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• 發(fā)布時(shí)間：2014-11-08 00:00
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【概要描述】?大流量軸向柱塞泵及其控制原理-廣泛用于工程機(jī)械的大流量、高性能軸向柱塞式變量泵（簡稱PVH泵），已逐漸為廣大用戶所接受。本文簡要介紹這種泵的結(jié)構(gòu)與工作原理。????1?構(gòu)造與工作原理????1.1?構(gòu)造如圖1所示。????????1.2?工作原理????如圖2所示，當(dāng)傳動軸帶動柱塞缸體旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞也一起轉(zhuǎn)動。由于柱塞總是壓緊在斜盤上，且斜盤相對剛體是傾斜的。因此，柱塞在隨缸體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的同時(shí)，還要在柱塞缸體內(nèi)的柱塞孔中往復(fù)直線運(yùn)動。???當(dāng)柱塞從缸體柱塞塞孔中向外拉出時(shí)，缸體柱塞孔中的密閉容積便增大，通過配流盤的進(jìn)油口將液壓油吸進(jìn)缸體柱塞孔中；當(dāng)柱塞被斜盤壓入缸體柱塞孔時(shí)，缸體柱塞孔內(nèi)的容積便減小，液壓油在一定的壓力下，經(jīng)配油盤的出油口排出。如此循環(huán)，連續(xù)工作。PVH泵的控制系統(tǒng)能調(diào)節(jié)液壓泵的工況，使排出液壓油滿足工作裝置需要。????2?控制系統(tǒng)????PVH泵的控制系統(tǒng)分為兩種：壓力補(bǔ)償控制系統(tǒng)和載荷感應(yīng)壓力限定控制系統(tǒng)。????壓力補(bǔ)償控制系統(tǒng)是通過改變液壓泵的流量，保持設(shè)定的工作壓力來滿足工作要求的一種控制方式。????載荷感應(yīng)壓力限定控制系統(tǒng)，是通過對工作載荷的壓力變化進(jìn)行感應(yīng)，自動調(diào)節(jié)液壓泵的工作狀態(tài)，以滿足特定系統(tǒng)工況的要求。????2.1?壓力補(bǔ)償控制系統(tǒng)????如圖3所示，工作時(shí)，載荷或系統(tǒng)壓力總是作用于斜盤活塞上，斜盤活塞總保持液壓泵的流量趨于最大。同時(shí)，載荷或系統(tǒng)壓力也為補(bǔ)償閥腔提供壓力，使補(bǔ)償閥腔壓力與補(bǔ)償?shù)膹椈衫锉３制胶狻????一般情況下，載荷或系統(tǒng)壓力升高，是因?yàn)橐簤罕昧髁看笥谳d荷所需的流量，造成過量供油而引起的。所以，控制系統(tǒng)通過減少液壓泵排量來降低壓力。????當(dāng)載荷或系統(tǒng)壓力低于補(bǔ)償彈簧設(shè)定壓力時(shí)，補(bǔ)償閥保持關(guān)閉，液壓泵繼續(xù)做最大排量運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)載荷或系統(tǒng)壓力達(dá)到補(bǔ)償閥設(shè)定壓力時(shí)，補(bǔ)償閥芯將克服彈簧力開始向右移動，液壓油將按比例流進(jìn)控制活塞腔。由于控制活塞面積比斜盤活塞面積大，所以控制活塞就推動斜盤向減少液壓泵排量的方向移動。補(bǔ)償控制系統(tǒng)繼續(xù)按比例給控制活塞供油。并且調(diào)節(jié)液壓泵的排量直到系統(tǒng)壓力恒定。此時(shí)，液壓泵僅提供載荷需要的液壓油流量。????當(dāng)系統(tǒng)壓力低于補(bǔ)償閥設(shè)定壓力時(shí)，補(bǔ)償閥芯回復(fù)原位，斜盤回復(fù)到使液壓泵排量為最大的位置。????????2.2載荷感應(yīng)和壓力限制控制系統(tