幾種軸向柱塞式液壓馬達(dá)的變量調(diào)節(jié)原理

1、幾種軸向柱塞式液壓馬達(dá)的變量調(diào)節(jié)原理2014-8-7 10:18:13點(diǎn)擊：3129引言液壓馬達(dá)的功率輸出，取決于馬達(dá)的流量和壓差。液壓馬達(dá)的輸出功率直接正比于轉(zhuǎn)速。采用變量馬達(dá)，可以達(dá)到功率匹配節(jié)能降耗的目的。此外，為了在不增加管路阻力的條件下提高液壓馬達(dá)的速度，也有必要為減少液壓馬達(dá)的排量而采用變量馬達(dá)。這里，僅以軸向變量柱塞馬達(dá)為研究對(duì)象，重點(diǎn)討論幾種液壓馬達(dá)的變量調(diào)節(jié)方式。1 HD型液壓控制調(diào)節(jié)原理這是一種與先導(dǎo)壓力相關(guān)的液壓控制方式，馬達(dá)的排量隨液控先導(dǎo)壓力信號(hào)無級(jí)變化，主要適用于行走的或固定的機(jī)械設(shè)備。    圖1為HD液壓控制變量馬達(dá)的工作原理圖，液

2、壓馬達(dá)起始排量為最大排量，排量隨著X口先導(dǎo)控制壓力在最大和最小之間無級(jí)變化。其原理為:向液壓馬達(dá)的A,B工作油口的任一油口提供壓力油時(shí)，壓力油都能通過單向閥2或3進(jìn)入變量缸7的有桿腔，即變量缸小腔常通高壓。當(dāng)X口先導(dǎo)控制壓力升高，先導(dǎo)控制壓力油作用在先導(dǎo)壓力控制伺服閥1閥芯上的力將克服調(diào)壓彈簧4和反饋彈簧5的合力，推動(dòng)先導(dǎo)壓力控制伺服閥閥芯向右移動(dòng)，當(dāng)先導(dǎo)控制壓力升高至液壓馬達(dá)變量起始?jí)毫r(shí)，閥1將處于中位。如果先導(dǎo)控制壓力繼續(xù)升高，伺服閥芯將進(jìn)一步右移，伺服閥1處于左位機(jī)能，液壓馬達(dá)工作壓力油經(jīng)伺服閥1. 進(jìn)入變量缸無桿腔。由于變量缸7中活塞兩端面積不相等，當(dāng)兩端都受壓力油作用時(shí)，變量缸7中

3、活塞將向左運(yùn)動(dòng)，固定在變量活塞上的反饋桿6將帶動(dòng)配流盤及缸體擺動(dòng)，使缸體與主軸之間的夾角減小，從而使液壓馬達(dá)排量減小。同時(shí)，反饋桿6壓縮反饋彈簧5，迫使伺服閥1的閥芯向左移動(dòng)直到伺服閥1回到中位，變量缸無桿腔的油道被封閉，液壓馬達(dá)停止變量將處于一個(gè)與先導(dǎo)控制壓力相對(duì)應(yīng)的排量位置。這屬于位移力反饋，利用變量活塞的位移，通過彈簧反饋使控制閥芯在力平衡條件下關(guān)閉閥口，從而使變量活塞定位。當(dāng)X口的控制壓力降低，伺服閥芯上的力平衡被打破，彈簧力大于液壓力，伺服閥1將由中位機(jī)能變?yōu)橛椅粰C(jī)能，變量缸無桿腔變?yōu)榈蛪?，在有桿腔壓力油的作用下，變量活塞將向右運(yùn)動(dòng)，固定在變量活塞上的反饋桿6將帶動(dòng)配流盤及缸體擺動(dòng)，

4、使缸體與主軸之間的夾角增大，從而使液壓馬達(dá)排量增大。同時(shí)，由于反饋桿6隨變量活塞向右移動(dòng)，反饋彈簧5壓縮量將減少，反饋彈簧作用在伺服閥1閥芯上的力將減小，伺服閥芯向右移動(dòng)直到伺服閥1處于中位(在圖1中未畫出)，變量缸7大腔的油道被封閉，液壓馬達(dá)停止變量。綜上所述，當(dāng)先導(dǎo)控制壓力在變量起始?jí)毫妥兞拷K止壓力之間變化時(shí)，液壓馬達(dá)排量將在最大和最小之間相應(yīng)變化。2  HD1D型液壓控制+恒壓變量控制    HD1D型控制是在HD型控制基礎(chǔ)上增加了一臺(tái)壓力切斷閥7而成的，見圖2。當(dāng)液壓馬達(dá)工作壓力低于切斷壓力設(shè)定值時(shí)，壓力切斷閥7處于左位機(jī)能，此時(shí)壓力切斷閥7僅

