比例復(fù)合控制泵故障的分析
復(fù)合控制變量泵是對(duì)壓力、流量?jī)蓞?shù)綜合調(diào)節(jié)形成的變量泵，具有功率控制優(yōu)先的特性。恒功率恒壓泵是復(fù)合控制變量泵的一種，其變量機(jī)構(gòu)根據(jù)外部負(fù)載的變化而調(diào)節(jié)流量輸出，使泵輸出功率接近負(fù)載所需要的功率。在此介紹Rexroth公司A10VO28DFLR變量泵。它的基泵為斜盤(pán)式軸向柱塞泵，可通過(guò)調(diào)節(jié)其斜盤(pán)的傾角來(lái)改變輸出流量，其變量控制無(wú)需電氣控制，僅僅采用機(jī)械液壓機(jī)構(gòu)，因而具有控制簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
1．A10V028DFLR控制特性
圖59為A10VO28DFLR變量泵壓力流量特性曲線(xiàn)。從特性曲線(xiàn)可以看出，根據(jù)輸出壓力的不同，A10VO28DFLR的工作區(qū)間可分為恒流段AB、恒功率段BCD和恒壓段DE,這兩段控制特性通過(guò)內(nèi)部各閥的協(xié)作而實(shí)現(xiàn)。特性曲線(xiàn)上兩條虛線(xiàn)分別表示最大和最小功率曲線(xiàn)。在恒7流段，液壓泵以最大流量輸出，AB段不是水平線(xiàn)的原因在于隨著工作壓力升高液壓泵漏損增加，容積效率下降，而且泵出口壓力影響到比例閥的開(kāi)度。在恒功率段，泵的流量隨輸出壓力的升高而減小，隨輸出壓力的降低而增大，其負(fù)載和流量之間近似呈雙曲線(xiàn)關(guān)系變化，泵的輸出功率基本保持恒定；在恒壓段，以近似恒壓力輸出，由于比例閥7彈簧K2的作用，泵出口壓力影響到比例閥的開(kāi)度，故存在最大約4bar的調(diào)壓偏差。
2．A10V028DFLR變量機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)原理
出于批量生產(chǎn)和互換性的考慮，同一種類(lèi)、同一規(guī)格不同變量方式的變量泵，都采用相同的基泵，基泵中的變量液壓缸、斜盤(pán)、缸體、傳動(dòng)軸、泵殼體都是相同的。不同變量方式靠不同的控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，A10VO系列泵同樣可以通過(guò)不同油管連接方式加上一些控制元件來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的變量方式。圖62所示為A10VO系列泵作為恒壓、恒功率應(yīng)用時(shí)的原理圖，該控制系統(tǒng)主要由基泵、恒功率閥、恒壓控制閥和變量液壓缸等部分組成。變量泵控制系統(tǒng)中的變量液壓缸是該系統(tǒng)的執(zhí)行元件，斜盤(pán)是系統(tǒng)的控制對(duì)象，變量泵輸出的壓力、流量、功率是這個(gè)系統(tǒng)的受控參數(shù)，變量機(jī)構(gòu)上的控制閥是這個(gè)系統(tǒng)的控制元件。該系統(tǒng)中的恒功率閥4實(shí)際上是一個(gè)普通直動(dòng)式溢流閥，只是其控制彈簧與變量液壓缸3.2的變量活塞有機(jī)械聯(lián)動(dòng)，當(dāng)變量活塞伸出時(shí)壓緊控制彈簧，增大恒功率閥設(shè)定壓力，反之則調(diào)小設(shè)定壓力，控制彈簧由一大一小兩條組成。比例閥7和8的控制彈簧也分別由一大一小兩條組成，其中大彈簧較長(zhǎng)，剛度較小；小彈簧較短，剛度較大，也是出于標(biāo)準(zhǔn)化要求以適應(yīng)不同的控制要求。
