流體機械調節(jié)與控制技術2

1、主講主講 吳曉明吳曉明24學時機電控制工程（24學時） 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速下運轉，且泵的容積效率較高，因此常用pV=常數(shù)(V為泵的排量)，即恒轉矩來代替恒功率。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載壓力或負載流量變化時保持常數(shù)。恒功率控制調節(jié)泵的排量依賴于工作壓力，因此給定的驅動功率在恒速驅動速度下是不會超出的。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。如果這種泵用于開式回路，一般其泵變量的動力來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的幾何長度分別為a和b。在活塞移動時垂直活塞4可以左右移動，其離開原始位置的距離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測壓油口（堵死） A壓力油口 S吸油油口 G測壓油口（堵死） R泄漏油口(堵死) T1、T2回油油口（堵死） M1 測壓油口（

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反饋的功率調節(jié)泵現(xiàn)場可調的功率調節(jié)泵3.4.1 LR型恒功率控制其工作原理是： 當泵功率未達到調定的恒功率值時，p、A和a的乘積（力矩）小于輸入的Fb（F為彈簧設定值產(chǎn)生的彈性力），變量閥1處于右位，排量最大，此時泵輸出最大的排量。假如工作壓力超過了彈簧的設定值，即當pAa大于Fb時，作用在90度杠桿5上的順時針力矩大于逆時針力矩，缸桿使變量閥芯移動，壓力油進入大變量缸2，使排量有所減少，在搖桿處的杠桿長度被減小，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，使驅動功率不會被超

4、過，從而保持泵的輸出功率為常數(shù)。變量到位時，變量閥處于中位（圖上未畫出），大變量缸油口封閉，變量泵處于某穩(wěn)定點。3.4.2 LR3遙控恒功率控制 圖3-43 LR3調節(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） 先導壓力和功率之間的關系 LR3可以通過油口XLR接入外部先導壓力pp ，加至功率閥的彈簧腔，可對泵輸出的功率進行遙控調節(jié)，改變先導壓力pp可以使泵的功率特性曲線向右上平移?？刂圃硗?，改變先導壓力相當于改變了彈簧的設定值。這種變量泵在無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C型半橋，用來控制變量泵活塞腔的壓力。在無壓工況，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到了壓力控制設定值，此時壓力閥4下位工作，泵出口壓力油經(jīng)閥口進入變量活塞的右腔，使泵的排量減少，泵進入壓力控制模式，并僅僅輸送所需要的流量來保持這個壓力。一般這個壓力有一個設定范圍，標準的設定值為35M

6、Pa。也就是如果工作壓力不超過35MPa，為恒功率泵，一旦壓力超過了35MPa，就為恒壓泵，其輸出特性曲線參見圖3-46。其中功率變量的起始點由功率控制閥2的彈簧調定，最高的工作壓力由壓力閥4的彈簧調定。 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)流口一起構成B型半橋，改變壓力溢流閥的設定壓力就可調整壓力控制閥4的彈簧腔的壓力。 一旦系統(tǒng)壓力控制級別溢流閥設定值加上

7、壓力控制閥4的閥口的壓差達到，泵就會進入壓力控制模式，可以通過改變壓力溢流閥調控壓力，實現(xiàn)遠程壓力遙控。 注意，對于遙控壓力的設定值是單獨的溢流閥設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圖3-49，它是在原恒功率控制變量泵的基礎上增加了機械行程限制器8，這種型式的變量泵除

8、了功率控制功能之外，通過調節(jié)一個機械限位螺釘可以無級地限制泵的最大排量Vgmax，調整行程限位螺釘時必須在無壓的條件下進行。這種變量泵在無壓條件下的初始位置仍然是最大排量Vgmax位置。 行程限制器的調整排量設定范圍為0%Vgmax%（最大可以到104% Vgmax），標準設定通常是Vgmax。見圖3-50，改變機械行程限位器的設定，會使靜態(tài)特性曲線橫軸的最大排量值發(fā)生改變。 3.4.6 LRZ型液壓兩點恒功率控制 圖3-51 LRZ液壓2點控制1主泵2功率控制閥 3換向閥 4輔助泵3.4.6 LRZ型液壓兩點恒功率控制這種控制方式泵的原理見圖3-51，是在原有恒功率控制泵的基礎上增加了一臺換

