流体机械调节与控制技术

流体机械调节与控制技术主讲吴晓明24学时机电控制工程（24学时）Dr.吴晓明

3.23.2比例控制压力调节泵压力调节泵通常称为恒压泵，其基本含义是，变量泵所维持的泵的出口压力(系统压力)能随输入信号的变化而变化。

(1)变量泵所维持的泵出口压力(系统压力)能随输入信号的变化而变化；(2)在系统压力未选到压力调节泵的调定压力之前，压力调节泵是一个定量泵，向系统提供泵的最大流量；(3)当系统压力达到调定值时，不论负载所要求的流量(在泵最大流量范围内)如何变化，压力调节泵始终能保持与输入信号相对应的泵出口压力值不变。3.2压力调节泵的主要常见用途

(1)用于液压系统保压，保压时其输出流量只补偿泵的内泄漏和系统泄漏；

(2)用作电液伺服系统的恒压源，具有动态特性好的优点；

(3)用于节流调速系统；

(4)用于负载按所需流量变化，而要求压力保持不变的系统；

(5)对于电液比例压力调节变量泵，更经常用于压力流量都需要变化的负载适应系统等等。3.2.1限压式变量叶片泵的工作原理

限压式内反馈变量叶片泵1—最大流量调节螺钉2—弹簧预压缩量调节螺钉3—叶片4—转子5—定子图3-19变量特特性曲线排油腔吸油腔e3.3.2限压式外反馈变量叶片泵

图3-20外反馈限压式变量叶片泵1—转子2—弹簧3—定子4—滑块滚针支承5—反馈柱塞

6—流量调节螺钉3.2.3DR恒压变量控制机构3.2.3DR控制B—压力油口S—进油口L、L1—壳体泄油口（L1堵死）图3-22DR恒压控制职能原理图图3-23恒压控制特性曲线

3.2.3DR控制图3-22所示的变量控制油路与常规油路（图3-21）不同，即在最靠近变量缸敏感腔(大腔)的恒压控制阀A-T通路之间，并联了一个带液阻R1的通路，以及相应的液阻R2和R3。这种布局，将给变量控制及系统运行在快速性、稳定性等方面带来有利影响。例如，仅在恒压控制情况下，当P-A沟通，即排量减小的控制过程，变量控制油进入变量缸敏感腔可视为C型半桥(先经变量控制阀口可变液阻，并联一个由R1、R2和R3三者串并联形成的固定液阻)的控制，适当地降低了控制增益，提高了稳定性，当A-T沟通，即排量增大的控制过程，变量缸敏感腔排出的油液经阀口与R1、R2和R3三者串并联形成的液阻，提高了快速性和稳定性。3.2.3DR控制

（1）在系统压力未达到恒压泵的恒压调定值时，一定是以最大流量向系统提供流量，也就是说，它起定量泵的作用。（2）恒压泵在进入恒压工况之前，排量（乘转速就是流量）已经是最大了，所以，要变量的话，流量只会向减小方向进行，也就是说恒压泵在恒压工况下运行时，其流量只能等于或小于最大流量。

（3）当系统速度减慢，即要求的流量减小时，恒压变量泵的变量机构会自动将斜盘角度减小，达到系统需要的流量，并保持系统压力基本不变。当系统进入不再需要流量的保压阶段，则恒压泵就输出只维持内部泄漏所需要的流量，不再向系统供油。

（4）恒压泵要能正常工作，除了系统压力要达到调定值这个基本条件外，还要求这个基本条件要有实现的可能性，如果系统的溢流阀调定压力低于恒压泵的调定值，则恒压泵始终不可能进入恒压工况，成了始终是一台排量最大的定量泵了。