如圖60所示，泵未起動(dòng)運(yùn)行時(shí)，變量液壓缸3.1在復(fù)位彈簧的作用下將斜盤(pán)傾角推到最大位置。泵起動(dòng)運(yùn)行時(shí)，兩位三通換向閥11沒(méi)得電．泵出口壓力達(dá)到最低控制壓力后，壓力油經(jīng)換向閥ll右位直接作用在變量缸3.2無(wú)桿腔，推動(dòng)斜盤(pán)傾角向零的方向變化，在達(dá)到零后最終停下來(lái)。該最低控制壓力主要由變量缸3.1和3.2無(wú)桿腔面積及變量缸3.1上的復(fù)位彈簧預(yù)緊力和剛度決定，變量缸3.1和3.2無(wú)桿腔面積比一般為1:2。幾秒鐘后換向閥11得電換向，建立系統(tǒng)壓力。換向閥延遲幾秒得電的目的是為了使變量泵輕載起動(dòng)，減少?zèng)_擊，提高系統(tǒng)工作壽命。
當(dāng)系統(tǒng)壓力pL低于恒功率閥4調(diào)定壓力pb時(shí)，閥4處于關(guān)閉狀態(tài)，通過(guò)節(jié)流閥9流量為零，比例閥8的閥心兩端壓力相等，比例閥8處于右位，變量缸3.2中的壓力為零，此時(shí)變量缸3.1在復(fù)位彈簧和無(wú)桿腔壓力pL的共同作用下將斜盤(pán)傾角推到最大位置，輸出最大流量，即圖61中的AB段。
當(dāng)負(fù)載壓力pL達(dá)到恒功率閥4調(diào)定壓力pb時(shí)，克服彈簧阻力推開(kāi)閥心使閥口打開(kāi)，于是有溢流流量通過(guò)節(jié)流閥9，在閥9前后產(chǎn)生壓差△p，此時(shí)閥8閥心兩端壓差也為Ap。當(dāng)通過(guò)流量足夠大(一般小于2L/min)，由壓差△p決定的作用力大于閥8的彈簧K1預(yù)緊力時(shí)，比例閥8處于左位，有流量經(jīng)閥8、閥7和節(jié)流閥10流向油箱。同時(shí)有壓力油經(jīng)換向閥11左位進(jìn)入缸3.2變量活塞腔，缸3.2變量活塞腔壓力足以克服變量液壓缸3.1復(fù)位彈簧和無(wú)桿腔壓力pL時(shí)活塞推動(dòng)斜盤(pán)傾角變小，泵的排量也跟著減少。負(fù)載壓力pL進(jìn)一步升高，比例換向閥8閥心右移閥口開(kāi)大。隨著這一過(guò)程的進(jìn)行，通過(guò)節(jié)流閥10的流量隨之增大，液壓缸3.2變量活塞腔壓力升高，斜盤(pán)傾角在兩變量活塞的不平衡力作用下減小，泵的輸出流量隨之減小。同時(shí)，通過(guò)變量液壓缸的機(jī)械反饋，使恒功率閥4的彈簧預(yù)緊力增大，從而在液壓泵的斜盤(pán)與恒功率閥4之間形成了一個(gè)位移力的負(fù)反饋，使斜盤(pán)穩(wěn)定在某個(gè)平衡角度上，最終穩(wěn)定在恒功率所要求的輸出流量上，完成恒功率調(diào)節(jié)與控制。彈簧力與位移成正比，所以BC段是直線(xiàn)；當(dāng)工作到C點(diǎn)時(shí)閥4彈簧起作用，彈簧總剛度增加，故變量泵在CD線(xiàn)段工作。
