電液比例容積控制課件

電液比例容積控制課件第一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4．1容積泵的基本控制方法液壓泵和液壓馬達都是液壓系統(tǒng)中不可缺少的能源轉換元件，為了節(jié)能的需要發(fā)展了變量泵和變量馬達。但由于通常的手動變量泵和馬達只能適應一兩種設定的工況，不能或很難適應在負載狀態(tài)下進行連續(xù)比例變量或調壓。在這些場合下會導致能量損失或性能下降，尤其是在大功率及控制復雜、要求高的場合更是如此。而比例式和伺服式容積控制的變量泵和馬達能適應各種場合的要求，能夠在工作狀態(tài)下使液壓參數(shù)作快速而頻繁的變化，從而使節(jié)能效果和控制水平大大提高。更重要的是采用了比例容積控制以后，可以通過電氣技術進行各種補償、校正、協(xié)調和適應控制，從而獲得最大限度的性能提高和節(jié)能效果。第二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一比例變量泵和馬達按其控制方式可分為比例排量、比例壓力、比例流量和比例功率控制四大類。這四種類型都是在其相應的手動控制的基礎上發(fā)展起來的，所以有必要先來考察一下變量泵的各種控制方式。

在液壓控制系統(tǒng)中，節(jié)流控制，或稱流阻控制是實現(xiàn)各種控制功能的基本手段。它具有結構簡單、成本低廉、容易調節(jié)及控制精度高等優(yōu)點，但會產生壓力降并導致能耗。對節(jié)流調速控制系統(tǒng)的功率損失研究表明，該系統(tǒng)的主要能量損失由兩部分組成：即節(jié)流損失和溢流損失。上述能量損耗的原因究其本質有兩個：流量不適應——過多的流量輸入系統(tǒng)；壓力不適應——供油壓力大于工作壓力，以補償節(jié)流壓降。解決這一問題的辦法是采用容積調速控制。為此，設計出了各種變量泵，變量機構及控制策略。4．1容積泵的基本控制方法第三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4.1.1流量適應控制

由于節(jié)流調速系統(tǒng)既有節(jié)流損失，又存在溢流損失，用數(shù)學式可表示為ΔP＝Δp×Ql+pp×ΔQ

式中：ΔP——液壓回路總損失。

流量適應控制是指泵供給系統(tǒng)的流量自動地與系統(tǒng)的需要相適應，它完全消除溢流損失。這種流量供給系統(tǒng)由于消除了過剩的流量，沒有溢流損失，提高了效率。流量適應控制的基本辦法是采用變量泵。以下是幾種較常見的流量適應拄制變量泵。4．1容積泵的基本控制方法第四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一（1）限壓式變量泵下圖所示為限壓式變量泵，它的出口接有調速閥，構成了容積節(jié)流調速回路。該泵的工作原理是利用輸出壓力與參比彈簧反力的合力來推動定子移動，使偏心距改變，即排量改變，并使排量總在與反饋壓力相應的平衡位置上。其輸出的流量特性曲線l以及調速閥流量特性曲線2如圖所示。最大輸出流量Qmax可由限制定子的最大偏心距來給定。泵的工作點由曲線1與曲線2的交點確定，在輕載時處于接近水平的一段上(拐點c之前)，重載時處在斜線段上。圖中斜線段的斜率由參比彈簧剛度決定。4．1容積泵的基本控制方法第五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4．1容積泵的基本控制方法第六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一（2）流量敏感型變量泵流量敏感變量泵的工作原理如下圖所示。它與限壓式變量泵的區(qū)別僅僅是它以流量檢測信號代替了壓力直接反饋信號。當沒有過剩流量時，流過液阻R的流量為零，控制壓力Po

也為零。這時泵的輸出流量最大，作定量泵供油。當有過剩流量流過時，流量信號轉為壓力信號Po

，然后和彈簧反力比較來確定偏心距。適當選擇液阻R可以把控制壓力限制在低壓范圍，從而使彈簧的剛度減小。由于過剩的流量先經過溢流閥，而溢流閥的微小變動就能引起調節(jié)作用，故這種流量敏感型變量泵同時具有恒壓泵的特性。其壓力——流量特性曲線如圖所示，顯然這種泵的拐點壓力及最大壓力均由溢流閥的手調機構調節(jié)確定。4．1容積泵的基本控制方法第七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一流量敏感型變量泵原理圖及其壓力——流量曲線4．1容積泵的基本控制方法第八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一（3）恒壓變量泵恒壓變量泵是指當流量作適應調節(jié)時壓力變動十分微小的變量泵。從前兩節(jié)的分析中可知，要獲得恒壓的性質，必須要盡量采用弱剛度的彈簧來作參比對象。正加先導式溢流閥一樣，用壓差來與彈簧力平衡，其恒壓性能就較直動式的好得多。恒壓變量泵也是利用這一原理來獲得壓力浮動很小的恒壓性能的。下圖給出了這種泵的工作原理和性能曲線。在恒壓變量泵中設置兩個控制腔，利用兩端的壓力差來推動變量機構作恢復平衡位置的運動，這樣彈簧剛度就可以較小。只要求彈簧能夠克服摩擦力，使泵在無壓時能處于最大排量的狀態(tài)即可。4．1容積泵的基本控制方法第九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一

