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1、几种轴向柱塞式液压马达的变量调节原理2014-8-7 10:18:13 点击：3129引言液压马达的功率输出，取决于马达的流量和压差。液压马达的输出功率直接正比于转速。采用变量马达， 可以达到功率匹配节能降耗的目的。此外，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。这里，仅以轴向变量柱塞马达为研究对象，重点讨论几种液压 马达的变量调节方式。1HD型液压控制调节原理这是一种与先导压力相关的液压控制方式，马达的排量随液控先导压力信号无级变化，主要适用于行走的 或固定的机械设备。 图1为HD液压控制变量马达的工作原理图，液压马达起始排量为最大排量，排
2、量 随着X 口先导控制压力在最大和最小之间无级变化。其原理为:向液压马达的A,B工作油口的任一油口提供 压力油时，压力油都能通过单向阀2或3进入变量缸7的有杆腔，即变量缸小腔常通高压。当X 口先导控 制压力升高，先导控制压力油作用在先导压力控制伺服阀1阀芯上的力将克服调压弹簧4和反馈弹簧5的 合力，推动先导压力控制伺服阀阀芯向右移动，当先导控制压力升高至液压马达变量起始压力时，阀1将 处于中位。如果先导控制压力继续升高，伺服阀芯将进一步右移，伺服阀1处于左位机能，液压马达工作 压力油经伺服阀1.进入变量缸无杆腔。由于变量缸7中活塞两端面积不相等，当两端都受压力油作用时， 变量缸7中活塞将向左运
3、动，固定在变量活塞上的反馈杆6将带动配流盘及缸体摆动，使缸体与主轴之间 的夹角减小，从而使液压马达排量减小。同时，反馈杆6压缩反馈弹簧5，迫使伺服阀1的阀芯向左移动 直到伺服阀1回到中位，变量缸无杆腔的油道被封闭，液压马达停止变量将处于一个与先导控制压力相对 应的排量位置。这属于位移一力反馈，利用变量活塞的位移，通过弹簧反馈使控制阀芯在力平衡条件下关 闭阀口，从而使变量活塞定位。GTL伺服阀2、）单向阀4调压弾簧5反馈弹簧反馈杆7 .变量缸图1 HD液控变量职能原理图当x口的控制压力降低，伺服阀芯上的力平衡被打破，弹簧力大于液压力，伺服阀1将由中位机能变为右 位机能，变量缸无杆腔变为低压，在有
4、杆腔压力油的作用下，变量活塞将向右运动，固定在变量活塞上的 反馈杆6将带动配流盘及缸体摆动，使缸体与主轴之间的夹角增大，从而使液压马达排量增大。同时，由 于反馈杆6随变量活塞向右移动，反馈弹簧5压缩量将减少，反馈弹簧作用在伺服阀1阀芯上的力将减小， 伺服阀芯向右移动直到伺服阀1处于中位（在图1中未画出），变量缸7大腔的油道被封闭，液压马达停止 变量。综上所述，当先导控制压力在变量起始压力和变量终止压力之间变化时，液压马达排量将在最大和 最小之间相应变化。2 HD1D型液压控制+恒压变控制HD1D型控制是在HD型控制基础上增加了一台压力切断阀7而成的，见图2。当液压马达工作压力低 于切断压力设定
5、值时，压力切断阀7处于左位机能，此时压力切断阀7仅相当于是伺服阀1与变量缸5大 腔之间的一段油液通道，液压马达完全受先导压力的控制。当液压马达工作压力升高，达到切断压力设定 值时，压力切断阀7将处于中位机能位置，此时，变量缸无杆腔油路被封闭，液压马达将保持当前的排量。 当液压马达工作压力继续升高，压力切断阀7将处于右位机能位置，使变量缸无杆腔与低压油路接通，变 量缸活塞6将在小腔压力油的作用下向右移动，使液压马达排量增大。A T G1.伺服阀2.调压弹鑼 工反馈聊簧 么反馈杆5.变賢缸丨变量缸活塞7.圧力切断阀 取9-单向阀图2 HD1D液压控制职能原理图如果由于负载转矩的缘故或由于液压马达摆
