流體機械調節(jié)與控制技術5

1、主講主講 吳曉明吳曉明24學時機電控制工程（24學時） Dr. 吳曉明3.7 液壓變量馬達變量調節(jié) 目前只有幾種液壓馬達既能達到很低的轉速，又能達到1000r/min以上的高速。液壓馬達可分為高速液壓馬達（50010000r/min）及低速液壓馬達（0.51000r/min）。液壓馬達輸出的轉矩，取決于馬達的排和壓差。低速大扭矩液壓馬達（LSHT）在低速時產生較大的輸出轉矩。液壓馬達的功輸出，取決于馬達的和壓差。液壓馬達的功直接地正比于轉速，在需要高功輸出的場合，適宜選用高速馬達。而采用變量馬達，可以達到功率匹配節(jié)能降耗的目的。3.7.1 HD型液壓控制 圖3-89 HD液控變量職能原理圖1伺

2、服閥 2，3單向閥 4調壓彈簧 5反饋彈簧 6反饋桿 7變量缸 VgmaxVgmin3.7.1 HD型液壓控制 液壓馬達起始排量為最大排量 向液壓馬達的A、B工作油口的任一油口提供壓力油時，壓力油都能通過單向閥2或3進入變量缸7的有桿腔，即變量缸小腔常通高壓。 當X口先導控制壓力升高，先導控制壓力油作用在先導壓力控制伺服閥1的閥芯上的力將克服調壓彈簧4和反饋彈簧5的合力，推動先導壓力控制伺服閥閥芯向右移動，當先導控制壓力升高至液壓馬達變量起始壓力時，閥1將處于中位。3.7.1 HD型液壓控制 如果先導控制壓力繼續(xù)升高，伺服閥芯將進一步右移，伺服閥1處于左位機能，液壓馬達工作壓力油經伺服閥1進入

3、變量缸無桿腔。 由于變量活塞7兩端面積不相等，當兩端都受壓力油作用時，變量活塞7將向左運動，固定在變量活塞上的反饋桿6將帶動配流盤及缸體擺動，使缸體與主軸之間的夾角減小，從而使液壓馬達排量減小。 同時，反饋桿6壓縮反饋彈簧5，迫使伺服閥1的閥芯向左移動直到伺服閥1回到中位，變量缸無桿腔的油道被封閉，液壓馬達停止變量將處于一個與先導控制壓力相對應的排量位置。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閉閥口，從而使變量活塞定位。3.7.1 HD型液壓控制 當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將由中位機能變?yōu)橛椅粰C能，變量缸無桿

4、腔變?yōu)榈蛪?，在有桿腔壓力油的作用下，變量活塞將向右運動，固定在變量活塞上的反饋桿6將帶動配流盤及缸體擺動，使缸體與主軸之間的夾角增大，從而使液壓馬達排量增大。 同時，由于反饋桿6隨變量活塞向右移動，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，伺服閥芯向右移動直到伺服閥1處于中位（在圖3-89中未畫出），變量缸7大腔的油道被封閉，液壓馬達停止變量。 綜上所述，當先導控制壓力在變量起始壓力和變量終止壓力之間變化時，液壓馬達排量將在最大和最小之間相應變化。3.7.1 HD型液壓控制圖3-90 HD控制特性曲線3.7.2 HD1D型液壓控制+壓力切斷控制圖3-91 HD1D液壓控制

5、職能原理圖1伺服閥 2調壓彈簧 3反饋彈簧 4反饋桿 5變量缸 6變量缸活塞 7壓力切斷閥 8，9單向閥VgmaxVgmin3.7.2 HD1D型液壓控制+壓力切斷控制 HD1D型控制是在HD型控制基礎上增加了一臺壓力切斷閥7而成的。 當液壓馬達工作壓力低于切斷壓力設定值時，壓力切斷閥7處于右位機能，此時壓力切斷閥7僅相當于是伺服閥1與變量缸6大腔之間的一段油液通道，液壓馬達完全受先導壓力的控制。 當液壓馬達工作壓力升高，達到切斷壓力設定值時，壓力切斷閥7將處于中位機能位置，此時，變量缸無桿腔油路被封閉，液壓馬達將保持當前的排量。 當液壓馬達工作壓力繼續(xù)升高，壓力切斷閥7將處于左位機能位置，使

6、變量缸無桿腔與低壓油路接通，變量缸6活塞將在小腔壓力油的作用下向右移動，使液壓馬達排量增大。3.7.2 HD1D型液壓控制+壓力切斷控制 眾所周知，如果由于負載轉矩的緣故或由于液壓馬達擺角減小而造成系統壓力升高，在達到恒壓控制的設定值時，液壓馬達擺向較大的擺角。由于增大排量導致壓力減小，控制器偏差消失。隨著排量的增加，液壓馬達產生較大的轉矩，而壓力保持常值，此壓力設定值的大小可通過改變壓力控制閥7上彈簧的預壓縮值確定。 液壓馬達的輸出轉矩是根據負載的需要而決定的，即對于一個確定的負載來說，所需的馬達扭矩也是確定的，而液壓馬達輸出轉矩是其排量與進出口壓差的乘積，在液壓馬達工作壓力高于切斷壓力設定