恒壓變量泵原理圖及其特性曲線

1—調壓彈簧2—三通減壓閥3—變量機構

4．1容積泵的基本控制方法第十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一

泵的工作原理是：當輸出壓力比減壓閥2的調定壓力小時，減壓閥全開不起減壓作用。這時，變量機構3液壓力平衡，在復位彈簧作用下處在排量最大位置。當泵的輸出壓力等于或超過調定壓力時，減壓閥閥芯向左移動，使供油壓力和變量機構下腔部分與油箱接通。因此下腔壓力降低，使變量機構失去平衡。上腔液壓力推動變量機構下移壓縮復位彈簧，直至重新取得力平衡。與此同時，由于變量機構的移動使流量作適應變化。4．1容積泵的基本控制方法第十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4.1.2壓力適應控制

壓力適應控制是指泵供給系統(tǒng)的壓力自動地與系統(tǒng)的負載相適應，完全消除多余的壓力。壓力適應控制可以由定量泵供油系統(tǒng)來實現(xiàn)。這對于負載速度變化不大，而負載變化幅度大且頻繁的工況，具有很好的節(jié)能效果。在定量泵壓力適應系統(tǒng)中，當供油量超過需要量時，多余的流量不象定壓系統(tǒng)那樣從溢流閥中排走，也不象限壓變量泵那樣會迫使系統(tǒng)壓力升高來減少輸出流量，而是從非恒定的流阻排出。此流阻的阻值隨著執(zhí)行機構的負載和速度不同而變化。常見的壓力適應控制系統(tǒng)有恒流源系統(tǒng)、旁路節(jié)流系統(tǒng)和負載壓力反饋回路。下面只介紹與比例變量泵關系最為密切的負載壓力反饋壓力適應控制回路。4．1容積泵的基本控制方法第十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一（1）定差溢流型壓力適應控制

這種回路只需使溢流閥的彈簧腔接受負載壓力反饋信息，構成壓差控制溢流閥，或稱定差溢流閥（如下圖左側），就能使溢流閥失去恒阻抗流阻的性質，成為一種與負載壓力相適應的非恒定流阻，從而使系統(tǒng)供油壓力與負載需要相適應，實現(xiàn)節(jié)能。若將節(jié)流閥的出口壓力作為反饋壓力，實質上就構成了一個溢流節(jié)流型調速閥(圖b)。4．1容積泵的基本控制方法第十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一（2）流量敏感型穩(wěn)流量變量泵

把定差溢流閥用于變量泵時可以解決由于壓力追隨內泄漏和容性引起的不穩(wěn)定問題。把定差溢流節(jié)流閥的溢流信息，作為變量泵的變量信號，向減小流量方向變化，就可以完全消除溢流量，又能保證輸出流量不受外載的影響，構成所謂穩(wěn)流量變量泵。下圖所示為流量敏感型穩(wěn)流量變量泵的工作原理圖。它的特點是以流量檢測信號代替原來的壓力直接反饋。在工作壓力適應調節(jié)時，過剩的流量從溢流閥流走，溢流量的微小變化就能引起泵的動作，所以這種泵是流量敏感型的。實質上此泵同時具有壓力適應與流量適應的性質。4．1容積泵的基本控制方法第十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一流量敏感型穩(wěn)流量變量泵4．1容積泵的基本控制方法第十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4.1.3功率適應控制

液壓功率由壓力與流量的乘積來決定。無論是流量適應或壓力適應系統(tǒng)，都只能做到單參數(shù)適應，因而都是不夠理想的能耗控制系統(tǒng)。功率適應動力源系統(tǒng)，即壓力與流量兩參數(shù)同時正好滿足負載要求的系統(tǒng)才是理想的能耗控制系統(tǒng)。它能把能耗限制在最低的限度內。事實上，上一節(jié)中介紹的流量敏感型穩(wěn)流量變量泵就具有壓力與流量的適應能力。采用這種泵的系統(tǒng)具有功率適應性。下圖所示為一種差壓式穩(wěn)流量變量葉片泵。泵的變量機構由在定子兩邊的兩個柱塞缸組成。定子的移動靠兩個柱塞缸上的液壓作用力之差克服彈簧4的作用力來實現(xiàn)。所以這種泵稱之為差壓式變量泵。4．1容積泵的基本控制方法第十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一采用此泵的系統(tǒng)既有壓力適應的性質，又有流量適應的性質。4．1容積泵的基本控制方法第十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一下圖所示為一種較完善的功率適應動力源。其特點是泵的變量機構不是靠負載反饋信號直接控制，而是通過一個三通減壓閥作為先導閥來控制，因而具有先導控制的許多優(yōu)點，特別是靈敏度高，動特性好。主節(jié)流閥的壓差被減壓閥的參比彈簧固定，因此，通過主節(jié)流閥的流量僅由其開口面積決定。改變開口面積可使流量壓力特性曲線上下平移。調節(jié)減壓閥的彈簧預壓縮量可以改變拐點的壓力，即可使垂直段左右移動，這樣便可適應不同的工況要求。4．1容積泵的基本控制方法第十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一功率適應變量泵（a）原理圖（b）流量——壓力特性曲線4．1容積泵的基本控制方法第十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4.1.4恒功率控制

