流体机械调节与控制技术2

主讲吴晓明24学时机电控制工程（24学时）Dr.吴晓明3.4恒功率控制流量乘以压力代表功率，pq=常数的双曲线(q为泵的体积流量)就是恒功率曲线。但在大多数情况下，系统中的泵均在较恒定的转速下运转，且泵的容积效率较高，因此常用pV=常数(V为泵的排量)，即恒转矩来代替恒功率。恒功率泵是一种具有双曲线特性的功率控制泵，即泵的输出功率在负载压力或负载流量变化时保持常数。恒功率控制调节泵的排量依赖于工作压力，因此给定的驱动功率在恒速驱动速度下是不会超出的。由于具有精确的双曲线控制特性的控制，这种泵提供一个最优的可获得的功率的利用。3.4.1LR型恒功率控制恒功率变量泵主要由变量控制阀，变量缸和变量杠杆组成。如果这种泵用于开式回路，一般其泵变量的动力来自本身的排油口压力，属于自控式变量。变量缸的原始位置处于排量最大位置，此时变量阀处于原始的右位，大变量缸3与油箱相通。中间的垂直活塞4依靠来自泵排油口的油压，将其头部顶在90度杠杆5的水平杆上，杠杆5的几何长度分别为a和b。在活塞移动时垂直活塞4可以左右移动，其离开原始位置的距离a，就表示泵排量的大小。垂直活塞底部作用着泵的排油口压力p。3.4.1LR型恒功率控制图3-41LR控制变量泵原理图M—测压油口（堵死）A—压力油口S—吸油油口G—测压油口（堵死）R—泄漏油口(堵死)T1、T2—回油油口（堵死）M1—测压油口（堵死）油口1—变量控制阀2—小变量缸3—大变量缸4—垂直活塞5-杠杆带p+x反馈的功率调节泵现场可调的功率调节泵3.4.1LR型恒功率控制其工作原理是：当泵功率未达到调定的恒功率值时，p、A和a的乘积（力矩）小于输入的Fb（F为弹簧设定值产生的弹性力），变量阀1处于右位，排量最大，此时泵输出最大的排量。假如工作压力超过了弹簧的设定值，即当pAa大于Fb时，作用在90度杠杆5上的顺时针力矩大于逆时针力矩，缸杆使变量阀芯移动，压力油进入大变量缸2，使排量有所减少，在摇杆处的杠杆长度被减小，直至重新回到逆向力矩等于小于顺向力矩的状态。工作压力可以按排量减少的量的相同比例增加，使驱动功率不会被超过，从而保持泵的输出功率为常数。变量到位时，变量阀处于中位（图上未画出），大变量缸油口封闭，变量泵处于某稳定点。3.4.2LR3遥控恒功率控制图3-43LR3调节原理职能原理图3.4.2LR3遥控恒功率控制a）b）图3-44LR3静态特性曲线a）特性曲线b）先导压力和功率之间的关系LR3可以通过油口XLR接入外部先导压力pp，加至功率阀的弹簧腔，可对泵输出的功率进行遥控调节，改变先导压力pp可以使泵的功率特性曲线向右上平移。控制原理同上，改变先导压力相当于改变了弹簧的设定值。这种变量泵在无压的初始位置是排量最大(Vgmax)。3.4.3LR.D带压力控制的恒功率控制图3-45LR.D调节原理职能原理图352压力控制恒功率控制变量起始点工作压力p/MPaVgminVgmax排量0压力设定范围图3-46LR.D静态特性曲线压力控制优先于功率控制3.4.3LR.D带压力控制的恒功率控制压力控制阀的可变阀口与固定节流孔5组成了一个C型半桥，用来控制变量泵活塞腔的压力。在无压工况，泵处在排量最大Vgmax的初始位置。这种控制方式，压力控制优先于功率控制，也就是在工作压力低于设定压力情况下，变量泵变量控制装置跟随功率控制功能。一旦泵的输出压力达到了压力控制设定值，此时压力阀4下位工作，泵出口压力油经阀口进入变量活塞的右腔，使泵的排量减少，泵进入压力控制模式，并仅仅输送所需要的流量来保持这个压力。一般这个压力有一个设定范围，标准的设定值为35MPa。也就是如果工作压力不超过35MPa，为恒功率泵，一旦压力超过了35MPa，就为恒压泵，其输出特性曲线参见图3-46。其中功率变量的起始点由功率控制阀2的弹簧调定，最高的工作压力由压力阀4的弹簧调定。