3.2.4DRG控制堵死这种DR•G型远程恒压压控制也属属于压力控控制范畴，，实际上是是在压力流流量复合控控制变量的的基础上改改进的。原原本上面的的差压阀是是用于恒流流量（负载载敏感）控控制的，现现在用液阻阻将X口与泵出口口相连，X外控口所接接远程溢流流阀，其设设定的压力力必须在泵泵的最大压压力以下，如图3-24所示。并将将上面的差差压阀弹簧簧腔与回油油之间的液液阻堵死。。这样一来来，就形成成了固定液液阻在前可可变液阻（（远程调压压阀）在后后的B型半桥，用用来设定上面那台差压阀的设定压力（远程程可调），，也就是恒恒压压力。。而下面那那台原本的压力力阀起远调调安全阀作作用。就是是说，下面面那个压力力阀调定了了泵的最高高压力。其工作原理理是，当泵泵的出口压压力未达到到远程溢流流的设定值值时，差压压阀不动，，泵的排量量保持最大大值；与泵泵出口压力力相比较的的是固定液液阻和可调调压力阀阀阀口构成的的B型液压半桥桥的输出压压力，配用的弹簧簧仅起复位位作用，不不再是调压压弹簧，刚刚度可大大大降低。当泵的出出口压力达达到远程溢溢流阀的设设定值时，，溢流阀卸卸荷，差压压阀因上面面的阻尼瞬瞬间在左右右出现压差差而右移，，则泵的出出口压力通通向泵的排排量控制缸缸，推动缸缸使泵降到到最小排量量，泵保持持恒压状态态，即恒定定在远程溢溢流阀设定定的压力之下。所以DR•G型为远程控控制恒压变变量泵。3.2.5限压式变量量控制(POR)图3-26压力切断控控制变量泵泵a）输出特性性b）典型实现现形式3.2.5限压式变量量控制(POR)压力切断控控制是对系系统压力限限制的控制制方式，属属于压力控控制范畴，，有时也简简称为压力力控制。当当系统压力力达到切断断压力值时时，排量调调节机构通通过减小排排量使系统统的压力限限制在切断断压力值以以下。如果切断压压力值在工工作中可以以调节则称称为变压力力控制，否否则称为恒恒压力控制制。当系统压力力升高达到到切断压力力时，变量量控制阀阀阀芯左移，，推动变量量机构使排排量减小，，从而实现现压力切断断控制。阀阀芯上的液液控口可以以对切断压压力进行液液压远程控控制和电比比例控制。。3.3流量调节变变量泵（FR）一般概念上上的恒流泵泵，以及所所谓的功率率适应泵，，负载敏感感泵等，都都应属于流流量调节泵泵的范畴，，这类泵的的基本特征征是：泵输给系统统的流量只只与输入控控制信号有有关，而不不受负载压压力变化(泵内部泄漏漏流量与负负载压力有有关，油液液的压缩性性与负载压压力有关)或原动机转转速波动的的影响（流流量是排量量与转速的的乘积）同样重要的的是，泵的的排油口压压力仅比负负载压力高高出一个定定值(用于调节流流量的节流流阀定压差差)，在最高限限压范围内内泵始终能能自动地适适应负载的的变化。也也就是泵始始终能工作作在与负载载功率(负载压力与与所控制流流量的乘积积)匹配的工状状，具有明明显的节能能效果。3.3流量调节变变量泵（FR）对恒流泵而而言，引起起其变量机机构动作主主要来自两两个方面的的干扰。负负载压力变变化与原动动机转速波波动。前者者表现为泵泵容积效率率的变化和和油液压缩缩性的变化化影响，如如果不进行行补偿，就就回归到排排量调节泵泵。后者的的干扰量要要有一定的的限制，应应尽量避免免原动机转转速变化过过大对液压压泵性能的的影响。实现流量泵泵上述基本本功能的机机制，与压压力调节泵泵一样，是是在干扰作作用下，泵泵排油口流流量的变化化，将引起起泵排油口口压力的变变化，从而而自动使变变量机构动动作，最终终也是通过过改变泵的的排量，来来达到恒流流效果。