流体机械调节与控制技术2

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

3.4.11LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制

LRS变量泵是在恒功率控制的基础之上，增加了一台负载敏感控制阀4，其可以起到负载压力的变化与流量控制无关的控制作用。泵仅仅输出液压执行器所需要的流量，泵的输出流量与负载所需流量匹配。输出油口B的压力总是比液压缸处的负载压力高出一设定的压差Δp。泵的输出流量取决于节流阀7（也可为比例阀或者多路阀组）阀口的横截面积，工作压力低于功率控制曲线之下时，泵的流量不受实际负载压力影响。通过负载敏感阀4的调节使节流阀7两端的压差Δp保持为恒定设定值，从而保持泵输出的流量为常值。3.4.11LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制

图3-61LRS控制职能原理图1—A4VSO变量泵2—功率控制阀3—过渡连接板4—负载敏感阀5—溢流阀6—固定节流孔7—节流阀3.4.11LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制

节流阀7两端的压差Δp改变，由孔口或阀口通流截面积的改变引起，例如当负载口压力减小时，会造成节流阀7阀口两端压差增大，使输出流量增大，此时负载敏感阀上腔的压力减小，在泵排油口油压作用下负载敏感阀下位接通，泵变量缸无杆腔与泵排油口接通，使泵向减小排量的方向变化，实现泵的流量适应这种新的条件。溢流阀5和固定节流孔6可实现泵的压力控制。一旦负载压力达到了由溢流阀5设定的压力等级，系统将变为压力控制模式，而不考虑节流阀7的压差。3.4.11LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制①在低压阶段，一般需要大流量以提高效率，此时只有负载敏感控制阀4起作用；②随着工作压力的提高，为了避免泵的功率大到超过原动机功率发生闷车等现象，此时功率控制阀2开始起作用，维持泵的功率为恒定值；③设置了最高的控制压力，避免泵超压损坏，此时泵的流量输出减小，维持泵的排油口压力为设定的安全值，确保安全。因此这种泵的输出特性曲线分为水平的流量调节段、双曲线的功率调节段和垂直的压力调节段三段。在图3-62中，每段之间的切换主要由弹簧力、阀芯面积的相对值和泵的工作压力来确定。3.4.11LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制调节应注意：在设定遥控压力时，其设定值是溢流阀5设定的压力加上在负载敏感阀两端的压差。例如外部压力溢流阀设定值为33.6MPa，负载敏感阀的压差是1.4MPa，则设定的遥控压力为其总和，是33.6MPa+1.4MPa=35MPa。3.4.12LRN型功率控制+液压行程控制

图3-63LRN液压行程控制职能原理图1—A4VSO泵

2—功率控制阀3—过渡连接板

4—先导阀5—先导控制阀6—单向阀7—内部集成单向阀

8—变量控制液压缸9—固定节流口P—控制压力油口PSt—先导压力油口3.4.12LRN型功率控制+液压行程控制

这种型式的变量泵主要由A4VSO泵1、功率控制阀2、先导阀4、先导控制阀5、单向阀6等组成，工作时需要在P口外接控制压力。当P口接入控制压力油时，液压油压力克服控制阀5的弹簧力使控制阀5左位工作，如图3-63所示位置，此时液压油经过控制阀5和功率控制阀2进入变量缸9右腔，推动活塞向减小泵的排量方向移动，直至最小排量位置，有利于空载启动。3.4.12LRN型功率控制+液压行程控制变量泵的排量与在油口pst外加的先导控制压力成正比的增加。这是因为先导阀4的可变节流口和固定节流口9构成了B型液压半桥，这使控制阀5的右腔压力成为可控的。当从Pst油口外加的控制压力增加时，会推动先导阀4阀套移动一定的距离，从而改变了先导阀4的节流口开度，例如先导控制压力增加，先导阀4节流口开度减小，使控制阀5的右腔压力增加，推动控制阀5右位工作，变量控制液压缸8右腔接通油箱，变量控制液压缸左端在压力油的作用下右移，与变量控制液压缸相连的杠杆机构同时带动先导阀4的阀芯也会移动和阀套相同距离，此时先导阀4又会恢复到初始位置，阀口全开，使控制阀5右腔压力降低，控制阀5又回到左位工作，但此时泵最大的排量值发生了变化。