3.4.4LR.G带遥控压力控制的恒功率控制图3-47LRG控制职能原理图1—变量泵主体2—功率控制阀3、6—固定节流孔4—压力控制阀5—遥控压力溢流阀图3-48LRG控制静态特性曲线3.4.4LR.G带遥控压力控制的恒功率控制固定节流孔6与压力溢流阀5的可变节流口一起构成B型半桥，改变压力溢流阀的设定压力就可调整压力控制阀4的弹簧腔的压力。一旦系统压力控制级别溢流阀设定值加上压力控制阀4的阀口的压差达到，泵就会进入压力控制模式，可以通过改变压力溢流阀调控压力，实现远程压力遥控。注意，对于遥控压力的设定值是单独的溢流阀设定值加上在压力控制阀阀口两端的压差Δp之和。例如，外部的压力溢流阀设定值是33MPa，控制阀阀芯两端的压差是2MPa，遥控压力的改变值为33+2=35MPa。3.4.5LR•M型带行程限制器的恒功率控制图3-49LR•M控制职能原理图工作压力pVgminVgmax排量0图3-50LR•M控制静态特性曲线3.4.5LR•M型带行程限制器的恒功率控制LR•M型带行程限制器的恒功率控制原理见图3-49，它是在原恒功率控制变量泵的基础上增加了机械行程限制器8，这种型式的变量泵除了功率控制功能之外，通过调节一个机械限位螺钉可以无级地限制泵的最大排量Vgmax，调整行程限位螺钉时必须在无压的条件下进行。这种变量泵在无压条件下的初始位置仍然是最大排量Vgmax位置。行程限制器的调整排量设定范围为0%~Vgmax%（最大可以到104%Vgmax），标准设定通常是Vgmax。见图3-50，改变机械行程限位器的设定，会使静态特性曲线横轴的最大排量值发生改变。3.4.6LR•Z型液压两点恒功率控制图3-51LR•Z液压2点控制1—主泵2—功率控制阀3—换向阀4—辅助泵3.4.6LR•Z型液压两点恒功率控制这种控制方式泵的原理见图3-51，是在原有恒功率控制泵的基础上增加了一台换向阀3和辅助泵4组成。具有这种控制方式的泵，在泵重新起动时，可以减少起动转矩，通常需要外部的先导控制压力。此泵初始位置是无压条件下(油口Rkv无压)排量处在最大位置。在功率控制和压力控制时，油口Rkv必须接油箱。Rkv油口加压引起控制装置朝着排量变小方向调节。若将油口Rkv卸载到油箱，能使泵执行LR2(3)恒功率控制功能。很显然，这需要在起动时接通外控先导压力。Rkv接通压力油后，使泵的排量最小，有利于泵电动机顺利起动，一旦起动过程结束，就应该是油口Rkv回油箱。3.4.7LR•Y型具有内部先导压力的电气2点恒功率控制图3-52LR•Y型控制职能原理图1—主泵2—功率控制阀3—电磁换向阀4—连接板这种控制方式的泵是在原恒功率控制的基础上增加了一台电磁换向阀。在无压和电磁换向阀通电的条件下泵处在其初始点位置，这时泵输出最大排量。当电磁换向阀不通电时，泵起动后，一旦工作压力接近大约0.4～1MPa时，泵的斜盘就朝着最小排量Vgmin方向摆动，输出流量接近于零，容易起动。一旦电磁换向阀通电，泵则工作于恒功率控制模式。3.4.7LR•Y型具有内部先导压力的电气2点恒功率控制3.4.8LRH1型带液压行程限制器的恒功率控制图3-53LRH1型控制职能原理图1—主泵2—功率控制阀3—变量控制缸4—排量反馈杠杆5—先导排量控制阀工作压力pVgminVgmax排量0负排量控制功率优先3.4.8LRH1型带液压行程限制器的恒功率控制这种变量控制方式的泵是在原恒功率控制基础上，增加了先导排量控制阀5和排量反馈杠杆4。这种控制需要一个外部的先导控制压力加到X1油口。液压行程限制器可用于在整个控制范围内，连续地改变或限制泵的排量，泵的排量大小由先导压力决定，先导压力pst最高为4MPa，先导控制压力通过油口X1引入。控制压力增加，先导排量控制阀5左位与压力油路接通，液压油经功率控制阀2通往变量缸，使最大排量减小。负流量控制方式:即随着控制压力的增加，最大的排量设定值减小。3.4.8LRH1型带液压行程限制器的恒功率控制泵排量减少的同时，通过排量反馈杠杆4，使先导排量控制阀5的阀芯向左移动，关闭进入到泵排量控制缸3大端的油口，使主泵1的排量为一调定值。