7、值的情況下，壓力控制閥7一直處于左位機能，液壓馬達排量持續(xù)增大，直到液壓馬達工作壓力下降到與切斷壓力設定值相等，壓力控制閥7回到中位機能位置，液壓馬達停止變量。 總之，液壓馬達的壓力切斷控制功能就是根據外部負載的變化自動改變液壓馬達排量，從而使液壓馬達的工作壓力保持在設定范圍之內。 3.7.2 HD1D型液壓控制+壓力切斷控制先導壓力控制與壓力切斷控制之間的關系是：先導壓力控制和壓力切斷控制不能同時對液壓馬達起控制作用，在液壓馬達工作壓力低于切斷壓力設定值時，液壓馬達將完全由先導壓力來控制；當液壓馬達工作壓力達到切斷壓力設定值后，液壓馬達將由壓力切斷控制閥自動控制。這種具有壓力切斷功能的先導壓

8、力控制變量柱塞液壓馬達，將人工控制和自動控制有機地結合起來，克服了傳統變量液壓馬達單一控制方式的缺點，大大地提升了主機系統的操控性能和安全性能，從而提高了工作效率。3.7.2 HD1D型液壓控制+壓力切斷控制圖3-91 HD1D液壓控制職能原理圖1伺服閥 2調壓彈簧 3反饋彈簧 4反饋桿 5變量缸 6變量缸活塞 7壓力切斷閥 8，9單向閥3.7.3 HS型液壓兩點變量控制 圖3-92 液壓兩點控制職能原理圖和特性曲線a) 控制職能原理圖 b）先導壓力與排量之間的關系曲線 3.7.3 HS型液壓兩點變量控制 這種控制方式與HD控制方式的區(qū)別在于后者沒有反饋彈簧，只按外控油的先導壓力來兩點式控制液

9、壓馬達排量，變量控制的原理以及先導壓力與排量之間的關系曲線見圖3-92。 這種變量方式，就是從X油口通入先導控制壓力油，只要先導油壓力超過調壓彈簧的設定壓力，就會推動控制滑閥在左位工作，從負載口來的壓力油進入變量缸活塞的右腔，推動液壓馬達斜盤傾角減小，由于無反饋彈簧的控制作用，變量活塞將一直向左運動到排量限定位置，液壓馬達將處在最小排量工作模式。而當先導壓力油卸載，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，液壓馬達處在最大排量模式，實現兩點式控制。3.7.4 HA型高壓自動變量控制 a) b) 圖 3-93 高壓自動變量控制職能原理圖a) HA1型高壓自動變量 b

10、) HA2型高壓自動變量3.7.4 HA型高壓自動變量控制在與高壓有關的自動控制中（見圖3-93），排量的設定值隨工作壓力的變化而自動改變。此種變量方式，當A或B口的內部工作壓力一旦達到控制閥調壓彈簧的設定壓力值時，液壓馬達的排量由最小排量Vgmin向最大排量Vgmax轉變?？刂破瘘c在最小排量Vgmin（最小轉矩，最高轉速），控制終點在最大排量Vgmax(最大轉矩，最低轉速)。有兩種方式供選用，無壓力增量HA1型和壓力增量p為10MPa的HA2型。3.7.4 HA型高壓自動變量控制a) b) 圖3-94 HA高壓自動變量特性曲線a) HA1型工作壓力和排量的關系 b) HA2型工作壓力和排量的

11、關系 3.7.5 ES型電動雙速兩點排量控制 圖3-95 電動雙速兩點控制3.7.5 ES型電動雙速兩點排量控制液壓馬達排量處于Vgmin或Vgmax是由控制電磁鐵通斷來實現。對于圖3-95所示結構，電磁鐵斷電時，在壓力油的作用下，變量缸有桿腔通壓力油，無桿腔接回油，此時液壓馬達的排量最大，液壓馬達輸出最大轉矩和最低轉速。當電磁鐵通電時，控制滑閥左位工作，變量缸無桿腔進油，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，馬達排量最小，此時液壓馬達輸出最小轉矩和最高轉速。有兩種標準結構， 控制起點在Vgmax（最大轉矩、最低轉速）和控制起點在Vgmin（最小轉矩、最高轉速）有兩種控

12、制方案供選用，ES1（控制電壓DC12V）和ES2（控制電壓DC24V）。 3.7.6 EP型電液比例控制 圖3-96 EP型電液比例變量控制職能原理圖 3.7.6 EP型電液比例控制圖3-97 EP型電液比例變量控制特性曲線 3.7.6 EP型電液比例控制 其工作原理是向液壓馬達的A、B工作油口的任一口提供壓力油時，壓力油都能通過單向閥進入變量缸的有桿腔，即變量缸有桿腔常通高壓。當比例電磁鐵的電流增加時，電磁力作用在比例閥閥芯上，克服調壓彈簧和反饋彈簧的合力，推動比例閥閥芯向右移動，比例閥處于左位機能，液壓馬達工作壓力油經比例閥進入變量缸無桿腔。由于變量活塞兩端面積不相等，當兩端都受壓力油作

