電液比例負(fù)載敏感控制變量徑向柱塞泵工作原理
液壓泵的負(fù)載敏感控制以其對流量和壓力的復(fù)合控制,使流量和壓力自動適應(yīng)負(fù)載的需求而達(dá)到節(jié)能目的,因此日漸受到重視。
1.徑向柱塞泵工作原理
配流式徑向柱塞泵如圖13所示,新型徑向柱塞泵主要由定子、連桿、柱塞、轉(zhuǎn)子、配油軸及左右兩側(cè)的變量機(jī)構(gòu)構(gòu)成。轉(zhuǎn)子和定子之間存在一個偏心量,連桿瓦面緊貼定子內(nèi)圓,連桿和柱塞通過球鉸相連。輸入軸通過十字鍵帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,通過連桿一柱塞組件相對于轉(zhuǎn)子的相對運(yùn)動,完成吸排油過程。通過兩側(cè)的變量機(jī)構(gòu)可以改變定子和轉(zhuǎn)子之間的偏心量,從而改變泵的輸出流量。新型徑向柱塞泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、參數(shù)高、變量形式多樣、壽命長、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。
2.負(fù)載敏感控制結(jié)構(gòu)及工作原理
(1)負(fù)載敏感控制結(jié)構(gòu)。如圖14所示,負(fù)載敏感控制機(jī)構(gòu)主要由泵出口節(jié)流閥、先導(dǎo)壓力閥和二級公用閥構(gòu)成。節(jié)流閥和二級公用閥完成恒流調(diào)節(jié)過程,先導(dǎo)壓力閥和二級公用閥完成恒壓調(diào)節(jié)過程。此種結(jié)構(gòu)由于采用了公用二級閥,因此結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)節(jié)方便,實現(xiàn)較為容易。
(2)流量敏感工作原理。二級公用閥閥心上腔接節(jié)流閥出口,下腔接節(jié)流聞人口,即泵出口,與節(jié)流閥一起構(gòu)成一個特殊的溢流節(jié)流閥。在負(fù)載壓力pL小于先導(dǎo)壓力閥設(shè)定值py時,先導(dǎo)壓力閥不工作。此時負(fù)載壓力pL的任何變動必將使通過節(jié)流閥的流量發(fā)生變化,導(dǎo)致節(jié)流閥的前后壓差△p=pP-pL發(fā)生變化,從而打破了二級公用閥閥心的平衡條件,使閥心產(chǎn)生相應(yīng)的動作,進(jìn)而使定子位置發(fā)生一定的變化,使泵的輸出流量穩(wěn)定在變化之前的流量,因此進(jìn)入系統(tǒng)的流量不受負(fù)載影響,只由節(jié)流閥的開口面積來決定。泵的出口壓力pP追隨負(fù)載壓力pL變化,兩者相差一個不大的常數(shù)△p,所以它是一個壓力適應(yīng)的動力源。
(3)壓力敏感工作原理。當(dāng)負(fù)載壓力達(dá)到先導(dǎo)壓力閥的調(diào)定壓力py時,先導(dǎo)壓力閥開啟,液阻R后關(guān)聯(lián)兩個可變液阻——先導(dǎo)閥的閥口和二級公用閥閥口,液阻R上的壓差進(jìn)一步加大,因此二級公用閥心迅速上移,使定子向偏心減小的方向運(yùn)動,使輸出流量迅速降低,維持負(fù)載壓力近似為一定值,在此過程中由于先導(dǎo)閥的定壓作用,流量檢測已不起控制作用。
3.負(fù)載敏感控制的性能
負(fù)載敏感控制過程主要有流量敏感調(diào)節(jié)過程和壓力敏感調(diào)節(jié)過程。
(1)流量敏感特性。由其工作原理可得到閥心的力平衡方程(忽略穩(wěn)態(tài)軸向態(tài)液動力),即
pPAR=pLAR+K(y0+y)
式中:pP為泵出口壓力;AR為二級公用閥閥心端面積;pL為負(fù)載壓力;K為彈簧剛度;y為彈簧預(yù)壓縮量。
其增量方程為
△RpAR=△pLAR+K△y
(△pP-△pL)AR=K△y
從上式可以看出只有在△pP=△pL時閥心才能保持對中位置,但此時只能是R上無壓差,對應(yīng)狀態(tài)是流量穩(wěn)定狀態(tài)即流過R的流量為零。只要在流量調(diào)節(jié)狀態(tài),R上總會有壓差,增量△pP總是大于增量△pL。因此隨著pP的增大,閥心向上偏移,使泵的偏心距減小。△pP越大,泵的流量偏差也越大。從分析可知,欲提高恒流精度,需減小在液阻R上的壓降,即增大液阻R的尺寸。同時適當(dāng)提高彈簧剛度也可達(dá)到同樣的效果。
(2)壓力敏感特性。當(dāng)負(fù)載壓力pL大于等于先導(dǎo)壓力閥調(diào)定壓力聲,時,先導(dǎo)壓力閥開啟。設(shè)先導(dǎo)壓力閥閥口控制壓力恒定為py,在忽略穩(wěn)態(tài)軸向液動力時,可得二級公用閥閑心的力平衡方程為
(pP-pY)AR=(p1+p2)AR=K(y0+y)
式中:p1為油液流經(jīng)節(jié)流閥產(chǎn)生的壓降;p2為油液流經(jīng)液阻R產(chǎn)生的壓降。
其增量方程為
△p=△p1+△p2=K△y/AR
在壓力敏感過程中,隨著pP的增大,p1減小,而p1增大。因此△p1為負(fù),△p2為正,所以合理選擇R可以獲得最小的恒壓誤差。從增量方程也可看出,減小彈簧剛度K也可提高恒壓精度。
4.負(fù)載敏感控制變量泵應(yīng)用實例
在某單位研制開發(fā)的負(fù)載敏感控制變量徑向柱塞泵中,應(yīng)用上述原理進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。先導(dǎo)壓力閥、節(jié)流閥均采用比例電磁鐵控制在先導(dǎo)壓力閥中,利用閥心面積差獲得的小液壓力和電磁力平衡,提高了先導(dǎo)壓力控制精度;比例節(jié)流閥采用力反饋控制形式,有效消除了液動力等的干擾。在二級公用閥中,合理設(shè)計閥心結(jié)構(gòu),通過大量計算、實驗確定彈簧剛度、液阻R的尺寸。實驗結(jié)果如圖15所示,可看出,新型負(fù)載敏感控制變量徑向柱塞泵控制精度較高。