A4VSO系列伺服變量泵
德國力士樂公司生產(chǎn)的A4VSO變量柱塞泵屬斜盤結(jié)構(gòu)軸向柱塞變量泵,其排量從零到最大無級可調(diào),改變斜盤傾角方向,可改變輸出流量。工程應(yīng)用一般采取閉式回路,通過自帶并聯(lián)齒輪泵作為輔助泵提供備壓,進(jìn)行補油。其控制方式主要包括:與壓力有關(guān)的液壓控制HD、液壓手動伺服控制HW、電氣控制EL、與速度有關(guān)的液壓控制DA。
1.伺服變量原理
A4V系列泵的伺服變量系統(tǒng)通過伺服閥,把控制壓力轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動液壓缸伸出桿的位移,再推動斜盤轉(zhuǎn)動,以改變泵的排量。因此,該系統(tǒng)為力反饋閉環(huán)控制回路??刂朴蛪毫υ谧兓秶鷥?nèi)對應(yīng)于斜盤傾角(泵的流量)的改變。該伺服系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快速等優(yōu)點,易于實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
伺服閥是變量系統(tǒng)中的核心元件,其作用是根據(jù)輸入油壓的變化導(dǎo)通控制油路與變量液壓缸的油路,推動變量液壓缸的活塞做直線運動。伺服閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。
伺服閥為O形三位四通換向閥。主閥心2的中位為關(guān)閉狀態(tài),a-Y1、b-Y2都不通,該位變量液壓缸處于靜止?fàn)顟B(tài),泵不變量;左位(閥心右移)時,導(dǎo)通a-Y1及Y2與回油口;右位時,導(dǎo)通b-Y2及Y1與回油口。力反饋機(jī)構(gòu)主要包括彈簧4、彈簧拉桿3、反饋杠桿8。反饋杠桿將變量液壓缸的位移通過反饋杠桿8、彈簧拉桿3、彈簧4轉(zhuǎn)變成作用在主閥心上的反饋力Ff。A4V變量泵的變量系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng),通過力反饋實現(xiàn)斜盤的位置控制。圖6是其變量系統(tǒng)原理圖。
設(shè)Ff為彈簧拉力,A0為控制油作用于推桿的有效面積。為了便于說明其工作原理,忽略作用在閥心上的黏性摩擦力、瞬態(tài)液動力和穩(wěn)態(tài)液動力的影響,則當(dāng)主閥心的平衡條件ΔpA0=Ff滿足時,處于中間位置,控制油壓p。不能進(jìn)入伺服液壓缸;當(dāng)ΔpA0=Ff=0時,xp=0,則斜盤傾角θ=0,泵的輸出流量為0。
當(dāng)ΔpA0>Ff時,平衡破壞,主閥心向右運動,伺服閥處于左位機(jī)能,壓力為聲。的控制油進(jìn)入液壓缸左腔,推動活塞向右走;同時,活塞桿推動反饋杠桿逆時針繞C點的固定銷轉(zhuǎn)動,反饋杠桿帶動左彈簧拉桿向左擺。A點與主閥心固定,因此彈簧拉伸,與Δp方向相反的彈簧力Fh增加,作用在主閥心上的反饋力Ff也增加。當(dāng)再次達(dá)到ΔpA0=Ff時(實際上Ff稍大一些),主閥心回到平衡位置,截斷油路,伺服液壓缸停止運動,斜盤擺角日穩(wěn)定,液壓泵穩(wěn)定在某一穩(wěn)定輸出流量下工作。
當(dāng)ΔpA0<Ff時,同理可得到類似的結(jié)果,只是運動方向相反。
總之,在Δp變化時,主閥心向不同的方向運動,導(dǎo)通不同的油路,使伺服液壓缸做出相應(yīng)的運動,調(diào)節(jié)彈簧的拉力,使反饋力Ff與液壓力△pA0最后達(dá)到新的平衡。在此平衡后,液壓缸位移Xp和斜盤傾角日得到新的值,液壓泵獲得對應(yīng)流量的工況與Δp的值一一對應(yīng)。
2.伺服變量控制模型
從圖6中可以看出,伺服變量機(jī)構(gòu)為閥控液壓缸系統(tǒng),系統(tǒng)輸入為控制壓力Δp,輸出為伺服液壓缸活塞位移Xp,因此可以建立該伺服系統(tǒng)的動態(tài)方程組Laplace變換式,即
(9-1)
式中:QL為泵的輸出流量;AP為伺服液壓缸有效截面積;Xv為伺服閥心位移;C為液壓缸的阻尼系數(shù);ks為復(fù)位彈簧的剛度;FL為反饋桿作用力;m為伺服液壓缸活塞質(zhì)量。
另外,根據(jù)伺服閥心的受力平衡,可建立閥心運動方程的Laplace變換式為
(9-2)
式中:ξ0為閥心阻尼比;m為閥心質(zhì)量;kh為拉桿彈簧剛度;ωn0為閥心固有振蕩頻率,ωn0=√(kh/m)。
該伺服系統(tǒng)的輸入開環(huán)傳遞函數(shù)為兩個振蕩環(huán)節(jié)和兩個比例環(huán)節(jié)的串聯(lián),負(fù)載開環(huán)傳遞函數(shù)為一個比例環(huán)節(jié)和一個振蕩環(huán)節(jié)串聯(lián)。系統(tǒng)開環(huán)增益大,響應(yīng)速度快,但參數(shù)選擇不當(dāng),可能引起超調(diào)量過大,穩(wěn)定速度變慢,甚至產(chǎn)生振蕩,使系統(tǒng)不穩(wěn)定。
出泵的排量q與斜盤傾角日成正比,θ與伺服液壓缸位移活塞Xp成正比,Xp受壓力△p控制,因此排量q是受△p控制的對象。泵在一定的轉(zhuǎn)速n下,流量Q與排量q成正比關(guān)系。