5、相當(dāng)于是伺服閥1與變量缸5大腔之間的一段油液通道，液壓馬達(dá)完全受先導(dǎo)壓力的控制。當(dāng)液壓馬達(dá)工作壓力升高，達(dá)到切斷壓力設(shè)定值時(shí)，壓力切斷閥7將處于中位機(jī)能位置，此時(shí)，變量缸無桿腔油路被封閉，液壓馬達(dá)將保持當(dāng)前的排量。當(dāng)液壓馬達(dá)工作壓力繼續(xù)升高，壓力切斷閥7將處于右位機(jī)能位置，使變量缸無桿腔與低壓油路接通，變量缸活塞6將在小腔壓力油的作用下向右移動(dòng)，使液壓馬達(dá)排量增大。    如果由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的緣故或由于液壓馬達(dá)擺角減小而造成系統(tǒng)壓力升高，在達(dá)到恒壓控制的設(shè)定值時(shí)，液壓馬達(dá)擺向較大的擺角。由于增大排量導(dǎo)致壓力減小，控制器偏差消失。隨著排量的增加，液壓馬達(dá)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩

6、，而壓力保持常值，此值的大小可通過改變伺服閥1上彈簧的預(yù)壓縮值確定。液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩是根據(jù)負(fù)載的需要而決定的，即對(duì)于一個(gè)確定的負(fù)載來說，所需的馬達(dá)扭矩也是確定的，而液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩是其排量與進(jìn)出口壓差的乘積，在液壓馬達(dá)工作壓力高于切斷壓力設(shè)定值的情況下，壓力切斷閥7一直處于右位機(jī)能，液壓馬達(dá)排量持續(xù)增大，直到液壓馬達(dá)工作壓力下降到與切斷壓力設(shè)定值相等，壓力切斷閥7回到中位機(jī)能位置，液壓馬達(dá)停止變量。當(dāng)外部負(fù)載減小時(shí)，液壓馬達(dá)的控制過程與上述過程相反，這里不再贅述?？傊?，液壓馬達(dá)的壓力切斷控制功能就是根據(jù)外部負(fù)載的變化自動(dòng)改變液壓馬達(dá)排量，從而使液壓馬達(dá)的工作壓力保持在設(shè)定范圍之內(nèi)。 

7、;   先導(dǎo)壓力控制與壓力切斷控制之間的關(guān)系是:先導(dǎo)壓力控制和壓力切斷控制不能同時(shí)對(duì)液壓馬達(dá)起控制作用，在液壓馬達(dá)工作壓力低于切斷壓力設(shè)定值時(shí)，液壓馬達(dá)將完全由先導(dǎo)壓力來控制;當(dāng)液壓馬達(dá)工作壓力達(dá)到切斷壓力設(shè)定值后，液壓馬達(dá)將由壓力切斷控制閥自動(dòng)控制。    這種具有壓力切斷功能的先導(dǎo)壓力控制變量柱塞液壓馬達(dá)，將人工控制和自動(dòng)控制有機(jī)地結(jié)合起來，克服了傳統(tǒng)變量液壓馬達(dá)單一控制方式的缺點(diǎn)，大大地提升了主機(jī)系統(tǒng)的操控性能和安全性能，從而提高了工作效率。3  HS型液壓兩點(diǎn)變量控制    這種控制方式與HD控制

8、方式的區(qū)別在于前者沒有反饋彈簧，只按外控油的先導(dǎo)壓力來兩點(diǎn)式控制液壓馬達(dá)排量，變量控制的原理以及先導(dǎo)壓力與排量之間的關(guān)系曲線見圖3。這種變量方式，就是從X油口通入先導(dǎo)控制壓力油，只要先導(dǎo)油壓力超過調(diào)壓彈簧的設(shè)定壓力，就會(huì)推動(dòng)控制滑閥在左位工作，從負(fù)載口來的壓力油進(jìn)入變量缸活塞的右腔，推動(dòng)液壓馬達(dá)斜盤傾角減小，由于無反饋彈簧的控制作用，變量活塞將一直向左運(yùn)動(dòng)到排量限定位置，液壓馬達(dá)將處在最小排量工作模式。而當(dāng)先導(dǎo)壓力油卸載，控制滑閥在彈簧的作用下回到右位，變量缸活塞右腔回油箱，在高壓油的作用下，液壓馬達(dá)處在最大排量模式，實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)式控制。4  ES型電動(dòng)雙速兩點(diǎn)排量控制 

