流体机械调节与控制技术n

主讲吴晓明24学时机电控制工程（24学时）Dr.吴晓明1.1简述液压变量泵及变量马达能在变量控制装置的作用下能够根据工作的需要在一定范围内调整输出特性，如：恒流控制、恒压控制、恒速控制、恒转矩控制、恒功率控制、功率匹配控制等。采用变量泵实现容积控制。使用变量泵进行位置和速度控制时，能量损耗最小。正确地使用和调节泵的流量，可使其只排出满足负载运动速度需要的流量，而使用定量泵时只有部分流量供给负载，其余的流量需要旁通至油箱。为了在不增加管路阻力的条件下提高液压马达的速度，也有必要为减少液压马达的排量而采用变量马达。1.2三大类泵的变量调节叶片式齿轮式柱塞式齿轮泵叶片泵径向柱塞泵轴向柱塞泵外啮合齿轮泵内啮合齿轮泵圆弧齿轮泵螺杆泵单作用式双作用式偏心缸式偏心轴式斜盘式斜轴式定量定量定量定量定量/变量定量定量/变量定量/变量定量/变量定量/变量蜗轮齿轮泵排量类型型式模型样式容积排量表1-1三大类泵的主要应用现状1.3容积调节液压变量泵（马达）的基本工作原理容积泵的基本工作原理：形成若干个密封的工作腔，当密封工作腔的容积从小向大变化时，形成部分真空、吸油；当密封工作腔的容积从大向小变化时，进行压油（排油）。容积液压马达的基本工作原理：形成若干个密封的工作腔，进油时，密封工作腔的容积从小向大变化；排油时，密封工作腔的容积从大向小变化，其输出是转矩和转速。容积式液压泵正常工作的必备条件是：具有密封容积（密封工作腔）；密封容积能交替变化；具有配流装置。其作用是保证密封容积在吸油过程中与油箱相通，同时关闭供油通路；压油时与供油管路相通，而与油箱切断；吸油过程中油箱必须与大气相通。1.4单作用叶片泵工作原理图1-1单作用叶片泵工作原理1—转子2—定子3—叶片1.4单作用叶片泵工作原理定子的内表面是圆柱面，转子和定子中心之间存在着偏心，在转子转动时的离心力以及叶片根部油压力作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，于是，两相邻叶片、配流盘、定子和转子便形成了一个密封的工作腔。当转子按图1-4所示方向旋转时，右侧的叶片向外伸出，密封工作腔容积逐渐增大，产生真空，油液通过吸油口5、配流油盘上的吸油窗口进入密封工作腔；而在左侧，叶片往里缩进，密封腔的容积逐渐缩小，密封腔中的油液排往配流油盘的排油窗口，经排油口1被输送到系统中去。要实现变量，只要改变定子和转子间的偏心距的大小，实际上就是改变了泵的工作容积，从而形成了变量叶片泵。1.5流量控制系统的分类(1)阀控(节流调速)系统定量泵与各种控制阀配合进行调速控制。其特点是响应快，可进行微小流量调节，但能量损失大，效率低，多用于小功率场合。(2)泵控(容积调速)系统由各种变量泵与相关变量控制阀配合进行调速控制，其特点是能量损失小，效率高，并能实现多种功能的复合控制，如恒压、恒流、p+q+P（P—功率）等；尽管响应速度较慢，但已能满足大部分工业应用的要求。(3)变转速控制通过改变变频电动机的转速，来改变定量泵的输出流量。与常规的阀控、泵控系统相比，其基本特点是，既有泵控系统节能的特色，又接近阀控系统的快速性。目前，主要是受到定量泵可能的最低转速(小流量区)和最高可能转速(大流量区)的限制，以及大功率变频器可靠性与经济性的制约。1.6容积调节变量泵的分类按外部操纵方式手动，机动，电动，液动，电液控制属于外加信号控制变量按调节方式排量，压力（恒压），流量（恒流），恒功率，各种复合控制泵的基本参数按一定规律自动实现变化按适应性控制功率匹配，负载敏感，负载适应包括与负载的适应，与原动机的适应1.7典型的液压变量泵（马达）的变量调节方式开式回路还是闭式回路液压式或机械式直动式或先导式定位和可调式开环(无反馈式)机械—手动式电气—机械式1.7典型的液压变量泵（马达）的变量调节方式机械—液压式电气—液压式液压—液压式闭环(有反馈式)液压—机械式液压—电气式2.1液压桥路和泵源阀控系统的理论半桥的基本类型：液压半桥是一个实用意义较大的桥路，从工程实用出发，可将液压半桥归纳为三种基本类型。A型：是输入与输出均为可变液阻，且受同一输入控制信号的差动联控；B型：是输入为固定液阻，输出为受输入信号控制的可变液阻；C型：是与B型相反，输入为可变液阻，输出为固定液阻。2.2三种液压半桥p0q0ypqpRqR∑Fp0q0ypqpRqRp0q0ypqpRqR∑Fp0q0ypqpRqR2.2三种液压半桥p0q0ypqpRqR∑Fp0q0ypqpRqR2.3三种基本液压半桥的结构2.2三种液压半桥的特性曲线2.3.3种液压半桥构成的基本原则先导液桥是由液阻构成的无源网络，需要外部压力源(来自主控制级或外部油源)供油。