减小的排量值与控制压力成正比。这种控制方式中功率控制优先于液压行程限制器控制，例如，在双曲功率控制曲线以下，排量由先导压力控制，当一个设定的流量或者负载压力超过了功率曲线，功率控制优先沿着双曲特性曲线减少泵的排量。3.4.8LRH1型带液压行程限制器的恒功率控制图3-55LRH1控制先导压力与排量之间的关系3.4.8.1LRDH控制图3-56LRDH1控制职能原理图LRDH控制增设的压力切断阀2设定了主泵的最高压力，一旦系统压力超过了压力切断阀2左边弹簧的设定压力，压力油通过压力切断阀2和功率控制阀3进入到变量缸4的大腔，推动变量缸4左移使泵排量减小。3.4.9LRF型恒流量控制+恒功率控制图3-57LRF控制职能原理图XF—流量控制先导压力油口M1,M2—控制腔压力测量油口S—吸油口B—压力油口1—A4VSO液压泵2—变量缸3—功率控制阀4—流量控制阀5—外接可变节流阀6—固定节流孔工作压力p流量qV0恒功率优先3.4.9LRF型恒流量控制+恒功率控制泵的流量取决于外接可变节流阀5阀口的通流面积，通常阀5安装在泵和液压缸之间。这种控制方式使得在功率控制曲线之下和在泵的控制范围内泵的输出流量实质上不受负载压力的支配。节流阀口的断面面积决定了泵的流量。流量控制阀4检测阀口前后压降并保持压降（压差Δp）为常数，因此可以控制流量。当泵的输出流量与输入信号对应时，流量控制阀处于中位。如果出现干扰，例如负载压力升高使实际输往负载的流量减少，则在与输入信号对应的节流阀口过流面积不变的情况下，在节流阀处产生的压降要比正常压差小，造成变量控制阀4两端受力不平衡而使阀芯右移，即流量控制阀4右位工作，使泵的排量增大，直至通过节流阀5的流量重新与输入信号对应，变量控制阀重新回到中位。。3.4.9LRF型恒流量控制+恒功率控制外接可变节流阀5阀口和固定节流孔6组成了C型半桥，用于控制流量控制阀弹簧腔的压力。随着压差Δp的增加，泵的斜盘向减小排量方向摆动，反之，假如Δp降低，泵的斜盘向排量增加的方向摆动，直到滑阀重新平衡为止。阀口的压差用公式计算。作用在流量控制阀4上的标准Δp设定值接近1.4MPa，推荐的范围是1.4～2.5MPa。由图3-58可以看出，外接可变节流阀5阀口的压差变化，会使特性曲线右端垂直部分沿横轴左右移动3.4.10LRGF型恒流量+恒功率+远程调压控制图3-59LRGF控制结构简图及泵的工作原理1—流量控制阀2—恒压控制阀3—恒功率阀4—电磁换向阀5—远程调压阀6—可变节流阀控制的优先权依次是压力、功率、流量3.4.10LRGF型恒流量+恒功率+远程调压控制这种控制方式具有远程压力控制、待命控制、恒功率控制和流量控制功能，控制的优先权依次是压力、功率、流量。流量控制阀1的作用是维持阀6的前后压差为一个恒定值，通常为1.4MPa。根据流量压力公式，如阀6的压差恒定，则流量恒定。改变节流孔的大小，就可以改变流量。恒功率阀3优先于流量控制阀动作。如果压力改变，导致流量×压力超过恒功率阀设定的功率，则流量控制阀不起作用，恒功率阀调整流量，保持流量×压力＝恒定值。流量控制阀则处于右位，不起作用。恒压控制阀2又优先于恒功率阀3动作。当泵出口压力达到设定值时，该阀处于左位，直接把泵的排量减到最小，减少过载时的功率消耗，此时流量控制阀1和恒功率阀2都不起作用。3.4.10LRGF型恒流量+恒功率+远程调压控制图3-60LRGF双弹簧功率控制静态特性曲线3.4.10LRGF型恒流量+恒功率+远程调压控制1）定流量段(a—b)当负载压力pc低于恒功率阀3的开启压力时，阀3处于关闭状态，无流量通过，即qf=0。流量控制阀1的阀芯两侧压力p0=pc，在弹簧力的作用下处于右位，变量缸中的压力pd=0，此时变量机构推动泵的斜盘处于最大倾角（由调节排量限位螺钉来调定)，泵处于定量工作段。3.4.10LRGF型恒流量+恒功率+远程调压控制2）恒功率段(b—c—d)当负载压力升高到pc，能克服恒功