磁力时，先导芯开始关闭，并终于完全关闭，实现位移力反力反馈，使活塞定位在与输入信号成正比的新位置上。馈，使活塞定位在与输入信号成正比的新位置上。34整理ppt图图4.16 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;2.调节螺钉带护罩;3.控制起点调节弹簧;4.控制阀5.控制活塞;6.端盖;7.推杆;8.反馈弹簧;9.调节套筒;10.比例电磁铁;11.最大流量限位螺钉12.配流盘;13.缸体;a.变量活塞小腔（通常压力油）;b.变量活塞大腔（控制腔）35整理ppt4.2.3 位移位移电反馈型比例排量调节电反馈型比例排量调节 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)的倾角或变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控器进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，如图所示。行处理。最后得出控制排量改变的信息，如图所示。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.先导油泵先导油泵图图4.17 位移位移电反馈型比例排量调节电反馈型比例排量调节36整理ppt 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。变量机构由弹簧对中，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而回零。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。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输出引起的。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，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。当需要精确控制时偿。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。就要采用比例流量调节变量泵。37整理ppt4.3 电液比例压力调节型变量泵电液比例压力调节型变量泵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，其特点是利用负载压力变化信息作为泵本身变量的控制信号。泵的出口压力点是利用负载压力变化信息作为泵本身变量的控制信号。泵的出口压力代表了负载大小的信息。当它低于设定压力时，象定量泵一样工作，输代表了负载大小的信息。当它低于设定压力时，象定量泵一样工作，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。这时泵输出最大流量。当工作压力等于设定压力时，它按变量泵工作。这时泵输出的流量随工作压力的变化下降很快。任何工作压力的微小变化都将引出的流量随工作压力的变化下降很快。任何工作压力的微小变化都将引起泵较大流量变化，从而对压力提供了一种反向变化的补偿。当系统的起泵较大流量变化，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维持各处的内、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。可见这种变量泵具有流量适应的特点，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，工作压力变动很小，基本保持不变。在泵作流量适应调节时，工作压力变动很小，基本保持不变。38整理ppt 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。因这种泵完全消除了流量过剩，而输出压力又可铁的控制电流来设定。因这种泵完全消除了流量过剩，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，它无需设置溢流阀，但应加入安全阀来确保安全。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。用比例溢流阀代替手调用比例溢流阀代替手调溢流阀，它就成了一种直接控溢流阀，它就成了一种直接控制式的比例压力调节型的变量制式的比例压力调节型的变量泵，如右图所示。泵，如右图所示。图图4.18 直接控制式的比例压力调节型的变量泵直接控制式的比例压力调节型的变量泵39整理ppt 如果用比例溢流阀代替先导控制中的手调机构就成了先导控制式如果用比例溢流阀代替先导控制中的手调机构就成了先导控制式的比例压力变量泵，如下图所示。直接控制式的压力调节泵，由于参的比例压力变量泵，如下图所示。直接控制式的压力调节泵，由于参比弹簧刚度较大，泵的特性有较大的调压偏差。比弹簧刚度较大，泵的特性有较大的调压偏差。图图4.19 比例先导压力调节变量叶片泵比例先导压力调节变量叶片泵40整理ppt4.3.2 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，较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。弹簧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，把定子推至最大偏心位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。直到输出压力达到设定的拐点置。因此泵起动时能给出最大流量。直到输出压力达到设定的拐点压力为止，它按定量泵工作。其后便按变量泵工作。压力为止，它按定量泵工作。其后便按变量泵工作。当液压反馈力小于设定压力当液压反馈力小于设定压力p0和弹簧和弹簧ks1的预紧力时，控制阀芯关的预紧力时，控制阀芯关闭闭(见图见图4-19)，大柱塞腔不通回油，定子处在极左位置。这时泵的输，大柱塞腔不通回油，定子处在极左位置。这时泵的输出流量为出流量为41整理ppt（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和关的诸数学式。为简便忽略有关的库仑摩擦以及油液压缩性的影响和液动力。液动力。式中式中 kq 泵的流量常数泵的流量常数(单位偏心距产生的理论流量单位偏心距产生的理论流量)，其值由泵的几何参，其值由泵的几何参 数决定；数决定；kl泵的泄漏系数；泵的泄漏系数；emax定子的最大偏心距。定子的最大偏心距。当液压反馈力当液压反馈力p(工作压力工作压力)大于设定压力大于设定压力p0以及弹簧顶紧力的合力时，以及弹簧顶紧力的合力时，控制阀芯右移并在控制阀芯右移并在S处开启，使大腔与回油相通，控制压力处开启，使大腔与回油相通，控制压力pc下降，定子下降，定子向右移动，偏心距变小，叶片泵改变流量，并保持压力不变。向右移动，偏心距变小，叶片泵改变流量，并保持压力不变。（4-2）42整理ppt1.泵的输出流量方程泵的输出流量方程式中式中 x定子从零位算起的位移；定子从零位算起的位移；Vp泵出口处及管道容积；泵出口处及管道容积；e油液的体积弹性模数。油液的体积弹性模数。2.定子受力平衡方程定子受力平衡方程式中式中 A1,A2变量泵小端和大端控制柱塞截面积；变量泵小端和大端控制柱塞截面积；M定子移动的质量；定子移动的质量；Bc定子移动时的粘性阻力系数；定子移动时的粘性阻力系数；ks1,Fs定子复位弹簧刚度及预紧力；定子复位弹簧刚度及预紧力；Ff定子摩擦阻力。定子摩擦阻力。（4-3）（4-4）43整理ppt3.通过节流口通过节流口S和阻尼孔的连续方程和阻尼孔的连续方程式中式中 q1通过节流孔通过节流孔A0的流量；的流量；A0,Cd1节流孔节流孔A0的过流面积及其流量系数的过流面积及其流量系数 pc变量泵大腔控制压力；变量泵大腔控制压力；q2,Cd2通过节流口通过节流口3的流量及其流量系数；的流量及其流量系数；W控制阀的面积梯度；控制阀的面积梯度；油液的密度。油液的密度。（4-5）（4-6）（4-7）44整理ppt4.控制阀芯的力平衡方程控制阀芯的力平衡方程式中式中 AR控制阀芯面团积；控制阀芯面团积；p设定压力；设定压力；m 阀芯质量；阀芯质量；B0阀芯粘阻