恒功率控制是使泵的總輸出功率具有與負載無關，維持恒定的性質。因液壓功率P為壓力p與流量Q的乘積，即P＝p*Q。所以精確的恒功率控制中，流量與壓力的關系是壓力升高時，流量隨壓力呈雙曲線規(guī)律減小。如下圖所示曲線。下圖所示為一種恒功率控制器的結構原理圖?？刂破髦杏袃筛自谝黄鸬膹椈?，低壓時一根較軟的彈簧起作用，這時泵的輸出對應于bc段，高壓時兩根彈簧同時接觸變量活塞。這時彈簧剛度變大，其特件曲線對應cd段。兩段合起來就能近似實現(xiàn)恒功率控制。4．1容積泵的基本控制方法第二十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一恒功率控制變量泵原理圖特性曲線4．1容積泵的基本控制方法第二十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一在一定轉速下，變量泵和馬達輸出或吸入的流量正比于排量。而排量是由變量機構的位置來決定的，因此電液比例排量控制本質上是個電液比例位置控制系統(tǒng)。它利用適當?shù)碾姟獧C轉換裝置，通過液壓放大級對變量泵或馬達的變量機構進行位置控制，使其排量與輸入信號成正比。這樣的控制稱為電液比例排量控制。雖然比例容積控制只是用比例電磁鐵和先導閥來取代手調變量機構，但這不僅是操作方式的不同，更重要的是能夠利用電氣控制來進行各種壓力補償、流量補償以及功率的適應控制，從而使控制水平大大提高。4．2比例排量變量泵和變量馬達第二十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一

下圖所示的是幾種常見的比例排量調節(jié)方案。比例排量調節(jié)的方式按反饋信號的類型分為三種，即位移直接反饋式，位移—力反饋式和位移—電反饋式。圖中壓力油輸入處p可以接內部或外部的壓力油。圍中的比例閥可以是直動式的，有時需要先導式的，使獲得足夠大的推力。也可用機械力代替控制力，必要時可以用手動，這時就相當于手動變量式定量泵。變量缸內設有對中彈簧，以便在無信號時回到無流量狀態(tài)，圖a所示為一種單向變量機構，圖b和c可以用于雙向變量。4．2比例排量變量泵和變量馬達第二十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一電液比例排量調節(jié)a)位移直接反饋式b)位移—力反饋式c)位移—電反饋式A圖B圖C圖4．2比例排量變量泵和變量馬達第二十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4.2.1位移直接反饋式比例排量調節(jié)

位移直接反饋式比例變量泵是在手動伺服變量泵的基礎上增設比例控制電—機械轉換部件而構成的。在這種變量方式中，變量活塞跟蹤先導閥芯的位移而定位?？梢娮兞炕钊男谐膛c先導閥芯的行程相等。（1）伺服電機驅動比例排量調節(jié)

伺服電動機輸出的是轉角，而伺服滑閥需要的是直線位移。因此，利用伺服電動機作電—機械轉換元件時需要加上一個螺旋機構。下圖就是這樣的一種控制方式。這種變量泵控制精度很高，工作可靠，能與電氣自動化系統(tǒng)共同工作，實現(xiàn)遙控比例變量。實際上這種泵就是電液伺服變量泵。4．2比例排量變量泵和變量馬達第二十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4．2比例排量變量泵和變量馬達第二十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一（2）比例減壓閥控制的比例排量調節(jié)變量泵采用比例減壓閥輸出的液壓油來推動伺服閥的閥芯，實現(xiàn)電液比例排量調節(jié)，這樣比例電磁鐵的行程就不受變量活塞的行程限劇。下圖所示比例排量變量泵使用的就是這種形式的比例排量調節(jié)機構。它是在手動伺服變量泵上增設電液比例減壓閥2，操縱缸3而構成的。其控制精度及靈敏度雖不如電液伺服變量泵，但其抗污染力強，價格低廉，工作可靠，對許多機械的遠程控制是很理想的。4．2比例排量變量泵和變量馬達第二十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4．2比例排量變量泵和變量馬達第二十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一（3）位移直接反饋型比例排量變量泵的特性分析

位移直接反饋比例排量調節(jié)泵的特性是指輸入信號電流或當量電流ΔI變化時，流量Q的響應特性。從上面比例排量泵的結構原理分析中可知，它的結構由三個主要環(huán)節(jié)組成，就是電—機械位移轉換機構、伺服變量機構及泵主體機構。在簡化的條件下，除伺服變量機構外，都簡化為比例環(huán)節(jié)，則泵的特性可由以下的基本方程來描述。

a.電—機械轉換機構方程4．2比例排量變量泵和變量馬達第二十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一

b.伺服變量機構特性方程c.泵的流量方程4．2比例排量變量泵和變量馬達第三十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4.2.2位移—力反饋式比例排量調節(jié)變量泵