9、60;  液壓馬達(dá)排量處于vgmin或vgmax是由控制電磁鐵通斷來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于圖4所示結(jié)構(gòu)，電磁鐵斷電時(shí)，在壓力油的作用下，變量缸有桿腔通壓力油，無桿腔接回油，此時(shí)液壓馬達(dá)的排量最大，液壓馬達(dá)輸出最大轉(zhuǎn)矩和最低轉(zhuǎn)速。當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，控制滑閥左位工作，變量缸無桿腔進(jìn)油，由于變量缸的作用面積不一樣，在油壓的作用下，變量活塞向左移動(dòng)，馬達(dá)排量最小，此時(shí)液壓馬達(dá)輸出最小轉(zhuǎn)矩和最高轉(zhuǎn)速。有兩種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，控制起點(diǎn)在Vgmax(最大轉(zhuǎn)矩·最低轉(zhuǎn)速)和控制起點(diǎn)在Vgmin(最小轉(zhuǎn)矩、最高轉(zhuǎn)速)    同樣，所需的控制油來自高壓側(cè)，因此需要最低為1. 5 MPa

10、的工作壓力。假如工作壓力小于1. 5 MPa時(shí)，必須在G口供入1. 5 MPa的輔助壓力。5  EP型電液比例控制    電子控制使用比例電磁鐵或者比例閥，根據(jù)電信號(hào)對(duì)排量進(jìn)行連續(xù)的控制，被控制量正比于所施加的控制電流。    控制原理參見圖5。根據(jù)電信號(hào)可以無級(jí)或者兩點(diǎn)控制液壓馬達(dá)排量，其工作原理是向液壓馬達(dá)的A,B工作油口的任一口提供壓力油時(shí)，壓力油都能通過單向閥進(jìn)入變量缸的有桿腔，即變量缸有桿腔常通高壓。當(dāng)比例電磁鐵的電流增加時(shí)，電磁力作用在比例閥閥芯上，克服調(diào)壓彈簧和反饋彈簧的合力，推動(dòng)比例閥閥芯向右移動(dòng)，比例閥處于

11、左位機(jī)能，液壓馬達(dá)工作壓力油經(jīng)比例閥進(jìn)入變量缸無桿腔。由于變量活塞兩端面積不相等，當(dāng)兩端都受壓力油作用時(shí)，變量活塞將向左運(yùn)動(dòng)，固定在變量活塞上的反饋桿將帶動(dòng)配流盤及缸體擺動(dòng)，使缸體與主軸之間的夾角減小，從而使馬達(dá)排量減小。同時(shí)，反饋桿將壓縮反饋彈簧，反饋彈簧作用在比例閥閥芯上的力增大，迫使閥芯向左移動(dòng)，直到與電磁力平衡，比例閥回到中位，變量缸無桿腔的油道被封閉，液壓馬達(dá)停止變量。此時(shí)，液壓馬達(dá)將處于比例閥電流相對(duì)應(yīng)的排量位置;當(dāng)控制電流降低，比例閥芯上的力平衡被打破，彈簧力大于電磁力，比例閥將由中位機(jī)能變?yōu)橛椅粰C(jī)能，變量缸無桿腔變?yōu)榈蛪?，在有桿腔壓力油的作用下，變量活塞將向右運(yùn)動(dòng)，固定在變量活

12、塞上的反饋桿將帶動(dòng)配流盤及缸體擺動(dòng)，使缸體與主軸之間的夾角增大，從而使液壓馬達(dá)排量增大。同時(shí)，由于反饋桿隨變量活塞向右移動(dòng)，反饋彈簧壓縮量減小，反饋彈簧作用在比例閥閥芯上的力減小，比例閥芯向右移動(dòng)直到比例閥處于中位，變量缸大腔的油道被封閉，液壓馬達(dá)停止變量。綜上所述，當(dāng)控制電流在變量起始?jí)毫妥兞拷K止壓力之間變化時(shí)，液壓馬達(dá)排量將在最大和最小之間相應(yīng)變化。另有一種電控方式EP.D液壓比例控制，還具有恒壓力控制功能，見圖6.恒壓控制覆蓋EP液壓比例控制功能，如果系統(tǒng)壓力由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩(例如負(fù)載瞬變)的緣故或由于液壓馬達(dá)擺角減小而升高，當(dāng)壓力達(dá)到了壓力控制閥3的恒壓設(shè)定值時(shí)，壓力控制閥3上位工作，壓