双曲功率控制优先于先导压力信号，将保持预先设定的驱动功率为常值---功率优先。

3.4.12LRN型功率控制+液压行程控制

图3-64LRH控制静态特性曲线a）排量和工作压力的关系b）先导压力和排量的关系最大排量限制最小排量限制3.4.13LR2GN型控控制制（（几几种种控控制制结结合合例例））图3-65LR2GN控制制原原理理图图1——A4VSO主泵泵2——功率率控控制制阀阀3——过渡渡连连接接板板4——用于于遥遥控控的的先先导导控控制制阀阀5——遥控控溢溢流流阀阀6.1——先导导阀阀6.2——先导导控控制制阀阀7.1——单向向阀阀7.2——集成成的的单单向向阀阀XD——用于于遥遥控控压压力力控控制制的的先先导导油油口口p—控制制压压力力油油口口pst——先导导压压力力油油口口3.4.13LR2GN型控控制制（（几几种种控控制制结结合合例例））这种种控控制制方方式式是是双双曲曲线线恒恒功功率率控控制制+液压压行行程程控控制制+遥控控压压力力控控制制，，参参见见图图3-65。在在无无压压条条件件下下的的初初始始位位置置是是排排量量最最小小的的位位置置Vgmin。这这种种控控制制方方式式也也需需要要一一个个外外加加的的控控制制压压力力加加至至油油口口P。控控制制原原理理可可参参考考前前几几节节的的介介绍绍。。3.5压力力、、流流量量、、功功率率（（p、q、P）复复合合控控制制前变变量量泵泵发发展展的的重重要要趋趋势势，，就就是是各各种种形形式式复复合合控控制制不不断断出出现现，，并并朝朝着着系系列列化化、、标标准准化化、、电电子子化化和和专专业业化化方方向向发发展展，，特特别别在在大大功功率率系系统统中中，，复复合合控控制制是是前前述述的的排排量量（（或或流流量量））、、压压力力、、功功率率、、速速度度敏敏感感等等功功能能的的组组合合。。新近近又又多多引引入入压力力切切断断、外外信信号号排排量量控控制制（（正、、负负流流量量控控制制）等等复复合合控控制制。。复合合控控制制给给系系统统简简化化、、节节能能带带来来了了明明显显的的效效益益，，特特别别是是闭闭环环电电液液控控制制变变量量泵泵的的引引入入，，使使控控制制品品质质得得以以进进一一步步提提高高。。3.5.1传统统型型压压力力流流量量复复合合控控制制图3-66传统统型型压压力力流流量量复复合合控控制制变变量量泵泵控控制制油油路路的的优优化化方方案案示示例例一一a）控控制制油油路路b）特特性性曲曲线线3.5.1传统统型型压压力力流流量量复复合合控控制制当仅仅在在恒恒压压控控制制情情况况下下，，P——A相通通，，即即排排量量减减小小的的控控制制过过程程，，变变量量控控制制油油进进入入变变量量缸缸敏敏感感腔腔可可视视为为C型半半桥桥的的控控制制，，适适当当地地降降低低了了控控制制增增益益，，提提高高了了稳稳定定性性，，当当A——T相通通，，即即排排量量增增大大的的控控制制过过程程，，变变量量缸缸敏敏感感腔腔排排出出的的油油液液经经阀阀口口与与R1、R2和R3三者者串串并并联联形形成成的的液液阻阻，，提提高高了了快快速速性性和和稳稳定定性性。。阀受受力力平平衡衡时时，，弹弹簧簧力力=进口口压压力力负载载压压力力=节流流阀阀两两端端压压差差，，这这个个压压差差是是由由流流量量阀阀右右端端的的弹弹簧簧预预先先设设定定好好的的，，是是一一个个常常数数（（标标准准设设定定为为1.4MPa）。。主主泵泵输输出出适适合合负负载载需需要要的的稳稳定定流流量量。。当当负负载载压压力力变变化化等等干干扰扰作作用用时时，，节节流流阀阀口口两两端端压压差差减减小小(或增增大大)，说说明明泵泵的的输输出出流流量量低低于于(或高高于于)输入入信信号号的的对对应应值值，，则则变变量量控控制制系系统统起起作作用用，，增增大大(或减减小小)泵的的排排量量，，使使泵泵输输往往负负载载的的流流量量增增大大(或减减小小)直到到与与期期望望值值相相等等，，其其只只提提供供能能维维持持恒恒定定压压差差所所需需的的排排量量图3-67传统统型型压压力力流流量量复复合合控控制制变变量量泵泵控控制制油油路路的的优优化化方方案案示示例例二二压力力系系统统可可区区分分为为三三种种类类型型：：(1)短管管型型，，主主要要为为硬硬管管，，受受压压液液体体体体积积小小；；(2)长管管型型，，主主要要为为软软管管，，受受压压液液体体体体积积较较大大；；(3)长管管型型并并配配置置蓄蓄能能器器，，受受压压液液体体体体积积较较大大。。为了了对对压压力力系系统统进进行行调调整整，，并并考考虑虑其其稳稳定定性性，，HAVE变量量泵泵的的各各种种不不同同变变量量控控制制器器根根据据不不同同的的压压力力系系统统(液容容)，一一般般都都提提供供了了带带旁旁路路液液阻阻②②（（见见图图3-67）的的油油路路。。在在受受压压容容腔腔较较小小时时，，可可将将旁旁路路液液阻阻调调大大；；在在受受压压容容腔腔较较大大时时，，最最好好将将旁旁路路液液阻阻调调小小一一点点，，以以提提高高其其调调节节精精度度。。如如尽尽管管调调节节了了旁旁路路液液阻阻，，还还是是出出现现振振动动的的话话，，则则可可装装入入一一个个出出流流液液阻阻⑥⑥（（见见图图3-67），，将将减减缓缓泵泵的的振振动动，，起起到到振振荡荡激激励励器器的的阻阻尼尼作作用用。。3.5.2电反反馈馈多多功功能能复复合合比比例例控控制制新型型电电子子泵泵是是最最近近才才几几年年开开发发出出来来的的一一种种新新产产品品,与传统的伺伺服阀和比比例阀控制制的泵相比比，有如下下特点和优优点：1)使用高频响响比例阀取取代比例阀阀和伺服阀阀。2)多种变量控控制取代单单一的流量量控制。3)闭环控制取取代开环控控制，以适适应高精度度的泵控系系统。4)使用数字控控制系统。。5)可以提高控控制精度(由于电反馈馈补偿)。6)可对压力偏偏差和温度度偏差补偿偿。7)动态响应快快，减少压压力超调。。8)流量及功率率调整方便便。9)具有故障诊诊断功能。。10)易与PC和PLC控制结合实实现机电一一体化。3.5.2电反馈多功功能复合比比例控制93.5.2电反馈多功功能复合比比例控制变量泵的压压力和斜盘盘倾角的闭闭环控制，，是通过一一个电控高高频响比例阀2实现的。该该比例阀通通过对变量量控制大缸缸1的控制，决决定斜盘1的位置。泵泵的排量与与斜盘的位位置成比例例。变量控控制小缸3由弹簧5进行预压紧紧，并始终终与泵出口口的压力油油相通。当泵不工作作和控制系系统的压力力为零时，，由于弹簧簧5的作用，斜斜盘保持在在+100%排量（最大大)的位置；当当泵起动后后，如比例例阀8失电，该系系统被切换换到零排量量压力，此此时滑阀9被弹簧10推到初始位位置，而泵泵的压力p经过阀口A作用到变量量控制大缸缸4上。变量控控制小缸3上的泵压与与弹簧5的作用力相相平衡，使使泵的压力力在0.8～1.2MPa之间。这个个基本设定定，是在闭闭环控制电电路不工作作时实现的的(零排量工作，例如如控制电路路不启动））。