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變量泵可以通過排量調節來適應機械在作業時的復雜工況要求，由于其具有明顯的優點而被泛使用。變量泵的控制方式多種多樣，主要有壓力切斷控制、功率控制、排量控制和負載敏感控制四基本控制方式。通過這四種基本控制方式的組合，可以得到具有復雜輸出特性的組合控制。 1 什么是變量泵的壓力切斷控制？ 壓力切斷控制是對系統壓力限制的控制方式，有時也簡稱為壓力控制。當系統壓力達到切斷壓力值，排量調節機構通過減小排量使系統的壓力限制在切斷壓力值以下，其輸出特性如圖1a所示。 如果切斷力值在工作中可以調節則稱為變壓力控制，否則稱為恒壓力控制。 圖1b所示為壓力切斷控制的典型實方式。當系統壓力升高達到切斷壓力時，變量控制閥閥芯左移，推動變量機構使排量減小，從而實現壓力斷控制。閥芯上的Pr為液控口，可以對切斷壓力進行液壓遠程控制和電液比例控制。 一些液壓工況復雜，作業中執行機構需要的流量變化很大，壓力切斷控制可以根據執行機構的調速要按所需供油，避免了溢流產生的能量損失，同時對系統起到過載保護的作用。 a輸出特性 b典型實現形式 圖1 壓力切斷控制變量泵 注:液壓馬達工程師認為，從壓力切斷特性圖來看，實現速度控制必須在壓力達到恒壓值后才能進行，否則泵始終在最大排量位置2 什么是變量泵的功率控制？ 功率控制是對系統功率限制的控制方式。當系統功率達到調定的功率值時，排量調節機構通過減小排量使系統的功率限制在調定功率值以下。如果功率限制值在工作中可調則稱為變功率控制，否則稱為恒功率控制。 圖2中所示為力士樂(Rexroth）A11VO恒功率泵的輸出特性和具體實現結構。其工作原理如下： 變量油缸和復位油缸分別布置在泵體兩側，對變量機構進行差動控制，其中面積較大的變量油缸的壓力受到變量控制閥的控制。作用在小活塞上的系統壓力經搖桿在控制閥芯左側作用推力F，而閥芯右側受到彈簧力的作用。由于小活塞裝在與變量機構一起運動的復位活塞上，所以搖桿對閥芯的推力為 F=PALl/L2 (1） 式中：P為系統壓力；A為小活塞面積；L1為小活塞到搖桿鉸點的距離；L2為變量控制閥桿到搖桿鉸點的距離。 當搖桿推力大于彈簧推力時，閥芯右移，使泵的排量減小，從而維持搖桿推力為近似常數。根據式(1）可知，搖桿推力正比于PL1，而L1正比于油泵排量，因此實現了對變量泵的功率的限制(假定油泵轉速不變）。有時為了簡化控制結構，常采用近似功率控制方式，常用雙彈簧結構控制變量機構位置。 圖3所示為川崎(Kawasaki）K3V系列變功率控制泵的輸出特性和具體實現結構。其中控制閥閥芯位置是通過系統壓力與雙彈簧彈力的平衡決定的，而變量機構跟隨閥芯一起運動，這樣就可以利用雙彈簧的變剛度特性用折線近似雙曲線。 圖2 恒功率控制變量泵 圖3 變功率控制變量泵 功率控制能夠充分發揮原動機的功率，達到按能力供油的目的，避免原動機因過載而停車或損壞。 現在的挖機大部分使用的是恒功率變量泵，但是單純的恒功率可能沒有多大實際意義，恒功率泵需要與壓力控制，流量控制配合使用這樣才能發揮泵的最大功率性能。3 什么是變量泵的排量控制？ 排量控制是指對變量泵的排量進行直接控制的控制方式，施加一個控制壓力就可以得到一個相應的排量值。圖4所示為川崎(Kawasaki）K3V系列負流量控制(指流量變化與先導控制壓力成反比）的輸出特性和具體控制方式。當先導控制壓力Pr增大時，變量控制閥閥芯右移，使泵的排量減小，從而使泵的流量Q隨著Pr的增大成比例地減小。 圖4 負流量控制變量泵 圖5所示是HYUNDAI液壓挖掘機的負流量控制系統的局部簡化原理圖。當所有多路換向閥位于中位時，從液壓泵排出的壓力油經多路換向閥的直通供油道和節流孔回油箱，將節流孔的回油流量作為控制量，通過排量調節機構來控制泵的排量。當通過節流孔回油的流量達到一定值時(設定值遠小于系統總流量），節流孔前的先導壓力Pr就開始調節變量泵，使泵的排量僅提供運動速度所需的流量，即通過多路閥對執行元件進行調速時，變量泵具有自動調節排量按需供流的功能。 圖5 EHYUNDAI液壓挖掘機負流量控制系統 4 什么是LS(負載敏感）控制？ LS控制方式是對變量泵排量變化率控制的控制方式。LS控制變量泵的輸出特性與排量控制相同，但其控制信號反映的不是排量本身，而是排量的變化值。圖6所示是LS控制的典型實現形式，它過壓力差對泵的排量進行控制，當△P與閥芯彈簧壓力不平衡時，變量控制閥閥芯偏移，使泵排量發生相應變化。 圖6 LS控制變量泵的典型實現形式 圖7所示是采用LS控制變量泵實現的LS調速系統的基本原理。△P為節流口前后壓力差，△P=PA-PL，其中PA為泵口壓力，PL為負載壓力，其最大的特點就是可以根據負載大小和調速要求對泵進行控制，從而實現在按需供流的同時，使調速節流損失△P控制在很小的固定值。 負載敏感變量泵與壓力補償閥配合使用可以實現單泵驅動多個執行機構的獨立調速，各執行元件不受外部負載變動和其他執行元件的干擾。由于LS調速系統不僅實現按需供油，同時也是按需供壓，是能量損失很小的調速方案。 泵默認狀態是最大排量位置，所以調速是由大調小。泵根據主控閥的開口大小來調節泵輸出流量，具有壓力補償的主控閥的流量控制與負載大小無關。圖7 LS調速控制系統 5 什么是基本控制方式的組合？ 系統的壓力限制、原動機的功率限制以及對執行元件的可調速性，往往對同一臺機械的液壓系統是同時需要的，因此需要對多種控制方式進行組合，以便使變量泵能夠滿足機械設備的復雜工況要求，控制方式的組合應根據具體的應用要求而定。圖8所示為力樂士(Rexroth）壓力切斷控制、功率控制和LS控制組合的輸出特性和具體實現結構。 圖8 功率控制、壓力切斷控制和LS控制的組合 圖8中，三個控制閥并聯連接，當系統狀態達到其中任一個限制條件時，對應的控制閥動作，使泵的排量減小，組合后的輸出特性如圖8a所示，兼具壓力切斷控制、功率控制和LS控制的特點，可以較好地滿足復雜工況的要求。 |
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