由于位置直接反饋式中反饋量是變量活塞的位移，它必須采用伺服閥來進行位置比較。而伺服閥的制造工藝要求很高。而且為了驅動伺服閥，往往需要增加一級先導級，又使結構復雜化，增加了成本。采用位移—力反饋的控制方式來使變量活塞定位，可使變量機構的控制得到大大的簡化。（1）結構及工作原理

我國引進生產的力士樂型A7V斜軸式軸向柱塞泵就是一種位移—力反饋式的比例排量調節(jié)變量泵，如圖示。4．2比例排量變量泵和變量馬達第三十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4．2比例排量變量泵和變量馬達第三十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一泵的排量與輸入控制電流成正比。可在工作循環(huán)中無級地按程序來控制泵的排量。無控制電流時，該泵在壓力在復位彈簧的作用下返回原位，當有信號電流時，比例電磁鐵10產生推力，通過調節(jié)套筒9和推桿7作用于控制閥上。當10產生的推力足以克服起點調節(jié)彈簧3和反饋彈簧8的預壓縮力的總和時，閥芯4位移使a、b控制腔接通。變量活塞5從最小排量位置向增大排量的方向移動，實現(xiàn)變量。與此同時，在移動中不斷壓縮反饋彈簧，直至彈簧上的壓縮力略大于電磁力時，先導芯開始關閉，并終于完全關閉，實現(xiàn)位移—力反饋，使活塞定位在與輸入信號成正比的新位置上。4．2比例排量變量泵和變量馬達第三十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一A7V比例排量調節(jié)變量泵結構1—最小流量限位螺釘2—調節(jié)螺釘帶護罩3—控制起點調節(jié)彈簧4—控制閥5—控制活塞6—端蓋7—推桿8—反饋彈簧9—調節(jié)套筒10—比例電磁鐵11—最大流量限位螺釘12—配流盤13—缸體a—變量活塞小腔（通常壓力油）b—變量活塞大腔（控制腔）4．2比例排量變量泵和變量馬達第三十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一（2）傳遞函數(shù)框圖位移力反饋比較環(huán)節(jié)a）電磁力與反饋力比較環(huán)節(jié)b）方框圖c）等價方框圖4．2比例排量變量泵和變量馬達第三十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4.2.3位移—電反饋型比例排量調節(jié)

位移—電反饋式排量調節(jié)把帶有排量信息的斜軸(斜盤)的傾角或變量活塞的直線位移轉換成電信號，并把此信號反饋到輸入端由電控器進行處理。最后得出控制排量改變的信息。下圖所示為一種位移—電反饋型比例排量調節(jié)變量變量泵的原理圖。機構的位移或傾角，代表了流量的信息。由位移傳感器2檢測和反饋。所以實際上是間接的流量反饋，反饋的實際值與給定值進行比較，得出需要的排量調節(jié)信息。4．2比例排量變量泵和變量馬達第三十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一位移—電反饋型比例排量調節(jié)1—雙向變量泵2—位移傳感器3—輸入信號電位器4—電控器5—雙向變量機構6—三位四通比例換向閥7—先導油泵4．2比例排量變量泵和變量馬達第三十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一

因為是雙向變量機構，需要采用輔助先導泵向比例閥供油，使在主泵的排量為零的位置下變量機構仍能可靠工作。變量機構由彈簧對中，控制失效時，通過比例閥的中位節(jié)流口實現(xiàn)油液體積平衡而回零。該系統(tǒng)流量隨壓力升高有較大的負偏差，這是由于泵的泄漏流量ΔQL引起的?？梢姡壤帕空{節(jié)雖然可以通過電氣信號來控制泵的輸出流量，但因負載變化以及泄漏等因素引起的流量變化無法得到抑制和補償。所以，比例排量調節(jié)的流量得不到精確的控制。當需要精確控制時就要采用比例流量調節(jié)變量泵。4．2比例排量變量泵和變量馬達第三十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一