3.5.2电反馈多功功能复合比比例控制3.5.2电反馈多功功能复合比比例控制VT12350的主要技术术参数如下下:工作电压：：DC24V输出电压：：±25V；25mA输出电流:最大3.8A模拟输入：：±10V或者4~20mA数字输入：：log0:0~5V；log1：>15V串口：RS485或RS232允许的环境境温度：0~+50°C储存温度范范围：－20~+70°C3.5.2电反馈多功功能复合比比例控制图3-69位移传感器器原理3.5.2电反馈多功功能复合比比例控制3.5.2电反馈多功功能复合比比例控制图3-71电子泵的输输出特性曲曲线3.5.2电反馈多功功能复合比比例控制l)变量泵的压压力、斜盘盘倾角、功功率等参数数的复合闭闭环控制，，是通过一一个电控比比例阀来实实现的，不不像常规的的那样，每每个参数的的控制对应应一个变量量控制阀。。电控泵控控制信号的的处理完全全由电控器器完成，这这是其重要要的优势。。2)在同一个时时刻，系统统只能对其其中的一个个参数(或压力，或或倾角，或或功率特性性曲线的曲曲率)进行精确控控制，而其其他两个参参数则低于于给定的指指令值。3.5.2电反馈多功功能复合比比例控制3)需要增大斜斜盘倾角(增大流量)时，阀芯9需偏离中间间位置，使使变量控制制大缸4通过比例阀阀阀口A—T通道，放出出部分油液液；当需要要减小斜盘盘倾角时，，控制油经经过比例阀阀阀口P—A通道，补充充进入变量量控制大缸缸4，一旦到达达工作点，，比例阀阀阀芯9就被保持在在中间位置置。也就是是说，包括括这里使用用的比例阀阀在内，所所有的变量量控制阀是是连续控制制阀，即阀阀芯位置将将随输入信信号变化而而无级变化化，所有控控制阀都有有中间位置置，尽管有有些原理图图并没有画画出这个中中间位置。。4)这种闭环变变量泵的先先导控制油油，可以来来自泵自身身(自控)，也可以来来自泵外部部(它控)，当泵不工工作及控制制系统的压压力为零时时，由于弹弹簧5的作用，斜斜盘保持在在+100％(排量最大)的位置。3.5.3LR2DF型压力+流量+功率复合控控制图3-72压力流量功功率复合控控制变量泵泵和其特性性曲线a）职能原理理图b)特性曲线压力流量功率3.5.3LR2DF型压力+流量+功率复合控控制如图3-72所示复合变变量泵中，，恒流控制制部分采用用传统的方方式，即以以主油路上上节流阀前前后的压差差变化，作作为恒流阀阀q的驱动力。。其次，在在恒压、恒恒流与恒功功率的复合合控制中，，恒功率功能能优先于恒恒压与恒流流功能。从控制方方式看，控控制油引自自泵的排油油口，属于于自供式，即在泵未未起动的原原始状态，，依靠弹簧簧力使变量量缸处于排量最大位置。同时时3个变量控制制阀在原始始状态时，，也要能保保证变量缸缸敏感腔(大腔)的油液，能能在弹簧力力作用下排排往油箱。。在图3-72中节流阀G视为负载。。与恒压阀阀A—T阀口并联的的液阻R，与图3-66（DFR型变量泵））的液阻R1有类似的功功能。3.5.3LR2DF型压力+流量+功率复合控控制1)原动机未起起动的原始始状态p、q和P三个功能阀阀（见图3-72）均处于弹弹簧位，即即p（压力）阀为右位，，q（流量）阀为下位，，P（功率）阀为左位。。由于变量量缸大腔(敏感控制腔腔)油液，在前前次运行停停车后可经经B3、并联的液液阻R和p阀A—T口至B2，P阀A—T口，q阀A—T口至B4卸压。所以以，在弹簧簧作用下变变量机构处处于排量最大位位置。