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1、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,A10DFR型复合变量泵,A10DFR型复合变量泵外形图,A10DFR型控制阀组,DFR柱塞,配流盘,滑靴,缸体,缸体,3.6.1 MA型手动变排量控制,这种变量控制方式是通过手轮对泵进行无级排量调节，其结构最为简单。这种类型的变量泵一般在控制机构内部必须具有行程限位、行程角的限位、零位对中等功能。MA手动控制原理和调节位移与排量之间的无量纲曲线见图3-74，这种控制方式在过零点之后泵可以换向输出流量。,下面以Bosch Rexroth公司生产的A4VG系列斜盘式轴向柱塞变量泵为例，对其各种控制方式及其实
2、现进行研究与分析，以期对于静液压系统闭式回路的开发与创新提供借鉴，并可为设计师在泵的选型方面提供参考。,3.6.1 MA型手动变排量控制,3.6.1 MA型手动变排量控制,图 3-74 MA手动控制职能原理图和其特性曲线 a）控制原理图 b）输出特性的无量纲曲线 A、B压力油口 MA、MB测量油口 E辅助油口 K2、K3泵壳体冲洗油口 R（L）注油孔和排放孔U泵壳体冲洗油口,A4CSG500EP型,A4CSG500EPG型,A4CSG500EPD 型,A4CSG500EPD 型,3.4.12 LRN型功率控制+液压行程控制,FEATURES,3.6.3HD型与先导控制压力相关的液压控制,图3-
3、76 HD液压控制职能原理图 A、B压力油口 MA、MB测量油口 G供油压力口 X1、X2控制压力口 Y1，Y2遥控口 T1漏油灌油口 T2漏油泄油口 R排气口 S吸油口 Fe补油泵测压口 PS辅助油口1主泵 2控制阀 3反馈杠杆 4安全阀 5辅助泵 6溢流阀 7变量活塞,3.6.3HD型与先导控制压力相关的液压控制,图3-77 HD液压控制特性曲线,3.6.3HD型与先导控制压力相关的液压控制,HD液压控制方式泵的排量大小取决于先导控制压力pst，即油口Y1和Y2的压差，油口Y1和Y2各对应一个液流方向。 当先导控制压力作用在控制阀2阀芯上时，会推动阀芯向左或向右移动，打开阀口，先导控制压力
4、与控制阀2的弹簧力实现平衡时，阀口开度的大小被确定。 来自辅助泵5的压力油进入变量活塞推动变量机构向左或右运动。 由于变量活塞7上连接有反馈杠杆3直接与控制阀2的阀套连接，形成了直接位置负反馈，随着变量活塞的移动又使打开的阀口趋于关闭，此时排量被确定为某一个定值。 排量的大小正比于先导压力。,3.6.4 HW液压控制、手动伺服,图 3-78 HW控制职能原理和特性曲线 a）控制原理图 b）输出特性的无量纲曲线,3.6.4 HW液压控制、手动伺服,该控制方式取决于控制杆的操作方向，属于三通阀控制差动缸的原理，机械凸轮负反馈控制反馈弹簧的变形实现变量缸的定位，因而斜盘和排量可无级变量。 每个控制手
5、柄的操作方向对应一个相应的液流方向。HW控制手柄的偏转角度限制须由外装的位移信号元件设定。 当HW控制阀上的控制手柄处于零位时，零位开关的开关触点闭合，当控制手柄偏转离开中位时，触点断开。 此零位开关在传动中可起到安全保护作用，在某一工作状况下（例如起动柴油机时）确保泵在零位。,3.6.5 HM1/2/3型液压排量控制,图3-79 HM1/2/3液压排量控制,3.6.5 HM1/2/3型液压排量控制,这种控制方式对泵的排量可以进行无级调节，取决于油口X1和X2中的控制体积。主要的应用有：2点控制，实现正负最大排量和零排量控制；用于伺服控制或比例控制的基本控制设备。,3.6.6与转速有关的DA控