4.3.1工作原理及結構電液比例壓力調節(jié)型變量泵是一種帶負載壓力反饋的變量泵，其特點是利用負載壓力變化作為泵本身變量的控制信號。泵的出口壓力代表了負載的大小。當?shù)陀谠O定壓力時，相當于定量泵工作，輸出最大流量。當工作壓力等于設定壓力時，它按變量泵工作。泵輸出的流量隨工作壓力的增加而下降。任何工作壓力的微小變化都將引起泵較大的流量變化，從而對壓力提供了一種反向變化的補償。當系統(tǒng)的負載壓力大于設定壓力時，泵的輸出流量迅速減小到僅能維持各處的內、外泄漏，且維持設定壓力不變?？梢娺@種變量泵具有流量適應的特點，在泵作流量適應調節(jié)時，工作壓力變動很小，基本保持不變。4．3電液比例壓力調節(jié)型變量泵第三十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一電液比例壓力調節(jié)型變量泵的最大供油能力由其最大排量決定，而泵的出口壓力由比例電磁鐵的控制電流來設定。因這種泵完全消除了流量過剩，而輸出壓力又可根據工況隨時重新設定，因而有很好的節(jié)能效果。這種泵是流量適應的，它無需設置溢流閥，但應加入安全閥來確保安全。4．3電液比例壓力調節(jié)型變量泵第四十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4．3電液比例壓力調節(jié)型變量泵第四十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一比例壓力調節(jié)變量葉片泵結構原理圖4．3電液比例壓力調節(jié)型變量泵第四十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4.3.2先導式比例壓力調節(jié)變量葉片泵的特性分析變量葉片泵的定子環(huán)由兩個控制柱塞保持在一定的位置上，較大的一個控制柱塞由一軟彈簧支持，其有效面積為小的兩倍。彈簧的推力應在零壓力時足以克服各種摩擦力，把定子推至最大偏心位置。因此泵起動時能給出最大流量。直到輸出壓力達到設定的拐點壓力為止，它按定量泵工作。其后便按變量泵工作。（1）動態(tài)特性根據上述變量葉片泵的工作原理，可寫出泵與流量、工作壓力有關的諸數(shù)學式。為簡便忽略有關的庫侖摩擦以及油液壓縮性的影響和被動力。從而得到傳遞函數(shù)如下：4．3電液比例壓力調節(jié)型變量泵第四十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4．3電液比例壓力調節(jié)型變量泵第四十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一傳遞函數(shù)方框圖4．3電液比例壓力調節(jié)型變量泵第四十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一（2）靜態(tài)特性靜態(tài)特性是指泵的流量與壓力，功率與壓力及效率與壓力之間的關系。相應的靜態(tài)特性方程為4．3電液比例壓力調節(jié)型變量泵第四十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一由以上四個式子，消去中間變量求得泵的靜態(tài)特性曲線：Q—流量壓力曲線P1—最大輸出時的功率P2—零行程時的功率輸出圖示，在p＜pc的區(qū)域內，功率特性與定量泵相同，在p＞pc區(qū)域內，輸出功率急劇下降，直至到達零行程功率曲線。因此該泵用于保壓系統(tǒng)時，具有很好的節(jié)能效果。4．3電液比例壓力調節(jié)型變量泵第四十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一比例流量調節(jié)型變量泵是一種穩(wěn)流量型的自動變量泵，它的輸出流量與負載無關，且正比于輸入電信號。雖然比例排量變量泵的輸出流量也有正比于輸入信號的功能，但由于負載變化所引起的泄漏，液容的影響無法得到自動補償。因此排量調節(jié)控制不能保證流量的穩(wěn)定性。相反，比例流量調節(jié)型變量泵以流量為控制對象，在泵作壓力適應變比時，自動補償流量的變化，維持穩(wěn)流量。但由于它的恒流量性質是靠容積節(jié)流實現(xiàn)的，大流量時，其節(jié)流損失不容忽視。下圖所示為比例流量調節(jié)型變量泵的職能符號和半結構原理圖。將該圖與流量敏感型穩(wěn)流量變量泵相比較可知，除用比例節(jié)流閥代替手調節(jié)流閥外，其它是完全相同的，所以它們的工作原理也完全相同。4．4電液比例流量調節(jié)型變量泵第四十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一1—變量葉片泵2—安全閥3—比例節(jié)流閥4—固定阻尼孔5—控制閥比例流量調節(jié)變量泵4．4電液比例流量調節(jié)型變量泵第四十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4.4.1穩(wěn)流量調節(jié)控制原理如上圖所示。在設定的安全壓力范圍內，泵的全部流量通過由電氣設定的節(jié)流孔3。對于任一設定開口量，壓降與通過的流量成正比。因此，該壓降是泵流量的一個度量信息。該壓降由泵控制裝置保持恒定。控制閥芯5兩端作用著比例節(jié)流孔3的進出口壓力。出口壓力與閥芯右端彈簧腔相通。彈簧通常調定在某一壓縮量下，達一彈簧力決定了通過比例節(jié)流孔的壓降。這一壓降應使控制閥在控制邊S處有0.05mm左右的開口量，使保持小量溢流。通過調整這一壓差，對任何輸入的電信號，都可獲得準確的流量控制。4．4電液比例流量調節(jié)型變量泵第五十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一控制閥芯在正常工作時，在約0.1mm的行程內不斷調整位置，力圖保持平衡。當比例節(jié)流口關小或負載力pL下降時，入口壓力p便有大于出口壓力pL與彈簧力之和的趨勢。閥芯就有向右移動，使溢流量增大的傾向。其結果是大柱塞腔部分卸壓，使泵的出流減小，直至調節(jié)閥芯恢復到原來的位置，保持節(jié)流孔壓差不變。反之過程類似。4．4電液比例流量調節(jié)型變量泵第五十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4.4.2泵的特性分析比例流量調節(jié)型變量泵的動、靜態(tài)特性分析與壓力調節(jié)型的相仿，可以利用其結果作相應的修改而獲的。其主要差別是以壓差反饋代替壓力反饋。其方框圖如下：4．4電液比例流量調節(jié)型變量泵第五十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一比例流量調節(jié)變量泵的靜態(tài)特性4．4電液比例流量調節(jié)型變量泵第五十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一從特性曲線中可以看到，隨著壓力升高不存在截流壓力，即泵不會回到零流量處，所以這種泵不具流量適應性，因而系統(tǒng)必須設有足夠大的溢流閥。4.4.3帶流量適應的比例流量調節(jié)型變量泵