3.3流量调节变变量泵（FR）图3-27恒排量泵与与恒流量泵泵图3-28恒压恒流复复合控制泵泵3.3.1传统压差控控制型a）b）图3-29节流检测压压差反馈型型流量调节节泵a）实现方式式b）特性曲线线3.3.1传统压差控控制型传统压差控控制型流量量调节泵的的基本特征征是，在泵泵的排油口口到负载之之间设置一一个节流阀阀，用节流流阀两端的的压差来控控制变量控控制阀，进进而推动变变量机构(参见图3-29a)，改变节流流阀的输入入信号，就就可以改变变泵的调定定流量。节流阀两端端的正常压压差就等于于变量控制制阀一端弹弹簧力所对对应的液压压力。在一一定的输入入信号下，，节流阀有有对应的过过流面积，，当泵的输输出流量与与输入信号号对应时，，变量控制制阀处于中中位。如果出现干干扰，例如如，当负载载压力升高高，使实际际输给负载载的流量减减少时，则则在与输入入信号对应应的节流阀阀口过流面面积不变情情况下，在在节流阀处处产生的压压降就要比比正常压差差小，造成成变量控制制阀两端受受力不平衡衡而使阀芯芯右移。即即变量控制制阀右位工工作，变量量缸大腔油油液流出一一部分，使使泵的排量量增大，直直至通过节节流阀的流流量重新与与输入信号号对应，变变量控制阀阀重新回到到中位。3.31FR型流量控制制a）b）图3-30FR型流量控制制原理职能能图和其输输出特性曲曲线a）控制原理理职能图b）输出特性性曲线3.31FR型流量控制制节流阀出口口的压力通通过油口X连接至控制制阀的右腔腔，泵排油油口的压力力则连接至至控制阀的的左腔，节节流阀和控控制阀右端端的固定阻阻尼孔构成成了C型半桥，用用于调节控控制阀右腔腔的压力。。作用在阀芯芯上的力与与节流阀的的压差有关关，当压差差发生变化化时，如节节流阀出口口负载压力力增加，造造成流量调调节阀右端端压力增加加，节流阀阀的压差减减小，流量量减小，此此时流量调调节阀调节节泵的排量量，使输出出流量增加加并维持设设定值保持持不变。3.3.2电反馈型通常的电反反馈流量泵泵，是在泵泵排油口的的上油路上上串入流量量传感器，，此时有一一定的压力力损失。目前有不少少的产品，，名义上是是流量控制制泵，而实实际上是排排量控制泵泵，即检测测变量缸位位移作为电电反馈信号号，实际只只是一个位位置控制系系统，并未未在泵排油油口主油路路上设置流流量传感器器。如果按这种种流量用变变量缸的位位移量代表表的这种处处理方式，，即流量用用变量缸的的位移量代代表，加上上泵出口设设置压力传传感器，则则可形成全全新概念的的复合控制制。3.3.3压力／流量量控制DFR（DFR1）图3-32液压职能原原理图1-流量控制阀阀2-压力切断阀阀3-复位油缸4-控制油缸B-压力油口S-进油口L、，L1-壳体泄漏口口（L1堵死；X-先导压力油油）图3-34静态工作曲曲线（在n1=1500r/min；t=50°C）3.3.3压力／流量量控制DFR（DFR1）压力调节阀阀2，通过手动动调节弹簧簧设定最大大工作压力力，当负载载达到此压压力时，阀阀芯右移，，负载压力力进入控制制缸，使斜斜盘角度最最小，输出出流量为零零。流量控制阀阀1，用于控制制流量调整整，或者说说是用于待待命压力调调整或压差差设定，使使通过串接接在泵排出出口的节流流阀与装在在泵装置上上的流量调调节阀一起起可以实现现泵的流量量控制。这是因为节节流阀两端端压差=进口压力-负载压力。。进口压力力作用在流流量阀左侧侧，负载压压力作用在在流量阀右右侧，当流流量阀受力力平衡时，，弹簧力=进口压力-负载压力=节流阀两端端压差，这这个压差是是由流量阀阀右端的弹弹簧预先设设定好的，，是一个常常数（标准准设定为1.4MPa）。