变量泵可以通过排量调节来适应机械在作业时的复杂工况要求,由于其具有明显的优点而被泛使用。变量泵的控制方式多种多样,主要有压力切断控制、功率控制、排量控制和负载敏感控制四基本控制方式。通过这四种基本控制方式的组合,可以得到具有复杂输出特性的组合控制。
1 什么是变量泵的压力切断控制?
压力切断控制是对系统压力限制的控制方式,有时也简称为压力控制。当系统压力达到切断压力值,排量调节机构通过减小排量使系统的压力限制在切断压力值以下,其输出特性如图1a所示。
如果切断力值在工作中可以调节则称为变压力控制,否则称为恒压力控制。
图1b所示为压力切断控制的典型实方式。当系统压力升高达到切断压力时,变量控制阀阀芯左移,推动变量机构使排量减小,从而实现压力断控制。阀芯上的Pr为液控口,可以对切断压力进行液压远程控制和电液比例控制。
一些液压工况复杂,作业中执行机构需要的流量变化很大,压力切断控制可以根据执行机构的调速要按所需供油,避免了溢流产生的能量损失,同时对系统起到过载保护的作用。
a输出特性 b典型实现形式
图1 压力切断控制变量泵
注:液压马达工程师认为,从压力切断特性图来看,实现速度控制必须在压力达到恒压值后才能进行,否则泵始终在最大排量位置2 什么是变量泵的功率控制?
功率控制是对系统功率限制的控制方式。当系统功率达到调定的功率值时,排量调节机构通过减小排量使系统的功率限制在调定功率值以下。如果功率限制值在工作中可调则称为变功率控制,否则称为恒功率控制。
图2中所示为力士乐(Rexroth)A11VO恒功率泵的输出特性和具体实现结构。其工作原理如下:
变量油缸和复位油缸分别布置在泵体两侧,对变量机构进行差动控制,其中面积较大的变量油缸的压力受到变量控制阀的控制。作用在小活塞上的系统压力经摇杆在控制阀芯左侧作用推力F,而阀芯右侧受到弹簧力的作用。由于小活塞装在与变量机构一起运动的复位活塞上,所以摇杆对阀芯的推力为
F=PALl/L2 (1)
式中:P为系统压力;A为小活塞面积;L1为小活塞到摇杆铰点的距离;L2为变量控制阀杆到摇杆铰点的距离。
当摇杆推力大于弹簧推力时,阀芯右移,使泵的排量减小,从而维持摇杆推力为近似常数。根据式(1)可知,摇杆推力正比于PL1,而L1正比于油泵排量,因此实现了对变量泵的功率的限制(假定油泵转速不变)。有时为了简化控制结构,常采用近似功率控制方式,常用双弹簧结构控制变量机构位置。 图3所示为川崎(Kawasaki)K3V系列变功率控制泵的输出特性和具体实现结构。其中控制阀阀芯位置是通过系统压力与双弹簧弹力的平衡决定的,而变量机构跟随阀芯一起运动,这样就可以利用双弹簧的变刚度特性用折线近似双曲线。
图2 恒功率控制变量泵
图3 变功率控制变量泵
功率控制能够充分发挥原动机的功率,达到按能力供油的目的,避免原动机因过载而停车或损坏。
现在的挖机大部分使用的是恒功率变量泵,但是单纯的恒功率可能没有多大实际意义,恒功率泵需要与压力控制,流量控制配合使用这样才能发挥泵的最大功率性能。3 什么是变量泵的排量控制?
排量控制是指对变量泵的排量进行直接控制的控制方式,施加一个控制压力就可以得到一个相应的排量值。图4所示为川崎(Kawasaki)K3V系列负流量控制(指流量变化与先导控制压力成反比)的输出特性和具体控制方式。当先导控制压力Pr增大时,变量控制阀阀芯右移,使泵的排量减小,从而使泵的流量Q随着Pr的增大成比例地减小。