下圖所示為帶流量適應的比例流量調節(jié)型變量泵的職能符號原理圖。它是在比例流量調節(jié)的基礎上增加了一個溢流閥2和節(jié)流孔4而構成。由于增加了上述這些元件，使當工作壓力達到溢流閥2的調定壓力后，控制閥3就失去了保持恒壓差的性質。溢流后，閥3的彈簧腔壓力被固定在溢流閥調定壓力上，當系統(tǒng)壓力繼續(xù)升高時，閥芯3便左移，并最終使泵的大控制腔壓力為零。在小控制腔液壓力的推動下，變量泵處于零流量位置。4．4電液比例流量調節(jié)型變量泵第五十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一帶流量適應的比例流量調節(jié)閥1—變量機構2—溢流閥3—控制閥4—固定阻尼孔5—比例節(jié)流閥6—安全閥原理圖及靜態(tài)特性曲線4．4電液比例流量調節(jié)型變量泵第五十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一壓力和流量是兩個最基本的液壓參數(shù)，它們的乘積就是液壓功率。前面介紹的幾種比例泵中，都只有一個參數(shù)是可以任意設定的，另一個參數(shù)需要手調設定，或自動適應。自動適應控制雖然有它的優(yōu)點，但并非總是最佳選擇。例如比例壓力變量泵有流量適應能力，但它在作流量適應時，其代價是供油壓力要額外提高?；蛘弑壤髁勘迷谧鲏毫m應時要損失一定的流量。所以從能耗控制的觀點來看它們并非最優(yōu)。

比例壓力和流量調節(jié)型變量泵被稱為復合比例變量泵，能充分地利用電液比例技術的優(yōu)點。它控制靈活，調節(jié)方便，在大功率系統(tǒng)中節(jié)能十分明顯。4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵第五十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一復合比例變量泵可能實現(xiàn)的復合控制功能是通過信號處理來實現(xiàn)的。這樣兩個基本參數(shù)的控制信號并非完全獨立。有時要利用一個算出另一個或限制另一個的取值范圍。

電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵大致可分為壓力補償型和電反饋型兩種。壓力補償型是以容積節(jié)流為基礎，由一個變量泵加上比例節(jié)流閥構成，并由一個特殊的定差溢流閥（稱為恒流控制閥）和一個特殊的定壓溢流閥（稱恒壓控制閥）對變量機構進行控制，實現(xiàn)壓力和流量的比例控制。

電反饋型的可以取消比例節(jié)流閥，是純粹的容積調速。它需要利用流量和壓力傳感器對被控制壓力和流量進行檢測和反饋，構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，因而有更好的控制精度和節(jié)能效果。4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵第五十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一

4.5.1壓力補償型比例壓力和流量調節(jié)

從上節(jié)所示的特性曲線圖中可知，帶流量適應的比例流量調節(jié)型變量泵是一種比例流量調節(jié)加手動壓力調節(jié)的變量泵。因此把其中的手調溢流閥2換成比例溢流閥，便構成了一種比例壓力和流量復合調節(jié)型變量泵。其原理圖和特性曲線如下。當比例溢流閥2不溢流時它是比例流量調節(jié)，節(jié)流閥5的前后壓差被特殊的定差溢流閥3固定。這時泵的輸出流量決定于彈簧ks2的預緊力(決定壓差)與節(jié)流閥5的輸入電流(決定開口面積)。當比例溢流閥溢流時，定差溢流閥3失去定壓差的性質，其閥芯被泵的出口壓力推向左，并使泵的流量變少。這時是比例壓力調節(jié)。當負載壓力繼續(xù)升高時，變量機構回到零行程位置，最終導致截流。4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵第五十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵共用一個壓力補償閥的P—Q調節(jié)的原理及特性曲線圖4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵第五十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一這種泵具有較大的流量調節(jié)偏差和壓力調節(jié)偏差。造成這種偏差的原因主要是壓力和流量調節(jié)共用一個控制閥3所致。為了克服上述缺點，可以采用兩個壓力補償閥，分別進行壓力和流量的調節(jié)。這種泵實際上就是前面介紹過的比例壓力調節(jié)和流量調節(jié)的組合，其職能符號因及半結構圖如下圖所示。其中各控制閥可以以疊加閥的形式，疊加在泵體上。該泵具有明顯改善了的調節(jié)特性。它的流量與壓力在額定值范圍內可隨意設定來滿足不同的工況。但在作壓力調節(jié)時存在滯環(huán)，在低壓段也存在一個最小控制壓力利流量不穩(wěn)定階段。4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵第六十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一比例壓力和流量調節(jié)型變量泵職能符號及半結構圖4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵第六十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一p—Q調節(jié)變量泵的靜態(tài)特性4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵第六十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一

