恒功率柱塞泵原理分析

最新的加入角度傳感器來實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩控制（本質(zhì)上講是恒功率控制）的幾種方案，這些方案都很新穎，但是在國內(nèi)還鮮有見到。除去這些用角度傳感器實(shí)現(xiàn)的恒功率控制，各大品牌廠商也有自己比較成熟的恒功率實(shí)現(xiàn)方案，消化和吸收原有成熟方案，對于工程師再創(chuàng)造是很有意義的。

國產(chǎn)CY恒功率軸向柱塞泵

有必要先提一下國產(chǎn)的CY軸向柱塞泵，雖然現(xiàn)在這種形式可能已經(jīng)應(yīng)用不多，但是體現(xiàn)的那個時代中國液壓人的智慧，不應(yīng)該被忽視。

泵本身排油口壓力經(jīng)液壓伺服滑閥控制變量機(jī)構(gòu)，是采用雙彈簧的恒功率變量機(jī)構(gòu)。伺服變量過程大概是這樣：當(dāng)壓力超過某一設(shè)定值時，由于滑閥的直徑D1>D2,所以腔室d中向上的液壓力大于彈簧預(yù)緊力時，滑閥3將克服外彈簧5的作用從而使滑閥3上升，環(huán)槽c被堵住，環(huán)槽g被打開，活塞上腔室e中的油經(jīng)f、g從滑閥中心孔流回油箱，則下腔室a的壓力油將活塞2往上推，使其跟蹤滑閥3向上運(yùn)動，斜盤傾角減小，則流量減小。泵排油口壓力降低時，則流量增加，工作過程與之前相反[1]。在這種恒功率機(jī)構(gòu)中，滑閥3和活塞2之間的反饋設(shè)計(jì)還是很經(jīng)典的。

力士樂A10VO恒功率軸向柱塞泵

A點(diǎn)是恒功率起調(diào)點(diǎn)，在AB段內(nèi)，此時增大工作壓力，工作壓力作用于功率閥5推開功率閥5的閥芯，在功率閥5的第一根功率彈簧壓縮力與工作壓力平衡后停止運(yùn)動，功率閥5的溢流量增大，流量閥7的閥芯右端壓力降低，流量閥7的閥芯右移，流量閥7工作于左位，變量柱塞6大端作用有高壓油，變量柱塞6左移，排量減小。與此同時，變量柱塞6通過反饋機(jī)構(gòu)作用于功率閥5，使得功率閥5的溢流量減小，流量閥7的閥芯右端壓力增大，流量閥7的閥芯逐漸左移，變量柱塞6運(yùn)動速度逐漸接近零，流量在該工作壓力下穩(wěn)定。AB工作段壓力流量關(guān)系為線性關(guān)系。BC段，因?yàn)閮筛β蕪椈赏瑫r都處于工作狀態(tài)，彈簧剛度為兩彈簧剛度之和，BC段壓力流量關(guān)系斜率增大，但仍為線性關(guān)系，此階段工作過程與AB階段相同[2]。

應(yīng)當(dāng)指出在整個調(diào)節(jié)過程中，阻尼孔10起著至關(guān)重要的過程，若是沒有這個阻尼孔，整個系統(tǒng)將處于“癱瘓”的狀態(tài)。在原理圖上，功率閥5畫成了溢流閥的符號，此處的功率閥5實(shí)際上是帶有反饋功能的溢流閥,如圖3和圖5所示,研究表明適當(dāng)增加功率閥5的三角槽個數(shù)，可以減小泵的最小功率，從而改變靜態(tài)工作曲線，在一定程度上增大泵的功率控制范圍[2]。

川崎K3V恒功率軸向柱塞泵

日本川崎公司的K3V軸向柱塞泵泵調(diào)節(jié)器，采用的是機(jī)械反饋結(jié)構(gòu)，K3V具有總功率控制、變功率控制、負(fù)流量控制、最大流量兩端控制等等，控制方式極其豐富，這里限于篇幅不在對其變量過程展開進(jìn)行研究。K3V泵調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)精巧，對于一位機(jī)械或者液壓工程師來說，應(yīng)該來說很具有吸引力。K3V的總功率控制、變功率控制是建立在恒功率控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，其恒功率曲線最終通過雙彈簧逼近來實(shí)現(xiàn)。

力士樂A11VO恒功率軸向柱塞泵

其工作原理是:當(dāng)泵功率未達(dá)到調(diào)定的恒功率值時，p、A和a的乘積(力矩)小于輸入的Fb(F為彈簧設(shè)定值產(chǎn)生的彈性力)，變量閥1處于右位，排量最大，此時泵的輸出排量最大。假如工作壓力超過了彈簧的設(shè)定值，即當(dāng)pAa大于Fb時，在搖桿處的杠桿長度減小，作用在杠桿5上的順時針力矩大于逆時針力矩，杠桿使變量閥芯移動，壓力油進(jìn)入大變量缸3，使排量有所減少，直至重新回到逆向力矩等于小于順向力矩的狀態(tài)。工作壓力可以按排量減少量的相同比例增加，使驅(qū)動功率不會被超過，從而保持泵的輸出功率為常數(shù)[3]。

采用雙彈簧結(jié)構(gòu)和采用杠桿結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)恒功率變量，是在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較普遍的恒功率實(shí)現(xiàn)方式。從上面可以看出CY、A10VO、K3V、A11VO均采用了反饋結(jié)構(gòu)，只不過反饋的形式及反饋機(jī)構(gòu)有所不同而已。

CY、A10VO、K3V恒功率曲線最終都是通過雙彈簧結(jié)構(gòu)逼近來實(shí)現(xiàn)的，而A11VO巧妙的采用了杠桿的結(jié)構(gòu)，功率曲線更接近雙曲線。筆者認(rèn)為，杠桿結(jié)構(gòu)的發(fā)明應(yīng)該是“傳統(tǒng)”恒功率家族比較有突破意義的創(chuàng)新。

除去上面幾種比較典型的產(chǎn)品，Paker、Oilgear等品牌產(chǎn)品的恒功率實(shí)現(xiàn)方式在原理上與上面幾種還有所不同，限于篇幅不再詳述。

選自 iHydrostatics。