(1)两个液阻中，至少有一个可变液阻(液阻可看成是多个液阻并串联后的当量液阻)；(2)可变液阻的变化必须受先导输入控制信号的控制，输入控制信号可以是手动、电液比例、电动、液动和机动等多种方式；(3)先导半桥的输出控制信号从两个液阻之间引出；(4)液压半桥可以并联；(5)液压半桥可以是多级的，前一级半桥的输出往往就是次级液桥的输入。2.4滑阀式液压放大器2.5直接位置反馈比例排量调节机构xQLpcAcxvpyFLKsBcmAhLqvccQKxKp0ddddcLceVpyQAtt22ddddcchLcsyypApAFmBKytt02320002222221s()ss1sqcvhLcceccccscseccecceccKKVXPAFAAYVmmKBVBKKVKKAAAAAA3.1比例控制排量调节泵3.1.1直接控制—直接位置反馈式排量调节(1)稳态时变量活塞和先导阀芯的位移相等；(2)变量活塞的响应速度，取决于先导阀的输出流量；(3)先导阀芯的通流面积是（y-x）的函数，所以总是在开口量很小的情况下跟踪（如图3-1所示，y为先导阀芯位移，x为变量活塞位移）；(4)先导阀口零位附近的流量增益和压力增益，决定这种方式的响应性能。3.1.1位移直接反馈型3.1.1位移力反馈型先导级的位移输入由比例电磁铁给出，先导级的力平衡方程决定阀口开度，先导阀口流量的积分决定变量活塞的位移，此位移通过反馈弹簧使先导阀口关闭，使变量活塞定位在一个新的位置上。3.1.1A4V泵的双向变量调节先导液压控制（HD）、手动液压伺服控制（HW）、凸轮液压伺服控制（HK）和电液比例控制（EL）3.1.2DG控制这种控制方式是籍助于连接控制口X的外部切换控制压力，使泵可以被设定到最大斜盘倾角，这种变量方式只能在最大排量Vgmax和和最小排量Vgmin之间切换泵的排量。在X口的切换压力pst=0MPa对应最大排量输出Vgmax，在X口的切换压力pst≥5MPa则对应最小排量Vgmin输出。3.1.3HD控制3.1.3HD控制这种控制装置由一台控制阀和变量控制缸组成。用先导控制压力来控制泵的排量，在X1孔口接先导控制压力，泵的排量与先导压力成正比。其控制原理是典型的三通阀控缸直接位置反馈原理。控制油口X1的压力作用在控制阀阀芯的左腔，推动阀芯向右移动，控制阀左位工作，来自系统的压力油经阀口进入控制缸的右腔推动变量活塞杆左移，使泵的排量增大，随着变量缸活塞杆的左移，与活塞杆连接的反馈杆使控制阀的弹簧压缩，弹簧力增加，推动滑阀阀芯右移使控制阀口开度减少，直到与驱动力平衡，阀口关闭，泵的排量因此确定在一个与控制压力成比例的位置。3.1.3HDG控制3.1.3HDG控制HD.G控制的工作原理是，当泵的出口压力未达到远程溢流阀的设定值时，泵的排量随控制压力成比例变化。当泵的出口压力达到远程溢流阀的设定值时，溢流阀卸荷，排量控制缸右端相当于接通油箱，控制缸右腔压力降低，压力油推动控制缸使泵降到最小排量。此时泵保持恒压状态，即恒定在远程溢流阀设定的压力下。远程溢流阀（1）可实现泵输出压力的远程遥控，改变远程溢流阀的压力调节旋钮可改变设定系统压力值，泵的输出压力不会超过远程溢流阀的压力设定值。3.1.4CY泵伺服变量控制机构3.1.4CY泵伺服变量控制机构泵输出的压力油由通道经单向阀a进入变量机构壳体的下腔d，液压力作用在变量活塞4的下端。当与伺服阀阀芯1相连结的拉杆不动时，变量活塞4的上腔g处于封闭状态，变量活塞不动，斜盘3在某一相应的位置上。当使拉杆向下移动时，推动阀芯1一起向下移动，d腔的压力油经通道e进入上腔g。由于变量活塞上端的有效面积大于下端的有效面积，向下的液压力大于向上的液压力，故变量活塞4也随之向下移动，直到将通道e的油口封闭为止。变量活塞的移动量等于拉杆的位移量、当变量活塞向下移动时，通过轴销带动斜盘3摆动，斜盘倾斜角增加，泵的输出流入随之增加；当拉杆带动伺服阀阀芯向上运动时，阀芯将通道f打开，上腔g通过卸压通道接通油箱，变量活塞向上移动，直到阀芯将卸压通道关闭为止。它的移动量也等于拉杆的移动量。这时斜盘也被带动作相应的摆动，使倾斜角减小，泵的流量也随之相应地减小。3.15EP控制3.15EP控制输入的电流所产生的电磁力使比例阀产生一个与输入电流成正比的开度，这样就有液压油通过打开的阀口进入变量活塞的无杆腔，变量活塞产生位移，使泵的排量增加，活塞位移通过反馈杆又作用在比例滑阀右侧的阀芯弹簧上，使弹簧被压缩，所产生的弹性力与滑阀比例电磁铁所产生的电磁力相互平衡，阀口关闭，这样滑阀阀芯在新的位置平衡，此位置对应泵的一个排量值。随着控制电流的增加，泵的排量增加。输入电流与泵的排量成比例。3.1.6位移力反馈排量调节当采用液压力作为输入信号时，控制压力既可以引自外控油源，也可以引自变量泵的出口，并经减压阀与比例压力阀串联油路分压(见图)。这一种控制方式的输入信号就是比例压力阀的控制电流，所以也称为电控变量泵。但就控制原理而言，仍是位移力反馈式排量调节原理，只是输入信号经过电流压力转换而已。主编：……撰稿教师：……（以姓氏为序）制作：……责任编辑：……电子编辑：……