13、用時，變量活塞將向左運動，固定在變量活塞上的反饋桿將帶動配流盤及缸體擺動，使缸體與主軸之間的夾角減小，從而使馬達排量減小。同時，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，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，液壓馬達停止變量。 3.7.6 EP型電液比例控制此時，液壓馬達將處于比例閥電流相對應的排量位置；當控制電流降低，比例閥芯上的力平衡被打破，彈簧力大于電磁力，比例閥將由中位機能變?yōu)橛椅粰C能，變量缸無桿腔變?yōu)榈蛪?，在有桿腔壓力油的作用下，變量活塞將向右運動，固定在變量活塞上的反饋桿將帶動配流盤及缸體擺動，使缸體與主軸之間的夾角增大，從而

14、使液壓馬達排量增大。同時，由于反饋桿隨變量活塞向右移動，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，比例閥芯向右移動直到比例閥處于中位，變量缸大腔的油道被封閉，液壓馬達停止變量。綜上所述，當控制電流在變量起始壓力和變量終止壓力之間變化時，液壓馬達排量將在最大和最小之間相應變化。控制電流和輸出排量的特性曲線見圖3-97。電控方式EPD液壓比例控制圖3-98 EPD控制方式職能原理圖 電控方式EPD液壓比例控制恒壓控制覆蓋EP液壓比例控制功能，如果系統壓力由于負載轉矩（例如負載瞬變）的緣故或由于液壓馬達擺角減小而升高，當壓力達到了壓力控制閥3的恒壓設定值時，圖3-98中壓力控制閥3上位

15、工作，壓力油推動變量活塞6使液壓馬達開始擺動到一個較大的排量角度。排量增加導致系統壓力的減小，從而引起控制器偏差增加。當壓力保持常數值時，隨著排量的增加馬達的轉矩也在增大。壓力控制閥的設定范圍：當排量在28200mL/r 時為840MPa；當排量在2501000 mL/r時為8035MPa。3.7.7 DA型轉速液壓控制1行駛方向閥 2伺服滑閥圖3-99 DA轉速液控變量職能原理圖及輸出特性曲線a) 控制職能原理圖 b）轉速與排量之間的關系曲線3.7.7 DA型轉速液壓控制 具有速度依賴于液壓控制的變量液壓馬達，其與A4VG帶有DA控制的變量泵一起用于靜液傳動。來自于A4VG變量泵的驅動速度的

16、先導壓力與工作壓力一起，調節(jié)液壓馬達的排量。若按先導壓力，變量起點是在最大排量Vgmax處（到Vgmin）；若按工作壓力，變量起點是在最小排量Vgmin處（到Vgmax）。由A4VG變量泵的輸出的轉速和工作壓力確定的液控先導壓力（提高原動機的轉速=提高泵的轉速=提高先導壓力）可控制液壓馬達的變量擺角。加載油口X1和X2上的液控先導壓力依靠行駛方向而定。泵的輸入轉速增高時，引起液控先導壓力升高，同時也使工作壓力升高。將A4VG變量泵確定的先導壓力引到X1或X2油口，如圖-99所示。 3.7.7 DA型轉速液壓控制例如，X2接通，行駛方向閥1左位工作，先導液壓油通過行駛方向閥1作用在圖3-99中下

17、面的伺服滑閥2閥芯左腔，克服彈簧力伺服滑閥2左位工作，壓力油推動變量活塞使馬達向減小排量方向轉變（轉矩減小，轉速增加）。假如工作壓力升高到超過變量機構壓力控制設定的壓力值，則液壓馬達向增大排量方向轉變（轉矩增大，轉速降低）。先導壓力pst與高壓pH的比保持定值的比為3/100。先導壓力變化0.3MPa（升或降）相應使工作壓力升、降10MPa。設計帶DA變量的驅動裝置時，必須考慮A4VDA變量泵的技術數據。3.7.7 DA型轉速液壓控制DA控制主要實現以下功能：自動無級變速的車輛控制、怠速無排量、發(fā)動機升速（車提速）和爬坡自動降速；自動功率匹配（高負載時自動降速）和合理的功率分配（行走與工作機構

18、）；極限載荷調節(jié)（最大載荷限制）；人工功率分配；其他如最佳油耗等。 3.7.8 MO型轉矩變量控制 圖3-100 MO轉矩變量控制職能原理圖3.7.8 MO型轉矩變量控制 轉矩變量控制主要用來驅動絞車，產生恒定的牽引力，控制起點在Vgmin（最小轉矩，最高轉速）。這種變量控制方式通過改變液壓馬達的排量而得到恒定的轉矩。如圖3-100所示，工作原理是，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，此時變量活塞有桿腔在工作壓力的作用下使液壓馬達排量增大，壓力減小，可以保持轉矩不變。3.6.6與轉速有關的DA控制（速度敏感控制）當工作壓力增加時，壓力油會克服彈簧力推動閥芯向右移動，使來自于A或B的壓力油進入變量缸的無桿腔，推動變量機構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，閥芯位移增加使滑閥左腔通過滑閥閥口與回油相通，控制