6、制（速度敏感控制）,有些没备的原动机不仅驱动多台泵，同时也带动某些机械传动装置。例如大型轮式装载机，车轮的最大负载功率加上液压驱动功率，很容易超过原动机的最大输出功率。这种情况下使用转矩相加是不合适的，因为没有一种能从传动装置中检测出转矩信号的合适办法。 但原动机有这样一种性能，当它接近最大功率时，转速就开始下降，这种情况为使用速度敏感控制创造了条件。当原动机转速下降时，速度敏感控制器使液压泵减小排量直至卸载，原动机的大部甚至全部功率用于驱动车轮行走。当爬坡时，驱动车轮的阻力增大，(定量)液压马达的转矩上升，使液压泵压力跟随升高。由此造成发动机载荷增大，而迫使发动机转速下降。此时，速度敏感控制
7、器可使泵减小排量，相应降低车轮转速。,3.6.6与转速有关的DA控制（速度敏感控制）,DA控制是一种与发动机转速或自动行驶速度有关的控制系统。该控制方式内置的DA控制阀芯产生一个与泵（发动机）驱动转速成比例的先导压力。 该先导压力通过一个三位四通电磁换向阀传至泵的排量控制缸上。泵的排量在两个方向均可无级调节，并同时受泵驱动转速的排油压力的影响。 液流方向（即机器向前或向后）由电磁铁a或b控制。泵的驱动转速升高，DA阀产生的先导压力也会增加，从而使泵的流量和压力增加。根据所选择泵的工作特性，系统压力（即机器负载）升高使泵回摆至较小的排量。,3.6.6与转速有关的DA控制（速度敏感控制）,DA 控
8、制的目的就是针对使用内燃机的行走机械液压系统。它既考虑到内燃机转矩随转速增大而增大这一因素，又考虑到当载荷接近最大转矩限值时可能发生失速的问题。因此，可或多或少地将内燃机的功率换算成当前的转速。通过液压部分的相关调节，达到了最优的车辆控制功能。 主泵的同轴上还安装着一台辅泵，其作用是： 1)向闭式油路低压侧补油。 2)供给主泵变量调节用液压油。 3)测量变量泵(柴油机)转速。辅泵输出流量与发动机转速成正比，根据辅泵流量就可算出发动机相应的转速。,3.6.6与转速有关的DA控制（速度敏感控制）,图3-80 DA控制职能原理图,3.6.6与转速有关的DA控制（速度敏感控制）,图3-81 DA阀结构
9、原理图,3.6.6与转速有关的DA控制（速度敏感控制）,内置的DA阀，又称速度敏感控制器，其结构原理如图3-81所示。实质上它是以p=p1p2为控制输入信号的一个比较特殊的三通减压阀，进油压力为孔板3后的压力p2，输出信号为p3。 D与d之间的环形面积，就是输出压力p3的反馈作用面积。DA阀能将原动机的转速变化转换成变量泵的变量控制油压的变化，从而改变变量泵的排量，实现恒动率(恒转矩)控制。 速度敏感控制器的速度信号，可以很方便地用测量原动机直接驱动的另一台定量泵（辅助泵）的流量获得。,3.6.6与转速有关的DA控制（速度敏感控制）,定量泵（辅助泵）输出与原动机(例如柴油机)转速成正比的流量，
10、在控制器孔板(液阻)3上形成压差p=p1p2，此压差影响孔板阀芯组件1l的平衡位置，以使控制阀口4打开，控制油经变量泵先导阀流向变量控制缸。控制油管路中的压力p3作用在的孔板阀芯组件的环形面积上(输出的反馈力)，方向从左向右，与孔板3前后压差所产生的从右向左的输入力平衡，从而决定孔板阀芯组件1l的平衡位置。当原动机转速稳定时，重新关闭阀口4。当原动机的转速下降时，孔板3上的压差变小，控制阀口8打开，变量缸中的油压降低，直至作用在孔板阀芯组件11上的力重新平衡，阀口8重新关闭。通过速度敏感控制器的作用，原动机转速和变量控制油压p与泵的变量倾角形成了比例关系。即原动机转速下降，使变量控制油压按比例
11、下降，进而泵的排量也按比例下降；反之亦然。改变弹簧5的预压缩量，就可改变限转矩特性曲线。,3.6.6与转速有关的DA控制（速度敏感控制）,在行驶过程中，如果行驶驱动阻力增加（如上坡或障碍)，则泵输出压力增加，液压马达转矩增大，泵变量液压缸回位力增大，泵摆角变小，主机速度下降。如果泵输出功率大于柴油机提供的功率，那么柴油机转速下降，泵控制压力减小，泵摆角减小，主机降速直到此液压马达转矩与柴油机转矩一致。 反之，如果行驶驱动力降低(如下坡)，液压马达转矩降低，泵输出压力降低，泵开始相反过程，使得车辆加速。 由于采用了全调节装置，使主机行走液压系统具有制动性能。通过使操纵开关回中位或踩下微动阀调节踏