3.3.3压力／流量量控制DFR（DFR1）主泵输出适适合负载需需要的稳定定的流量。。当节流阀阀的开度调调定后，节节流阀两端端的压差若若不变，表表示泵输出出的流量与与输入阀口口开度信号号相对应且且恒定不变变。当负载压力力变化等干干扰作用时时，节流阀阀口两端压压差减小(或增大)，说明泵的的输出流量量低于(或高于)输入信号的的对应值，，则变量控控制系统起起作用，增增大(或减小)泵的排量，，使泵输往往负载的流流量增大(或减小)直到与期望望值相等，，其只提供供能维持恒恒定压差所所需的排量量，而压力调节阀阀优先于流流量阀。3.3.3压力／流量量控制DFR（DFR1）图3-33实际连接图图3.3.4压力／流量量控制DFR（DFR1）图3-32液压职能原原理图1-流量控制阀2-压力切断阀3-复位油缸4-控制油缸B-压力油口S-进油口L、，L1-壳体泄漏口（（L1堵死；X-先导压力油））3.3.5恒压／负载敏敏感控制（DRS）图3-35DRS控制调节职能能原理图3.3.5恒压／负载敏敏感控制（DRS）理想的方法就就是在需要的的压力条件下下提供需要的的流量，负载载感应系统变变可实现这种种要求。在液液压系统中，，负载感应是是一种拾取或或“感应”负负载压力，然然后反馈控制制负载回路的的流量，且不不受负载变化化的影响。简而言之，负负载敏感系统统是一种感受受系统压力和和流量需求，，且仅提供所所需求的流量量和压力的液液压回路。在开式液压系系统中，定量量泵仅提供恒恒流量，排油油口压力由系系统负载决定定。这样需要要设置一个高高压溢流阀，，当系统达到到溢流阀调定定压力时，泵泵输出的流量量从该阀流回回油箱，但这这种系统浪费费了大量的功功率并产生了了过多的热量量。闭式变量量泵液压系统统按负载需要要提供变化的的流量，省掉掉了溢流阀，，但缺点是在在任何工况下下，泵总是保保持在最高压压力。当系统统为大流量低低压力的工情情况时，同样样耗能过多。。3.3.5恒压／负载敏敏感控制（DRS）在负载感应系系统中所使用用的方向控制制阀要求为中中位常闭型。。同一负载敏感感系统中可以以有多个方向向控制阀和多多个执行元件件，方向控制制阀采用了一一种中位封闭闭的、油口正正遮盖的型式式。这意味着着一旦滑阀处处于中位，液液压泵向系统统提供流量的的入口将被关关闭；同时，，接通油缸的的两个油口也也被关闭。当系统具有多多个执行元件件、多个方向向控制阀时，，还需有一些些梭阀的组合合。梭阀组的的作用是使补补偿器能检测测出系统中最最高压力回路路，然后进行行压力-流量调节过程程。3.3.5恒压／负载敏敏感控制（DRS）(1)即将起动状态态。由于系统统中未建立起起压力，调定定压力为1.4MPa的弹簧迫使压压力流量补偿偿器滑阀推至至左端。在此此位置，液压压泵将在最大大排量下工作作，可向系统统提供最大的的流量。当机器起动、、液压油缸或或马达即将运运转时，液压压泵的流量提提供给方向控控制阀，但是是由于控制阀阀为中位闭式式的，流量被被封闭在泵的的出口与控制制阀的进口之之间。液压泵的流量量同样提供给给补偿器。油油液的压力作作用于压力流流量补偿器滑滑阀的左端，，当油液压力力达到1.4MPa时，压力克服服弹簧的预紧紧力使阀芯向向右移动。在在其右移过程程中，滑阀打打开了一个通通道，于是在在液压泵输出出的压力油进进入斜盘倾角角控制活塞，，克服控制活活塞复位弹簧簧力使液压泵泵内斜盘回程程至一个零排排量附近的倾倾角。系统处处于低压待机机工况。