當(dāng)負(fù)載壓力pL高于比例閥7的彈簧K2預(yù)緊力時(shí)，比例換向閥7閥心右移，壓力油經(jīng)閥7左位和換向閥11左位進(jìn)入液壓缸3.2變量活塞腔，活塞推動(dòng)斜盤(pán)傾角變小。由于閥7的控制彈簧剛度較小而閥心直徑較大，這樣液壓泵的流量在較小的壓力增量下能迅速下降到接近于零，在最小流量時(shí)泵僅輸出補(bǔ)償系統(tǒng)漏損所需的流量，系統(tǒng)壓力基本維持不變。
3．調(diào)整方法
如果傳動(dòng)系統(tǒng)要求在恒功率段的輸出功率為W，泵的空載流量為Qmax，則恒功率起始?jí)毫D(zhuǎn)折點(diǎn)的壓力為pb=W/Qmax。
調(diào)整系統(tǒng)壓力時(shí)不能一開(kāi)始就將壓力調(diào)到最高，以免損壞設(shè)備。步驟為：①起動(dòng)泵前，將閥4、7和8調(diào)節(jié)手柄全部松開(kāi)；②起動(dòng)泵后，觀(guān)察泵的運(yùn)行狀態(tài)；③確認(rèn)正常后逐步提高比例閥7的壓力，每次增加的壓力不能太大且增壓后要觀(guān)察泵運(yùn)行一段時(shí)間，直到比例閥7設(shè)定壓力比系統(tǒng)的最大工作壓力稍高；④調(diào)整液壓泵的恒功率特性，將比例閥8的調(diào)節(jié)手柄調(diào)到幾乎全松狀態(tài)，再將功率閥4壓力設(shè)定為燦；⑤在調(diào)節(jié)恒功率特性時(shí)比例閥7處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)恒功率特性調(diào)整好以后，將比例閥7調(diào)節(jié)手柄放松，使其達(dá)到系統(tǒng)的最大工作壓力。
圖60所示系統(tǒng)中一般應(yīng)增設(shè)一個(gè)溢流閥作為安全閥使用。因?yàn)楫?dāng)變量泵失控時(shí)，液壓泵處于定量泵工況，這時(shí)壓力隨負(fù)載上升，流量為泵的最大輸出流量。這樣，泵的驅(qū)動(dòng)功率會(huì)迅速增加，可能會(huì)燒毀電動(dòng)機(jī)、破壞液壓泵或管路。安全閥可限制系統(tǒng)中的最高壓力，保護(hù)系統(tǒng)不受破壞。
4．故障分析
變量泵控制系統(tǒng)常見(jiàn)故障為：輸出流量不夠或者根本吸不上油、泵噪聲和振動(dòng)大、壓力波動(dòng)大、系統(tǒng)壓力上不去、油溫過(guò)高等，在此介紹一例故障處理過(guò)程。在一次調(diào)節(jié)新液壓泵時(shí)，在擰緊閥4調(diào)節(jié)螺釘?shù)倪^(guò)程中壓力表12讀數(shù)一直為零，負(fù)載壓力也為零。由于系統(tǒng)是全新的，各元件損壞的可能性較小，試著調(diào)節(jié)閥7的螺釘，此時(shí)負(fù)載壓力上升而壓力表12讀數(shù)仍為零。
據(jù)此可判斷從液壓泵閥塊接到壓力表的控制油路不通，拆開(kāi)有關(guān)液壓管發(fā)現(xiàn)里面沒(méi)有油液，油路卻是通的，最后拆下液壓泵閥塊處的接頭，發(fā)現(xiàn)接頭和閥塊之間竟然有一鋼球，這相當(dāng)于一單向閥阻斷了油流，將鋼球取出后系統(tǒng)正常。由于控制油管內(nèi)充滿(mǎn)空氣而且閥7控制彈簧處于幾乎全松狀態(tài)，因此液壓泵起動(dòng)后閥7的閥心左側(cè)，在油液作用下克服右側(cè)極小的空氣壓力而向右移動(dòng)，這樣系統(tǒng)只能建立很小的壓力，有時(shí)從壓力表上也測(cè)不出來(lái)。