12、板，均使行走液压系统进行静压制动。虽然这种方法代替不了必需的车辆制动器，但和制动器配合使用，可减小制动器的磨损，延长使用寿命。,3.6.6与转速有关的DA控制（速度敏感控制）,上面的介绍表明，速度敏感控制器可用于原动机直接驱动、输出功率超过原动机最大功率的大容量液压传动装置。在这种类型的装置中，速度敏感控制器的功能与恒转矩或总功率控制器件的功能相同，它可将泵在某一工作压力下的输出流量限制在原动机的最大功率范围内。,3.6.7 DG型液压直接控制,该控制方式为液压直接控制，其标准结构形式如图3-82所示。通过在油口X1或X2直接在行程缸上施加液压控制压力来调节泵的排量，液压控制压力产生的作用力与
13、变量控制缸的定位弹簧相平衡使控制缸输出一定的位移，此位移确定了对应泵排量值。这样，斜盘亦即泵的排量可在0至最大排量之间调节。 变量泵每个液流方向分配一个控制油口（X1或X2）。在排量最大时所需的先导压力取决于工作压力和转速。另外，在使用DG液压直接控制方式时，只有从油口PS供油，才能使用压力切断阀和DA控制阀。,3.6.7 DG型液压直接控制,图3-82 DG直控式标准结构形式,3.6.8 EP型带比例电磁铁的电气控制,该控制方式的泵见图3-83，它带有比例电磁铁，其控制过程取决于两个比例电磁铁（和）上的预选电流，泵变量缸通过EP控制装置获得控制压力驱动变量缸运动。 这样，斜盘亦即排量可无级可
14、调。每个比例电磁铁对应一个液流方向。如果泵同时装有一个DA控制阀，则可对行走驱动装置进行自动控制。,3.6.8 EP型带比例电磁铁的电气控制,图 3-83 EP电气控制标准结构形式,3.4 泵控液压马达的数学模型,一、基本方程,变量泵的流量方程为：,V0 一个腔室的总容积,变量泵的排量为：,其增量方程的拉氏变换为：,液压马达高压腔的流量连续性方程为：,其增量方程的拉氏变换为：,液压马达和负载的力矩平衡方程为：,其增量方程的拉氏变换为：,1）液压固有频率较低 只有一个控制管道，1/2 液压泵的工作腔容积大 2）阻尼比较小，但较恒定。 CtKce，总是欠阻尼，但基本恒定。 设置旁路泄漏通道或内部压
15、力反馈以获得满意的阻尼比 3）增益Kqp/Dm和静态速度刚度Dm2/Ct比较恒定。 4）动态刚度不好，但静态刚度很好（Ct较小）,三、泵控液压马达与阀控液压马达的比较,3.6.9 EZ型带开关电磁铁的电气两点控制,图3-84 EZ两点电气控制标准结构形式,3.6.9 EZ型带开关电磁铁的电气两点控制,EZ型电气控制方式带有开关电磁铁，通过使开关电磁铁或通电或断电，可由EZ控制装置为泵的变量缸供油。这样，斜盘亦即排量可在与最大值两点调节。每个电磁铁对应一个液流方向。,3.6.10 EO1/2型比例液压控制,EO型比例液压控制也属于液压排量控制，其使用比例阀有助于与斜盘倾角的电反馈一起进行无级变量
16、控制，其控制原理见图3-85a。EO1/2控制是依靠一个嵌入式直接驱动的比例方向阀，泵的排量正比于输入电信号指令值，实际泵的斜盘摆角的反馈信号（排量）由位移传感器检测并被反馈到输入端，组成闭环位置控制系统用于控制泵的排量。其输出特性曲线见3-85b。 最大的斜盘摆角可以在中心的两边，在最大排量Vgmax和50%最大排量之间用止位螺钉调节。控制缸的对中弹簧是标准的，它被用于设定和调整在无压状态下的零位位置。 电放大器采用的型号是VT 5035-1X。,3.6.10 EO1/2型比例液压控制,图 3-85 液压排量控制控制职能原理图和其特性曲线 a）控制原理图 b）输出特性的无量纲曲线,3.6.11 HS型液压排量控制,使用伺服阀有助于实现斜盘倾角的电反馈进行无级变量控制。HS控制用电液伺服阀调节变量缸使泵的排量正比于给
