液壓泵的電液比例位移

劉峰

摘 要：本文論述了液壓泵的電液比例位移-力反饋式排量調(diào)節(jié)機構(gòu)的組成及工作原理，它由電子放大器、電液比例三通閥—差動活塞，反饋彈簧等件構(gòu)成了一個具有位移反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，該機構(gòu)的輸入量為輸給電液比例閥三通閥的電信號，輸出量為差動活塞的位移，它轉(zhuǎn)化為排量，以此做輸出量跟蹤輸入信號。該變量機構(gòu)與相應(yīng)的液壓泵的本體部分組裝一起，形成了一個電液比例控制排量的液壓泵。本文對其變量特性進行了分析和試驗獲得了較好結(jié)果，由于變量機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、廉價、制作容易，能滿足要求，因此具有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：位移-力反饋 電液比例三通閥—差動活塞 變量機構(gòu) 變量特性

中圖分類號：TH13 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（c）-0104-02

電液比例控制技術(shù)作為連接現(xiàn)代微電子、計算機和液壓技術(shù)的橋梁，在近20年來得到了快速地發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域得以拓展，已成為機電一體化的基本技術(shù)構(gòu)成之一[1]。而做為構(gòu)成電液比例技術(shù)的液壓傳動及控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)元件（泵、閥、液壓缸和液壓馬達等）的研究開發(fā)是至關(guān)重要的。針對這種情況和用戶的要求，本文作者團隊研制出一種采用液比例控制排量的液壓泵，它的特點是：（1）控制精度高，液壓泵既是動力元件又是控制元件，可與電子技術(shù)，計算機技術(shù)配合控制靈活，可達到功率匹配的要求，高效節(jié)能；（2）它廉價于電液伺服控制；（3）抗油污染能力強于電液伺服控制機構(gòu)[2]；（4）由于變量機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、廉價和制造容易，易于推廣。該泵已應(yīng)用于石油勘探工程車上的液壓發(fā)電機系統(tǒng)上，獲得了很好的應(yīng)用，圖1為電液比例排量調(diào)節(jié)壓泵的圖片。

1 電液比例位移-力反饋式排量調(diào)節(jié)機構(gòu)的組成及工作原理

調(diào)節(jié)機構(gòu)由圖2的右部的件2、3、4、5、6、7組成；其工作原理如下：調(diào)節(jié)機構(gòu)初始處于一個平衡狀態(tài)，當(dāng)電子放大器輸給比例電磁鐵一電流信號i增大時，比例電磁鐵的推力使三通閥5（為雙邊滑閥）下移，將三通閥的B口打開，差動活塞上腔的壓力降低，液壓油經(jīng)B口流回油箱，此時在差動活塞下腔壓力Ps作用下使差動活塞上移，經(jīng)它反饋彈簧作用將三通閥5的B口關(guān)閉，此時差動活塞3上移的距離就是反饋彈簧4的壓縮量，即差動活塞3的位移Xp，它使變量斜盤2的傾角α增加，隨之泵的排量增加。此排量與輸給比例電磁鐵一電流信號i相對應(yīng)。反之當(dāng)電子放大器輸給比例電磁鐵一電流信號i時減小時，比例電磁鐵的推力減小，在反饋彈簧作用下使三通閥5上移，將三通閥的A口打開，B關(guān)死，壓力油進入差動活塞上腔推動差動活塞下移，反饋彈簧4的壓縮量減小，活塞上腔的壓力降低，液壓油經(jīng)B口流回油箱，反饋彈簧4的壓縮量下腔壓力Ps作用下使差動活塞上移使反饋彈簧4有一個壓縮量，經(jīng)它的作用將三通閥5的B口關(guān)閉，此時差動活塞3上移的距離為Xp，此Xp就是反饋彈簧4的壓縮量即差動活塞3的位移量。說明了輸入電流與差動活塞位移一一對應(yīng)。

2 電液比例排量調(diào)節(jié)機構(gòu)的特性的分析和試驗

2.1 靜態(tài)特性的分析和試驗

2.2 調(diào)節(jié)機構(gòu)動態(tài)特性試驗

該調(diào)節(jié)機構(gòu)的動態(tài)方框圖如圖5所示。

圖5中，Qp為液壓泵排量。

對該調(diào)節(jié)機構(gòu)做了階躍響應(yīng)試驗[4]。

圖6為調(diào)節(jié)機構(gòu)的階躍響應(yīng)曲線，紅色圖線為輸入的電流i階躍信號，其幅值為全程階躍信號的90%，輸入信號i和輸出量Xp由16線光電示波器記錄。

從圖6看出，當(dāng)輸入電流信號由0.2階躍到0.9時，輸出量位移從全行程的0.2上升到全行程的90%穩(wěn)定下來時的過渡過程時間為ts1=0.35s，當(dāng)輸入信號從0.9階躍下降到0.2時則輸出量位移從全行程的90%下降到原來位置，此過渡過程時間ts2=0.3s；上升時的超調(diào)量約為Mp1=5%，下降時的超調(diào)量為Mp2=2.5%。

3 結(jié)論

（1）本文對調(diào)節(jié)機構(gòu)采用了電液比例三通閥控制差動活塞和位移力反饋組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)進行了探討，經(jīng)過理論的分析和試驗，均獲得比較滿意的結(jié)果；該調(diào)節(jié)機構(gòu)與相應(yīng)的液壓泵的本體部分組裝一起形成的電液比例位移-力反饋式排量調(diào)節(jié)液壓泵，為國產(chǎn)CY14-1系列軸向柱塞泵增添一種新的變量機。

（2）經(jīng)過理論分析和實驗研究證明本文所設(shè)計的排量調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計方案合理正確，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在工程中得到了很好的應(yīng)用。

（3）由于變量機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、廉價、制作容易，已獲得了應(yīng)用，能滿足一般工業(yè)的需求，特別是對大功率容積式傳動系統(tǒng)更適宜，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1] 顧瑞龍.控制理論及電液控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2] 熊詩波.液壓測試技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出出版社，2003.

[3] 劉玉琦.電液比例控制葉片泵的工作原理及其變量特性分析[J].沈陽機電學(xué)院學(xué)報，1982（2）：113-126.

[4] 王顯正.控制理論基礎(chǔ)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.