6、角减小而造成系统压力升高，在达到恒压控制的设定值时， 液压马达摆向较大的摆角。由于增大排量导致压力减小，控制器偏差消失。随着排量的增加，液压马达产 生较大的转矩，而压力保持常值，此值的大小可通过改变伺服阀1上弹簧的预压缩值确定。液压马达的输出转矩是根据负载的需要而决定的，即对于一个确定的负载来说，所需的马达扭矩也是确定 的，而液压马达输出转矩是其排量与进出口压差的乘积，在液压马达工作压力高于切断压力设定值的情况 下，压力切断阀7一直处于右位机能，液压马达排量持续增大，直到液压马达工作压力下降到与切断压力 设定值相等，压力切断阀7回到中位机能位置，液压马达停止变量。当外部负载减小时，液压马达的控
7、制 过程与上述过程相反，这里不再赘述。总之，液压马达的压力切断控制功能就是根据外部负载的变化自动 改变液压马达排量，从而使液压马达的工作压力保持在设定范围之内。先导压力控制与压力切断控制之间的关系是:先导压力控制和压力切断控制不能同时对液压马达起控制 作用，在液压马达工作压力低于切断压力设定值时，液压马达将完全由先导压力来控制;当液压马达工作压 力达到切断压力设定值后，液压马达将由压力切断控制阀自动控制。这种具有压力切断功能的先导压力控制变量柱塞液压马达，将人工控制和自动控制有机地结合起来，克 服了传统变量液压马达单一控制方式的缺点，大大地提升了主机系统的操控性能和安全性能，从而提高了 工作效
8、率。3 HS型液压两点变量控制这种控制方式与HD控制方式的区别在于前者没有反馈弹簧，只按外控油的先导压力来两点式控制液压 马达排量，变量控制的原理以及先导压力与排量之间的关系曲线见图3这种变量方式，就是从X油口通 入先导控制压力油，只要先导油压力超过调压弹簧的设定压力，就会推动控制滑阀在左位工作，从负载口 来的压力油进入变量缸活塞的右腔，推动液压马达斜盘倾角减小，由于无反馈弹簧的控制作用，变量活塞 将一直向左运动到排量限定位置，液压马达将处在最小排量工作模式。而当先导压力油卸载，控制滑阀在 弹簧的作用下回到右位，变量缸活塞右腔回油箱，在高压油的作用下，液压马达处在最大排量模式，实现 两点式控制
9、。图3 液压两点控制职能原理图和特性曲线4 ES型电动双速两点排控制液压马达排量处于vgmin或vgmax是由控制电磁铁通断来实现。对于图4所示结构，电磁铁断电时，在 gmin gmax压力油的作用下，变量缸有杆腔通压力油，无杆腔接回油，此时液压马达的排量最大，液压马达输出最大 转矩和最低转速。当电磁铁通电时，控制滑阀左位工作，变量缸无杆腔进油，由于变量缸的作用面积不一 样，在油压的作用下，变量活塞向左移动，马达排量最小，此时液压马达输出最小转矩和最高转速。有两 种标准结构，控制起点在V （最大转矩最低转速）和控制起点在V gmln（最小转矩、最高转速）gmaxBA5T图4 电动双速两点控制同
10、样，所需的控制油来自高压侧，因此需要最低为1. 5 MPa的工作压力。假如工作压力小于1. 5 MPa时，必须在G 口供入1. 5 MPa的辅助压力。5 EP型电液比例控制电子控制使用比例电磁铁或者比例阀，根据电信号对排量进行连续的控制，被控制量正比于所施加的控 制电流。控制原理参见图5。根据电信号可以无级或者两点控制液压马达排量，其工作原理是向液压马达的A,B 工作油口的任一口提供压力油时，压力油都能通过单向阀进入变量缸的有杆腔，即变量缸有杆腔常通高压。 当比例电磁铁的电流增加时，电磁力作用在比例阀阀芯上，克服调压弹簧和反馈弹簧的合力，推动比例阀 阀芯向右移动，比例阀处于左位机能，液压马达工
11、作压力油经比例阀进入变量缸无杆腔。由于变量活塞两 端面积不相等，当两端都受压力油作用时，变量活塞将向左运动，固定在变量活塞上的反馈杆将带动配流 盘及缸体摆动，使缸体与主轴之间的夹角减小，从而使马达排量减小。同时，反馈杆将压缩反馈弹簧，反 馈弹簧作用在比例阀阀芯上的力增大，迫使阀芯向左移动，直到与电磁力平衡，比例阀回到中位，变量缸 无杆腔的油道被封闭，液压马达停止变量。此时，液压马达将处于比例阀电流相对应的排量位置当控制电 流降低，比例阀芯上的力平衡被打破，弹簧力大于电磁力，比例阀将由中位机能变为右位机能，变量缸无 杆腔变为低压，在有杆腔压力油的作用下，变量活塞将向右运动，固定在变量活塞上的反馈
