電液比例負(fù)載敏感控制變量徑向柱塞泵工作原理

液壓泵的負(fù)載敏感控制以其對(duì)流量和壓力的復(fù)合控制，使流量和壓力自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載的需求而達(dá)到節(jié)能目的，因此日漸受到重視。

1．徑向柱塞泵工作原理

配流式徑向柱塞泵如圖13所示，新型徑向柱塞泵主要由定子、連桿、柱塞、轉(zhuǎn)子、配油軸及左右兩側(cè)的變量機(jī)構(gòu)構(gòu)成。轉(zhuǎn)子和定子之間存在一個(gè)偏心量，連桿瓦面緊貼定子內(nèi)圓，連桿和柱塞通過(guò)球鉸相連。輸入軸通過(guò)十字鍵帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿一柱塞組件相對(duì)于轉(zhuǎn)子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成吸排油過(guò)程。通過(guò)兩側(cè)的變量機(jī)構(gòu)可以改變定子和轉(zhuǎn)子之間的偏心量，從而改變泵的輸出流量。新型徑向柱塞泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、參數(shù)高、變量形式多樣、壽命長(zhǎng)、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。

2．負(fù)載敏感控制結(jié)構(gòu)及工作原理

(1)負(fù)載敏感控制結(jié)構(gòu)。如圖14所示，負(fù)載敏感控制機(jī)構(gòu)主要由泵出口節(jié)流閥、先導(dǎo)壓力閥和二級(jí)公用閥構(gòu)成。節(jié)流閥和二級(jí)公用閥完成恒流調(diào)節(jié)過(guò)程，先導(dǎo)壓力閥和二級(jí)公用閥完成恒壓調(diào)節(jié)過(guò)程。此種結(jié)構(gòu)由于采用了公用二級(jí)閥，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，實(shí)現(xiàn)較為容易。

(2)流量敏感工作原理。二級(jí)公用閥閥心上腔接節(jié)流閥出口，下腔接節(jié)流聞人口，即泵出口，與節(jié)流閥一起構(gòu)成一個(gè)特殊的溢流節(jié)流閥。在負(fù)載壓力p_L小于先導(dǎo)壓力閥設(shè)定值p_y時(shí)，先導(dǎo)壓力閥不工作。此時(shí)負(fù)載壓力p_L的任何變動(dòng)必將使通過(guò)節(jié)流閥的流量發(fā)生變化，導(dǎo)致節(jié)流閥的前后壓差△p=p_P-pL發(fā)生變化，從而打破了二級(jí)公用閥閥心的平衡條件，使閥心產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，進(jìn)而使定子位置發(fā)生一定的變化，使泵的輸出流量穩(wěn)定在變化之前的流量，因此進(jìn)入系統(tǒng)的流量不受負(fù)載影響，只由節(jié)流閥的開口面積來(lái)決定。泵的出口壓力p_P追隨負(fù)載壓力p_L變化，兩者相差一個(gè)不大的常數(shù)△p，所以它是一個(gè)壓力適應(yīng)的動(dòng)力源。

(3)壓力敏感工作原理。當(dāng)負(fù)載壓力達(dá)到先導(dǎo)壓力閥的調(diào)定壓力p_y時(shí)，先導(dǎo)壓力閥開啟，液阻R后關(guān)聯(lián)兩個(gè)可變液阻——先導(dǎo)閥的閥口和二級(jí)公用閥閥口，液阻R上的壓差進(jìn)一步加大，因此二級(jí)公用閥心迅速上移，使定子向偏心減小的方向運(yùn)動(dòng)，使輸出流量迅速降低，維持負(fù)載壓力近似為一定值，在此過(guò)程中由于先導(dǎo)閥的定壓作用，流量檢測(cè)已不起控制作用。

3．負(fù)載敏感控制的性能

負(fù)載敏感控制過(guò)程主要有流量敏感調(diào)節(jié)過(guò)程和壓力敏感調(diào)節(jié)過(guò)程。

(1)流量敏感特性。由其工作原理可得到閥心的力平衡方程（忽略穩(wěn)態(tài)軸向態(tài)液動(dòng)力），即

p_PA_R=p_LA_R+K(y₀+y)

式中：p_P為泵出口壓力；A_R為二級(jí)公用閥閥心端面積；p_L為負(fù)載壓力；K為彈簧剛度；y為彈簧預(yù)壓縮量。

其增量方程為

△R_pA_R=△p_LA_R+K△y

(△p_P-△p_L)A_R=K△y

從上式可以看出只有在△p_P=△p_L時(shí)閥心才能保持對(duì)中位置，但此時(shí)只能是R上無(wú)壓差，對(duì)應(yīng)狀態(tài)是流量穩(wěn)定狀態(tài)即流過(guò)R的流量為零。只要在流量調(diào)節(jié)狀態(tài)，R上總會(huì)有壓差，增量△p_P總是大于增量△p_L。因此隨著p_P的增大，閥心向上偏移，使泵的偏心距減小?！鱬_P越大，泵的流量偏差也越大。從分析可知，欲提高恒流精度，需減小在液阻R上的壓降，即增大液阻R的尺寸。同時(shí)適當(dāng)提高彈簧剛度也可達(dá)到同樣的效果。

(2)壓力敏感特性。當(dāng)負(fù)載壓力p_L大于等于先導(dǎo)壓力閥調(diào)定壓力聲，時(shí)，先導(dǎo)壓力閥開啟。設(shè)先導(dǎo)壓力閥閥口控制壓力恒定為p_y，在忽略穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力時(shí)，可得二級(jí)公用閥閑心的力平衡方程為

(p_P-p_Y)A_R=(p₁+p₂)A_R=K(y₀+y)

式中：p₁為油液流經(jīng)節(jié)流閥產(chǎn)生的壓降；p₂為油液流經(jīng)液阻R產(chǎn)生的壓降。

其增量方程為

△p=△p₁+△p₂=K△y/A_R

在壓力敏感過(guò)程中，隨著p_P的增大，p₁減小，而p₁增大。因此△p₁為負(fù)，△p₂為正，所以合理選擇R可以獲得最小的恒壓誤差。從增量方程也可看出，減小彈簧剛度K也可提高恒壓精度。

4．負(fù)載敏感控制變量泵應(yīng)用實(shí)例

在某單位研制開發(fā)的負(fù)載敏感控制變量徑向柱塞泵中，應(yīng)用上述原理進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。先導(dǎo)壓力閥、節(jié)流閥均采用比例電磁鐵控制在先導(dǎo)壓力閥中，利用閥心面積差獲得的小液壓力和電磁力平衡，提高了先導(dǎo)壓力控制精度；比例節(jié)流閥采用力反饋控制形式，有效消除了液動(dòng)力等的干擾。在二級(jí)公用閥中，合理設(shè)計(jì)閥心結(jié)構(gòu)，通過(guò)大量計(jì)算、實(shí)驗(yàn)確定彈簧剛度、液阻R的尺寸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖15所示，可看出，新型負(fù)載敏感控制變量徑向柱塞泵控制精度較高。