4.5.2電反饋型比例壓力和流量調節(jié)流量和壓力—電反饋型比例調節(jié)是把流量信息和壓力信息通過傳感器轉換成相應的電信號，并反饋到輸入端。它代表實際輸出值與給定值進行比較。任何偏差都由電控器進行處理，得出控制排量改變的信號，通過改變排量來控制輸出的流量與壓力符合要求。與壓力補償型調節(jié)相比，它可以取消比例節(jié)流閥，因而消除了節(jié)流損失，是完全的比例容積控制。壓力的檢測通常利用壓力傳感器直接檢測。而流量的直接檢測較為困難，可以利用流量傳感器來直接檢測，也可以對變量機構的位移或傾角作間接檢測。4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵第六十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一直接檢測式電反饋p—Q調節(jié)變量泵原理圖4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵第六十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一電反饋型p—Q調節(jié)變量泵原理圖1—雙向變量軸向柱塞泵2—位移傳感器3—梭閥4—壓力傳感器5—電控器6—輸入信號電位器7—直流穩(wěn)壓電源8—雙向變量機構9—節(jié)流口10—三位四通比例換向閥11—先導壓力油源4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵第六十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一電反饋型比例壓力和流量調節(jié)的特點包括：1）能同時輸出流量反饋(間接檢測)和輸出壓力反饋，因而可以依靠電控器進行p—Q函數(shù)的運算處理，實現(xiàn)復雜的多種控制功能。

2）由于是雙向變量機構，所以必須采用輔助先導油源向比例閥供油，以保證泵在排量為零的情況下不使控制及反饋失效。

3）下圖為該泵的靜態(tài)特性。4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵第六十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一其中曲線1為比例排量調節(jié)時控制電壓與缸體傾角的關系曲線。由于先導閥芯的力平衡、閥口遮蓋量、摩擦力等的影吶，曲線上可見有約±10％一15％的死區(qū)，因而需要起始控制電壓uo來克服死區(qū)的影響。圖中滯環(huán)Δαmax約為最大傾角的3％。重復精度約為2％。曲線2是通過對反饋的傾角位移信號及壓力信號實行運算后實現(xiàn)的恒功率控制的情況，曲線3是實現(xiàn)恒壓控制時的壓力與傾角之間的關系曲線。由曲線可見，在作恒壓力調節(jié)時壓力的變化值為Δp＝2MPa／26．5°。曲線4是Q—N—P

型調節(jié)特性。

由以上可見，電反饋型比例壓力和流量調節(jié)變量泵比普通的壓力和流量反饋控制更具靈活性。一泵多能，能夠適應不同的工況，在大流量的條件下具有很好的節(jié)能效果。4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵第六十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一位移及壓力電反饋比例p—Q調解變量泵的特性曲線1—比例排量調節(jié)特性曲線2—橫功率調節(jié)曲線3—橫壓力調節(jié)曲線4—Q-N-P型調節(jié)曲線4．5電液比例壓力和流量調節(jié)型變量泵第六十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一4．6二次調節(jié)在前面的內容中，我們分析到了液壓系統(tǒng)常見的機構，利用這些機構可以實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的流量、壓力以及功率等的控制，從而滿足工業(yè)應用的需要。但是，分析中我們也發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的能耗較大。它的效率一般在30%左右。效率低使得設計液壓系統(tǒng)的需求功率很大，真正作有用功的功率部分很少，而大部分功都損失變?yōu)闊崮?，因為液壓系統(tǒng)工作的最佳溫度是40度。這樣損失的熱能又得靠增加冷卻器的散熱面積來平衡，使得液壓系統(tǒng)的設計投資很大。電機、液壓泵、油箱等的規(guī)格大大增加，這樣不僅增加了設計成本而且增加了運行成本。因此，提高液壓系統(tǒng)的效率是液壓研究領域重中之重，也就是研究節(jié)能型液壓系統(tǒng)。第四章電液比例容積控制第六十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一針對液壓系統(tǒng)能耗的問題，德國漢堡國防工業(yè)大學的H.W.Nikolaus教授1977年首先提出了二次調節(jié)傳動的概念。二次調節(jié)傳動系統(tǒng)是工作在恒壓網絡的壓力偶聯(lián)系統(tǒng)，能在四個象限內工作，回收與重新利用系統(tǒng)的制動動能和重力勢能。在系統(tǒng)中液壓馬達能無損耗地從恒壓網絡獲得能量，系統(tǒng)中可以同時并聯(lián)多個負載，在各負載段可同時實現(xiàn)互不相關的控制規(guī)律；擴大了系統(tǒng)的工作區(qū)域，改善了系統(tǒng)的控制性能，減少了設備的總投資。降低了工作過程中的能耗和冷卻費用。因為它既沒有節(jié)流損失又沒有溢流損失，還回收系統(tǒng)的制動動能和重力勢能，所以其節(jié)能效果比上述的回路系統(tǒng)都優(yōu)越。第四章電液比例容積控制第七十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一