13、力油推動(dòng)變量缸6中活塞使液壓馬達(dá)開始擺動(dòng)到一個(gè)較大的排量角度。排量增加導(dǎo)致系統(tǒng)壓力的減小，從而引起控制器偏差增加。當(dāng)壓力保持常數(shù)值時(shí)，隨著排量的增加馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩也在增大。6  DA型轉(zhuǎn)速液壓控制 具有速度依賴于液壓控制的變量液壓馬達(dá)，其與A4VG帶有DA控制的變量泵一起用于靜液傳動(dòng)。來自于A4VG變量泵的驅(qū)動(dòng)速度的先導(dǎo)壓力與工作壓力一起，調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的排量。    由A4VG變量泵的輸出的轉(zhuǎn)速和工作壓力確定的液控先導(dǎo)壓力(提高原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速=提高泵的轉(zhuǎn)速=提高先導(dǎo)壓力)可控制液壓馬達(dá)的變量擺角。加載油口X1和X2上的液控先導(dǎo)壓力依靠行駛方向而定。泵

14、的輸入轉(zhuǎn)速增高時(shí)，引起液控先導(dǎo)壓力升高，同時(shí)也使工作壓力升高。將A4VG變量泵確定的先導(dǎo)壓力引到X1或X2油口，如圖7所示。例如，X2接通，行駛方向閥1左位工作，先導(dǎo)液壓油通過行駛方向閥1作用在伺服滑閥2閥芯左腔，克服彈簧力伺服滑閥2左位工作，壓力油推動(dòng)變量活塞使馬達(dá)向減小排量方向轉(zhuǎn)變(轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速增加)。假如工作壓力升高到超過變量機(jī)構(gòu)壓力控制設(shè)定的壓力值，則液壓馬達(dá)向增大排量方向轉(zhuǎn)變(轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速降低)。先導(dǎo)壓力Pst與高壓PH的比保持定值比為3 /100。先導(dǎo)壓力變化0. 3MPa升或降)相應(yīng)使工作壓力升、降10 MPa .    設(shè)計(jì)帶DA變量的驅(qū)動(dòng)裝置

15、時(shí)，必須考慮A4VDA變量泵的技術(shù)數(shù)據(jù)。    DA控制主要實(shí)現(xiàn)以下功能:自動(dòng)無級(jí)變速的車輛控制、怠速無排量、發(fā)動(dòng)機(jī)升速(車提速)和爬坡自動(dòng)降速;自動(dòng)功率匹配(高負(fù)載時(shí)自動(dòng)降速)和合理的功率分配(行走與工作機(jī)構(gòu));極限載荷調(diào)節(jié)(最大載荷限制);人工功率分配;其他如最佳油耗等。7  MO型轉(zhuǎn)矩變量控制    轉(zhuǎn)矩變量控制主要用來驅(qū)動(dòng)絞車，產(chǎn)生恒定的牽引力，控制起點(diǎn)在Vgmin(最小轉(zhuǎn)矩，最高轉(zhuǎn)速)。    這種變量控制方式通過改變液壓馬達(dá)的排量而得到恒定的轉(zhuǎn)矩。如圖8所示，工作原理是，固定節(jié)流口和

16、控制滑閥的可變節(jié)流口組成了B型半橋，若工作壓力比較低，那么滑閥左腔的控制壓力也比較低，在控制滑閥彈簧的作用下，使得變量缸無桿腔接通油箱，此時(shí)變量活塞有桿腔在工作壓力的作用下使液壓馬達(dá)排量增大，壓力減小，可以保持轉(zhuǎn)矩不變。當(dāng)工作壓力增加時(shí)，壓力油會(huì)克服彈簧力推動(dòng)閥芯向右移動(dòng)，使來自于A或B的壓力油進(jìn)入變量缸的無桿腔，推動(dòng)變量機(jī)構(gòu)向減小排量的方向變化，與變量活塞桿連接的反饋桿壓縮反饋彈簧形成力反饋，同時(shí)，閥芯位移增加使滑閥左腔通過滑閥閥口與回油相通，此時(shí)B型半橋的控制作用使控制腔的壓力降低，閥芯上的受力平衡，閥口關(guān)閉排量減小至一定值。壓力增加排量減小仍然保持輸出轉(zhuǎn)矩不變。它可根據(jù)需要進(jìn)行改變，使絞車產(chǎn)生恒定的牽引力。如果卷筒上沒有拉力，則液壓馬達(dá)在較低的壓力下工作，從而先導(dǎo)壓力也較低，液壓馬達(dá)排量增大，轉(zhuǎn)速降低，絞車減速運(yùn)轉(zhuǎn)，直至達(dá)到絞車的拉力時(shí)保持拉力并停止運(yùn)轉(zhuǎn)。為限制液壓馬達(dá)的最