3.3.5恒压／负载敏敏感控制（DRS）(2)正常工作状态态。在方向控制阀阀滑阀移动，，液压泵通过过该阀口向执执行元件供油油时，无论阀阀的开度如何何变化，压力力-流量补偿器滑滑阀均会通过过自身的调节节功能，维持持1.4MPa的恒定压差。。泵自动把输输出压力调整整为负载压力力加补偿器中中的弹簧预紧紧力，同时流流量刚好满足足负载要求。。基于这样一种种原理，可以以获得一个效效率很高的液液压系统。这这种液压系统统仅提供必要要的流量保持持系统泵的输输出压力高于于系统工作压压力1.4MPa。液压泵将自自动调节排量量及工作压力力，满足系统统对不同压力力和流量的需需求。3.3.5恒压／负载敏敏感控制（DRS）(3)高压待机状态态。当液压缸缸的活塞运动动至行程终端端位置时，进进入方向控制制滑阀环槽的的液流被阻止止。控制滑阀阀两侧的压力力趋于相等，，作用于压力力-流量补偿器控控制滑阀两端端的压力也相相等。预调定定的1.4MPa弹簧力将压力力流量补偿器器控制阀芯推推至左端。此此时液压泵的的输出液流再再次处于封闭闭状态，导致致泵压迅速升升至最高压力力阀调定的限限定值，致使使高压补偿器器滑阀克服预预调定的最高高压力弹簧力力移至右端，，高压油通过过该阀通路作作用于斜盘倾倾角控制活塞塞。活塞的运运动使斜盘倾倾角转至排量量近乎为零的的位置。这种种工况称液压压泵的高压待待机状态,直到高压负载载力消除或方方向控制阀回回到中位。3.3.5恒压／负载敏敏感控制（DRS）图3-37DRS控制实例1—DRS变量泵2（2.1、2.2和2.3）—梭阀3—中间封闭型方方向阀4—安全阀5—液压马达6—液压缸3.3.6同步控制变量量机构DP图3-38DP控制职能原理理图1—变量泵2—补偿器3—节流阀4—溢流阀3.3.6同步控制变量量机构DP（1）所有的泵同同步变量；（2）一个先导控控制阀设定所所有泵的恒压压点；（3）所有的泵都都是同样的结结构、同样的的设定、同样样的参数；（4）均匀的负载载分布，提高高泵的使用寿寿命；（5）使用切断阀阀，可以从主主系统中任意意切断或接通通任何一个泵泵；泵主油路路上的单向阀阀可以将该泵泵从系统中隔隔离开。3.3.6同步控制变量量机构DP（1）多台泵采用用一台溢流阀阀，作为可变变液阻，见图图3-38（这与常规液液压泵并联合合流后，必须须用一个溢流流阀来统一控控制压力，各各泵原来的溢溢流阀改为安安全阀是一致致的）。并要要求从油口X到溢流阀4之间的管子应应大致一样长长，保证各泵泵的变量控制制压力尽量一一致。3.3.6同步控制变量量机构DP（2）节流阀3应该是个取压压液阻，节流流产生的压力力被引到恒压压阀的弹簧腔腔，与弹簧一一起构成恒压压阀的开启阻阻力，以增大大泵进入恒压压区运行后的的压力差p。随着泵斜盘盘摆角的逐渐渐减小，节流流阀3的节流开口也也逐渐变小，，液阻增大，，取压压力即即作用于恒压压阀弹簧腔的的液压力逐渐渐增大。可见见，节流阀3的作用及其所所产生的液压压力的变化规规律与在恒压压阀弹簧腔再再增加一个弹弹簧等效。节节流阀3的作用，用来来保证压力补补偿器2弹簧端控制力力的变化，实实际上与泵的的排量成比例例。直径0.7mm的液阻和节流流阀可变液阻阻并联形成压压差p1，在泵排量变变化的时候，，能够改变节节流面积。即即改变p1。排量大，p1减小，排量减减小则p1增大。阀3的开口状态和和变量斜盘的的位置成比例例，确保了每每个泵都能够够处于相同的的工作状态。。阀3起到变量泵在在变量过程中中互不干扰同同步变量的作作用。3.3.6同步控制变量量机构DP（3）所有泵的p1+p2之和不变，