p，q，P三阀分别设设定pi，qi及Pi值，如图3-72b。而负载节节流阀G基本全开。在以下的的讨论中，，以关小、、开大G阀的开口，，来体现负负载压力的的升高、降降低(恒流段)或负载所需需流量的变变小、增大大(恒压段)。3.4.10LRGF型恒流量+恒功率+远程调压控控制2)A1—A2段泵一一起动，将将运行于低低压、最大大流量的A1点。适当关关小G阀，增大一一点负载压压力，变量量泵将很快快转移到A2点运行。在在此段由于于负载压力力较低，远远未达到p阀及P阀的调定值值。对于高高于A2点(q=qi)的流量均大大于调定值值，取出的的信号节流流阀前后压压差大于预预定值，致致使q阀处于上位位工作。泵的的排油口压压力油经q阀、P阀左位，B2点，并联的的R与p阀右位T—A阀口，至B3并进入变量量缸大腔，，使泵流量量减小至A2点后，泵运运行于相对对稳定点。。3.5.3LR2DF型压力+流量+功率复合控控制图3-72压力流量功功率复合控控制变量泵泵A1-A2段压力流量功率3.5.3LR2DF型压力+流量+功率复合控控制3)A2—A3段到了了A2点后，如不不断关小负负载节流阀阀G，则泵的负负载不断升升高。在这这个过程中中，由于泵泵内部泄漏漏量的增大大，使实际际输出流量量小于q阀的设定值值；恒流阀阀的敏感压压力使q阀切换成下下位，变量量缸中的部部分油液经经B3、B2、q阀下位和B4点回油箱，，以增大泵泵的排量，，补偿由于于压力升高高引起内泄泄漏增加带带来的实际际供往负载载流量的降降低，保持持供往负载载流量不变变(与输入信号号相对应)。3.5.3LR2DF型压力+流量+功率复合控控制图3-72压力流量功功率复合控控制变量泵泵A2-A3段压力流量功率3.5.3LR2DF型压力+流量+功率复合控控制4)A3—A4段到了了A3点，若进一一步关小负负载节流阀阀G，泵将沿A3—A4段恒功率曲曲线运行。。因为到A3点时，pq已经达到恒恒功率线，，此时P阀处于临界界状态。进进一步关小小负载节流流阀G，亦即负载载压力增大大时，pq值超过设定定的P值，P阀动作成右右位。这样样一来，一一方面压力力油经Bl、P阀右位P—A通口至B2，经并联的的R和p阀右位T—A阀口至B3，从而进入入变量缸大大腔，使流流量减小。。另一方面面，由于P阀处于右位位，切断了了q阀通过P阀的T—A阀口对变量量缸大腔的的控制作用用，尽管此此时由于流流量低于q1(上述压力油油通过P阀进入变量量缸大腔所所致)，q阀处于下位位。实际上上此时泵出出口压力控控制油经B5和R1后，在B4点通油箱。。而原来使使排量增大大的P阀T口至q阀A口段，也于于B4点通油箱。。由于R1的降压作用用，经R1的先导油流流量是很小小的。总之之，在A3—A4段，p阀未打开，，q阀与变量缸缸敏感腔的的联系被P阀切断，只只有P阀在起调节节作用。3.5.3LR2DF型压力+流量+功率复合控控制图3-72压力流量功功率复合控控制变量泵泵A3-A4段压力流量功率3.5.3LR2DF型压力+流量+功率复合控控制(5)A4—A5段到了了A4点，若进一一步关小负负载节流阀阀G，由于达到到p阀调定值，，p阀起作用而而切换成左左位。压力力油直接经经p阀P—A口进入变量量缸大腔，，使泵流量量减小。由由于此时负负载节流阀阀G工作于定压压差之下，，关小负载载节流阀阀阀口就意味味着负载所所需流量减减小，p阀必须工作作于左位(供给流量大大于负载所所需流量时时，泵出口口压力将升升高)。很显然，，此时pq<P，所以P阀处于左位位而不起作作用。