9、向閥3和輔助泵4組成。具有這種控制方式的泵，在泵重新起動時，可以減少起動轉矩，通常需要外部的先導控制壓力。此泵初始位置是無壓條件下 (油口Rkv無壓)排量處在最大位置。在功率控制和壓力控制時，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，這需要在起動時接通外控先導壓力。Rkv接通壓力油后，使泵的排量最小，有利于泵電動機順利起動，一旦起動過程結束，就應該是油口Rkv回油箱。3.4.7 LRY型具有內部先導壓力的電氣2點恒功率控制圖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上增加了一臺電磁換向閥。在無壓和電磁換向閥通電的條件下泵處在其初始點位置，這時泵輸出最大排量。當電磁換向閥不通電時，泵起動后，一旦工作壓力接近大約0.41MPa時，泵的斜盤就朝著最小排量Vgmin方向擺動，輸出流量接近于零，容易起動。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型具有內部先導壓力的電氣2點恒功率控制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先導排量控制閥 負排量控制功率優(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上，增加了先導排量控制閥5和排量反饋杠桿4。這種控制需要一個外部的先導控制壓力加到X1油口。液壓行程限制器可用于在整個控制范圍內，連續(xù)地改變或限制泵的排量，泵的排量大小由先導壓力決定，先導壓力pst最高為4MPa，先導控制壓力通過油口X1引入。 控制壓力增加，先導排量控制閥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。 負流量控制方式:即隨著控制壓力的增加，最大的排量設定值減小。 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，通過排量反饋杠桿4，使先導排量控制閥5的閥芯向左移動，關閉進入到泵排量控制缸

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，排量由先導壓力控制，當一個設定的流量或者負載壓力超過了功率曲線，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控制先導壓力與排量之間的關系3.4.8.1 LRDH控制 圖3-56 LRDH1控制職能原理圖LRDH控制 增設的壓力切斷閥2設定了主泵的最高壓力，一旦系統(tǒng)壓力超過了壓力切斷閥2左邊彈簧的設定壓力，壓力油通過壓力切斷閥2和功率控制閥3進入到變量缸4的大腔，推動變量缸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流量控制先導壓力油口 M1, M2控制腔壓力測量油口 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泵的輸出流量實質上不受負載壓力的支配。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。 當泵的

14、輸出流量與輸入信號對應時，流量控制閥處于中位。如果出現(xiàn)干擾，例如負載壓力升高使實際輸往負載的流量減少，則在與輸入信號對應的節(jié)流閥口過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，直至通過節(jié)流閥5的流量重新與輸入信號對應，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，泵的斜盤向減小排量方向擺動，反之，假如p降低，泵的斜盤向排量增加的方向擺動，直到滑閥重新平衡為止。閥口的壓差用公式計

15、算。作用在流量控制閥4上的標準p設定值接近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，會使特性曲線右端垂直部分沿橫軸左右移動 3.4.10 LRGF型恒流量+恒功率+遠程調壓控制圖3-59 LRGF控制結構簡圖及泵的工作原理1流量控制閥 2恒壓控制閥 3恒功率閥 4電磁換向閥 5遠程調壓閥 6可變節(jié)流閥 控制的優(yōu)先權依次是壓力、功率、流量3.4.10 LRGF型恒流量+恒功率+遠程調壓控制 這種控制方式具有遠程壓力控制、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)先于流量控制閥動作。如果壓力改變，導致流量壓力超過恒功率閥設定的功率，則流量控制閥不起作用，恒功率閥調整流量，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動作。當泵出口壓力達到設定值時，該閥處于左位，直接把泵的排量減到最小，減少過載時的功率消耗，此時流量控制閥1和恒功率閥2都不起作用。3.4.10 LRGF型恒流量+恒功率+遠程調壓控制圖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+遠程調壓控

17、制1）定流量段(ab) 當負載壓力pc低于恒功率閥3的開啟壓力時，閥3處于關閉狀態(tài)，無流量通過，即qf=0。流量控制閥1的閥芯兩側壓力p0=pc，在彈簧力的作用下處于右位，變量缸中的壓力pd=0，此時變量機構推動泵的斜盤處于最大傾角（由調節(jié)排量限位螺釘來調定)，泵處于定量工作段。3.4.10 LRGF型恒流量+恒功率+遠程調壓控制2）恒功率段(bcd) 當負載壓力升高到pc，能克服恒功率閥3的彈簧預緊力時，閥3打開，由于有流量qf通過，于是p00，此時泵變量機構進入恒功率段。由于pD的作用，當活塞作用力FDFd時，推動斜盤傾角c變小，泵的排量也隨著變小；在這同時，通過變量缸的機械反饋，使恒功率

