变量泵控制方式及其应用_图文

1、第2卷第3期2004年7月中国工程机械学报C H IN E SE J O U I越N A LO FC O N ST R U C T I O N M A C H I N E R YV01.2N o3J ul2004变量泵控制方式及其应用刘钊,张珊珊(同济大学机械工程学院,上海200092摘要:对变量泵的控制类型及其对应的实现典型结构进行了归纳,对不同变量形式的特性和适用场合进行了分析,并对负载敏感控制、恒功率控制等多种控制方式组合的原理与应用进行了探讨关键词:变量泵;控制;方式中图分类号:T H l379V ar i abl e Pum ps C ont r ol M ode s and T h

2、ei r A ppl i cat i onL/U刁m o.Z H A N G Shahs hah(School of M echanical嘶i,Tonai i U N vers i t y,Shangu200092,(hI l aA bst r a ct:C ont r ol m odes of var i abl e pum p and t he i r cor r e spondi ng t ypi cal s t r u ct ur e a r e s um m ar i zed.A ddi t i onal l y,di f fe re nt var i abl e f orm sc

3、har act er i s t i cs a nd t he i r s cop es of ap pl i cat i o n a l-e anal yzed i n t hi s i ss ue Fi nal l y, t he pri nci pl es a nd appl i cat i ons of m ul t i f or m cont r ol m odescom bi nat i on,such“l oa d s ensi ng cont r ol a nd cons t a nt pow er cont r ol et c.ar e di sc uss ed.K ey w

4、 or ds:var i abl e pum p;cont r ol;m ode变量泵可以通过排量调节来适应工程机械等在作业时的复杂工况要求,由于其具有明显的优点而被广泛使用变量泵只有排量一个被控对象,在采用不同的控制方式时,可以使变量泵具有不同的输出特性应根据具体的应用场合,选用相适应的变量控制形式,以便获得合适的输出特性.目前变量泵的生产厂家众多,控制方式多样总结现有各种变量泵的控制方式及其实现形式,并对它们的特性和应用场合进行研究是十分必要的,这对于液压系统的开发与创新具有指导意义,也可以指导新型变量泵的开发设计.1基本控制方式变量泵的控制方式多种多样,归类起来主要有压力切断控制、功率控

5、制、排量控制和负载敏感控制四种基本控制方式.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.1.1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时,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所示如果切断压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现方式.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,从而实现压力切断控制阀芯上的P+为液控口,可以对切断压力进行液压远程控制和电比例控制.工程机械工况复杂,作业中执行机构需要的

6、流量变化很大.压力切断控制可以根执行机构的调速要求按所需供油,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作者简介:剂钊(1958一.男,江苏无锡人.教授,博士生导师.工学博士第3期刘铡。等:变量泵控制方式及其应用a输出特性b典型宴现形式图1压力切断控制变量泵Fi g.1V ar i a bl e pu m p w i t h pr ess cut-of f1.2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(R ex

7、rot hA11V O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="f1/12(1式中:p为系统压力;A为小活塞面积;f1为小活塞到摇杆铰点的距离;2为变量控制阈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(I可知,摇杆推力正比于1,而zl正比。于油泵排量

8、,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(K aw a s akiK3V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a输出特性b A1I V0变量泵实现结构圄2恒功率控制变量泵ng.2V ar i a bl e pu m p w i t h co ns t an t pow er con t r ola输出特性b K3V系列变量泵实现结构图3变功率控制变量泵gt

9、g.3V a r i abl e pup w i t h var i ab l e pow er con t r ol中目工程机械学报第2卷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1.3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(K aw as aki K 3V 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p .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p .的增大成比例地减小¨,2J .a 输出特性b K

10、 3V 系列变量泵实现结构圉4负流量控制变量泵Fi g .4V a r i abl e pum p wi t l l ne gat i v e f l ow co nt r ol 图5所示是H Y U N D A I 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p .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

11、节排量按需供流的功能¨J .14Ls (负载敏感控制L s 控制方式是对变量泵排量变化率控制的控制方式L s 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L s 控制的典型实现形式,它要芒曼盘。差j 篓竺!苎避要兰竺,詈.皇妻璺孽学簧压力不平衡图;删液压挖掘机负漉-控制系统时,变量控制阀阀芯偏移,使泵排量发生相应变化L4J .一一,。,.n 。j :。:一图7所示是采用L S 控制变量泵实现的LS 调速系统的基本原。赢A I hvd 。auli c :沱啪船理.A p 为节流口前后压力差,p=pA 一九其中pA 为泵口压力,九为负

12、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A p 控制在很小的固定值Fi g-6Typi c al r eal i zedf or m of var i ab l e pm np w i t h LS con t r ol 图7L s 调速控制系统窀.7L s s pee d r egul at i on nt rosys t em 歹畿瀵一黉一第3期刘钊,等:变量泵控制方式驶其应用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,

13、同时也是按需供压,是能量损失很小的调速方案.2基本控制方式的组合及其应用系统的压力限制、原动机的功率限制以及对执行元件的可调速性,往往对同一台工程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工程机械的复杂工况要求.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(R exr ot h/乐,力切断控制、功率控制和I§控制组合的输出特性和具体实现结构.a输出特性b宴现形式图8功率控制、压力切断控制和15控制的组合Fi g.8P ow er co nt r ol w i t h pr ess ur e cu t off an d l o ad se ns i ng con t r ol图8中,三个控制阀并联连接,当系统状态达到其中任一个限制条件时,对应的控制阀动作,使泵的排量减小组合后的输出特性如图8a所示,兼具压力切断控制、功率控制和L S控制的特点,可以较好地满足复杂工况的要求.3结语本文对现有变量泵的控制方式进行了较为全面的总结,归纳为四种基本控制方式对每一种基本控制方式进行了深入分析,为合理选用泵的控制方式提供了依据基本控制方式的不同组合可以得到种类繁多的控制形式,以功率控制、