12、杆将带动配流 盘及缸体摆动，使缸体与主轴之间的夹角增大，从而使液压马达排量增大。同时，由于反馈杆随变量活塞 向右移动，反馈弹簧压缩量减小，反馈弹簧作用在比例阀阀芯上的力减小，比例阀芯向右移动直到比例阀 处于中位，变量缸大腔的油道被封闭，液压马达停止变量。综上所述，当控制电流在变量起始压力和变量 终止压力之间变化时，液压马达排量将在最大和最小之间相应变化。B图5 EP型电液比例变量控制职能原理图另有一种电控方式EP.D液压比例控制，还具有恒压力控制功能，见图6.Ml1.变屋马达主体2.比例阀3压力控制阀4.反馈弹簧3反馈杆6变量缸图6 EP - D控制方式职能原理图恒压控制覆盖EP液压比例控制功
13、能，如果系统压力由于负载转矩（例如负载瞬变）的缘故或由于液压马达摆 角减小而升高，当压力达到了压力控制阀3的恒压设定值时，压力控制阀3上位工作，压力油推动变量缸 6中活塞使液压马达开始摆动到一个较大的排量角度。排量增加导致系统压力的减小，从而引起控制器偏差增加。当压力保持常数值时，随着排量的增加马达的 转矩也在增大。6 DA型转速液压控制具有速度依赖于液压控制的变量液压马达，其与A4VG带有DA控制的变量泵一起用于静液传动。来自于 A4VG变量泵的驱动速度的先导压力与工作压力一起，调节液压马达的排量。由A4VG变量泵的输出的转速和工作压力确定的液控先导压力（提高原动机的转速=提高泵的转速=提
14、高先导压力）可控制液压马达的变量摆角。加载油口 X1和X2上的液控先导压力依靠行驶方向而定。泵的 输入转速增高时，引起液控先导压力升高，同时也使工作压力升高。将A4VG变量泵确定的先导压力引到 X1或X2油口，如图7所示。例如，X2接通，行驶方向阀1左位工作，先导液压油通过行驶方向阀1作 用在伺服滑阀2阀芯左腔，克服弹簧力伺服滑阀2左位工作，压力油推动变量活塞使马达向减小排量方向 转变（转矩减小，转速增加）。假如工作压力升高到超过变量机构压力控制设定的压力值，则液压马达向增 大排量方向转变（转矩增大，转速降低）。先导压力Pst与高压PH的比保持定值比为3 /100。先导压力变化0. 3MPa升
15、或降）相应使工作压力升、降10 MPa .I 行驶方向阀2伺服消阀图7 DA转速液控变量职能原理图及输出特性曲线设计带DA变量的驱动装置时，必须考虑A4VDA变量泵的技术数据。DA控制主要实现以下功能:自动无级变速的车辆控制、怠速无排量、发动机升速（车提速）和爬坡自动 降速;自动功率匹配（高负载时自动降速）和合理的功率分配（行走与工作机构）；极限载荷调节（最大载荷 限制）；人工功率分配;其他如最佳油耗等。7 MO型转矩变量控制转矩变量控制主要用来驱动绞车，产生恒定的牵引力，控制起点在v gmin （最小转矩，最高转速）。这种变量控制方式通过改变液压马达的排量而得到恒定的转矩。如图8所示，工作原
16、理是，固定节流口 和控制滑阀的可变节流口组成了 B型半桥，若工作压力比较低，那么滑阀左腔的控制压力也比较低，在控 制滑阀弹簧的作用下，使得变量缸无杆腔接通油箱，此时变量活塞有杆腔在工作压力的作用下使液压马达 排量增大，压力减小，可以保持转矩不变。当工作压力增加时，压力油会克服弹簧力推动阀芯向右移动， 使来自于A或B的压力油进入变量缸的无杆腔，推动变量机构向减小排量的方向变化，与变量活塞杆连接 的反馈杆压缩反馈弹簧形成力反馈，同时，阀芯位移增加使滑阀左腔通过滑阀阀口与回油相通，此时B型 半桥的控制作用使控制腔的压力降低，阀芯上的受力平衡，阀口关闭排量减小至一定值。压力增加排量减 小仍然保持输出转矩不变。它可根据需要进行改变，使绞车产生恒定的牵引力。如果卷筒上没有拉力，则 液压马达在较低