18、閥3的彈簧(一大一小)預壓力等效地增大，從而在泵的斜盤與恒功率閥3的先導閥之間形成了一個位移(角度)力的負反饋，最終使斜盤傾角c穩(wěn)定在某一個平衡角度上。由于彈簧力與位移成正比，所以bc是直線；當工作到c點時，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+遠程調壓控制3）恒壓段(de) 當pc高于恒壓閥2的彈簧預緊力時，閥2工作于左位，此時進入恒壓段。恒壓段的調節(jié)原理是由恒壓閥2直接控制變量缸的，由于閥2先導級的彈簧剛度小及閥芯直徑大，這樣很小的負載壓力pc變化可以獲得很大的流量增量，其效果近似于恒壓。4）遠程調壓 LRGF控制的泵可實現(xiàn)遠程調壓。閥5

19、用于遠程壓力控制，當電磁換向閥4接通時，左位工作，恒功率閥3的控制腔接到閥5，當系統(tǒng)壓力達到閥5的設定值時，閥5開啟，泵的控制活塞控制腔直接接通油箱，此時在壓力油作用下，閥1左位工作，推動變量活塞向最小排量方向運動，泵幾乎無流量輸出，泵的壓力維持在遠程調壓閥5設定的壓力。電磁換向閥4斷電時油口Y相當于直接接油箱，泵處在卸荷狀態(tài)，此時泵的排量和壓力最低。在起動泵時可以通過閥4斷電，實現(xiàn)泵的無載起動。 3.3.5恒壓負載敏感控制（DRS）(3)高壓待機狀態(tài)。當液壓缸的活塞運動至行程終端位置時，進入方向控制滑閥環(huán)槽的液流被阻止?？刂苹y兩側的壓力趨于相等，作用于壓力-流量補償器控制滑閥兩端的壓力也相

20、等。預調定的1.4MPa彈簧力將壓力流量補償器控制閥芯推至左端。此時液壓泵的輸出液流再次處于封閉狀態(tài)，導致泵壓迅速升至最高壓力閥調定的限定值，致使高壓補償器滑閥克服預調定的最高壓力彈簧力移至右端，高壓油通過該閥通路作用于斜盤傾角控制活塞。活塞的運動使斜盤傾角轉至排量近乎為零的位置。這種工況稱液壓泵的高壓待機狀態(tài),直到高壓負載力消除或方向控制閥回到中位。 3.3.5恒壓負載敏感控制（DRS）圖3-37 DRS控制實例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 6液壓缸 3.3.6 同步控制變量機構DP 圖3-38 DP控制職能原理圖1變量泵 2補償

21、器 3節(jié)流閥 4溢流閥 3.3.6 同步控制變量機構DP（1）所有的泵同步變量；（2）一個先導控制閥設定所有泵的恒壓點；（3）所有的泵都是同樣的結構、同樣的設定、同樣的參數(shù)；（4）均勻的負載分布，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泵；泵主油路上的單向閥可以將該泵從系統(tǒng)中隔離開。3.3.6 同步控制變量機構DP（1）多臺泵采用一臺溢流閥，作為可變液阻，見圖3-38（這與常規(guī)液壓泵并聯(lián)合流后，必須用一個溢流閥來統(tǒng)一控制壓力，各泵原來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之間的管子應大致一樣長，保證各泵的變量控制壓力盡量一致。3.3.6 同步控制變量機構DP（2）節(jié)流閥3應該是個取壓液阻，節(jié)流產(chǎn)生的壓力被引到恒壓閥的彈簧腔，與彈簧一起構成恒壓閥的開啟阻力，以增大泵進入恒壓區(qū)運行后的壓力差p。隨著泵斜盤擺角的逐漸減小，節(jié)流閥3的節(jié)流開口也逐漸變小，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?？梢姡?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彈簧等效。節(jié)流閥3的作用，用來保證壓力補償器2彈簧端控制力的變化，實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，在泵排量變化的時候，能夠改