由于于q<qi，q阀总是处于于下位。这这样从p阀来的压力力油，在进进入变量缸缸大腔以适适应负载所所需流量不不断减小的的趋势(不断关小节节流阀G的开度)时，在B3点分流了一一小股液流流经R、P阀A—T阀口，q阀A—T阀口至B4而流回油箱箱。同时，，仍然有一一股来自负负载口的油油液经R1与之合流。。综上，在A4—A5段对控制敏敏感腔而言言，仅仅p阀对其起作作用，实现现恒压功能能。3.5.3LR2DF型压力+流量+功率复合合控制图3-72压力流量量功率复复合控制制变量泵泵A4-A5段压力流量功率3.5.4压力流量量功率复复合控制制变量泵泵的压力力切断和和正负流流量控制制图3-73带压力切切断、液液控变量量的恒功功率控制制泵a）负流流量控制制b）正流量量控制3.5.4压力流量量功率复复合控制制变量泵泵的压力力切断和和正负流流量控制制1）恒功率率功能参参见见图3-73，恒功率率控制部部分与前前面的讲讲述相似似，阀①①为恒功功率阀，，其恒功功率关系系式为pAa=Fb（p为泵的出出口压力力；A为通压力力油的反反馈杆底底部面积积；a是变量缸缸位移；；F是功率输输入信号号；b是拐臂长长度）。。3.5.4压力流量量功率复复合控制制变量泵泵的压力力切断和和正负流流量控制制2）压力切切断功能能图图3-73a中阀②为为压力切切断阀，，主要功功能是对对系统进进行过压压保护，，并消除除过载时时的溢流流损失。。与系统统安全阀阀类似，，它的调定值一一般比系系统正常常运行压压力高l0％左右。由于故故障或其其他原因因，当系系统压力力达到或或超过切切断阀的的调定值值时，阀阀开启，，泵排油油口的压压力油经经过P—A流道进入入变量缸缸敏感腔腔(大腔)，即大小小腔都接接入泵出出口压力力油，但但由于变变量缸大大小腔面面积比大大致为2：l，泵立即即将排量量降到零零位附近近，只输输出补偿偿内部泄泄漏维持持压力所所需的小小流量。。需要注注意的是是，压力力切断功功能不能能等同于于恒压调调节泵功功能。压力切断断功能，，是一种种保护性性功能，，只要泵泵的压力力达到切切断压力力，泵很很快就将将流量降降到零位位附近，，不会根根据负载载的需要要，停留留在最大大流量与与最小流流量之间间的任意意点运行行。3.5.4压力流量量功率复复合控制制变量泵泵的压力力切断和和正负流流量控制制图3-73带压力切切断、液液控变量量的恒功功率控制制泵a）负流流量控制制b）正流量量控制3.5.4压力流量量功率复复合控制制变量泵泵的压力力切断和和正负流流量控制制３）负流流量控制制功能负负流流量控制制与正流流量控制制指的是是两种由由外加液液压信号号对泵排排量进行行的控制制。如图图3-73a所示，ＸＸ1油口引入入外加控控制信号号。当达达到阀③③的调定定值时，，先导控控制油将将通过阀阀③的P—A通路，进进入变量量缸敏感感腔，从从而使排排量减小小。减小小的量与与外控信信号成比比例。这这种随着着外加信信号增大大，流量量相应减减小的流流量控制制就称负负流量控控制。相反，如如图3-73b所示，从从Ｘ1油口来的的外加信信号作用用在阀③③的另一一端，外外加信号号达到调调定值时时，打开开阀③的的A—T通道，使使排量增增大，就就称为正正流量控控制。容积调节节变量泵泵有以下下若干要要点容积调节节变量泵泵有以下下若干要要点1)变量泵的的控制本本质上是是位置控控制系统统，分别别针对泵泵的输出出参数p、q和P进行的调调节，都都是依靠排量量的变化化来适应应功能的的要求。。