4.6.1二次調節(jié)靜液傳動的概述二次調節(jié)靜液傳動技術，是對液壓能與機械能相互轉換的液壓元件進行調節(jié)，來實現(xiàn)能量轉換和傳遞的技術。我們通常液壓調節(jié)是在液壓泵及其出口來完成的，現(xiàn)在是對執(zhí)行元件的速度、轉矩、功率調節(jié)換位到執(zhí)行元件本身。如果把液壓泵稱為一次元件或初級元件，那么執(zhí)行元件（液壓泵/馬達）稱為二次元件或次級元件。二次調節(jié)靜液傳動技術的實現(xiàn)是建立在恒壓系統(tǒng)基礎之上，目前對二次調節(jié)傳動技術的研究可以分為兩大部分：第四章電液比例容積控制第七十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一一是利用二次調節(jié)傳動技術的能量回收原理，一般用在被控對象頻繁起停、重力勢能變化大的工況。如摩天大樓的電梯、城市公交車和抽油機等等，在國外有成功的應用實例二是從控制的角度出發(fā)，利用一些復雜的算法改善液壓泵/馬達的動態(tài)特性。二次調節(jié)對改善液壓系統(tǒng)的傳動效率非常有效，仿佛走出液壓傳動低效率的“普遍規(guī)律”。它與負載敏感回路的主要區(qū)別是不但實現(xiàn)了功率適應，而且還可以對工作機構的制動動能和重力勢能進行回收和重新利用，同時多個執(zhí)行元件可以并聯(lián)在恒壓網絡上，并分別進行控制。第四章電液比例容積控制第七十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一

4.6.2二次調節(jié)靜液傳動的工作原理二次調節(jié)系統(tǒng)組成如下圖所示：

第四章電液比例容積控制第七十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一它主要由液壓泵1、蓄能器2、二次元件3、控制油缸4、電液比例（伺服）閥5組成。其中二次元件不經過任何能引起能量損失的液壓元件直接與一次元件相連，所以無損失地從恒壓網絡中獲得能量，這樣從原理上進行了節(jié)能。二次調節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的工作原理是通過調節(jié)二次元件（液壓馬達/泵）的斜盤傾角來改變二次元件的排量。不論是轉速控制、轉矩控制、還是功率控制，控制方法都是改變斜盤傾角，只是控制的對象不同而已，當然，每一種又有其各自的特性和應用場合。這種調節(jié)在次級元件液壓泵/馬達上進行，這也是為什么叫二次調節(jié)的理由。

第四章電液比例容積控制第七十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一調節(jié)通過計算機、二次元件、電液（比例）伺服閥、轉速轉矩傳感器、控制器等構成的閉環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn)。要實現(xiàn)能量回收二次元件（液壓泵/馬達）必須有兩種工況即泵工況和馬達工況。因為要實現(xiàn)能量的回收僅僅工作在馬達或泵工況是不夠的，這一點是顯而易見的。因此我們以液壓泵/馬達轉速為橫軸，以轉矩為縱軸，二次元件的功率符號來確定二次元件是從恒壓網絡中獲得能量還是向恒壓網絡中回饋能量。當二次元件從系統(tǒng)中獲得能量時稱為“馬達”工況，當二次元件向系統(tǒng)回饋能量時，取名“泵”工況。當然向系統(tǒng)回饋的能量可以儲存也可以供給別的用戶。下圖為二次元件四象限工作示意圖，一、三象限為“馬達”工況，二、四象限為泵工況。

第四章電液比例容積控制第七十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一當二次元件工作在“馬達”工況時，從恒壓網絡獲得能量。第一象限：若取馬達在第一象限時的二次元件輸出轉矩M1、從恒壓網絡流入二次元件的流量QL、二次元件輸出轉速N、二次元件的排量q為正，又因為恒壓網絡的工作壓力pL為常數(shù)，二次元件輸出功率為：P=2π*M*N=pL*QL>0

第三象限：M1<0

，N<0，q<0，QL>0，所以：P=2π*M*N=pL*QL>0

以上兩種情況可知馬達輸出功率大于零，從恒壓網絡吸收能量，此為馬達工況。第四章電液比例容積控制第七十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期一第二象限：二次元件向恒壓回饋流量QL為負，M1>0

，N<0，q>0，QL<0，所以:P=2π*M*N=pL*QL<0

第四象限：M1<0

，N>0，q<0，QL<0

，所以:P=2π*M*N=pL*QL<0

以上兩種情況可知馬達輸出功率小于零，向恒壓網絡回饋能量，此為泵工況。

以公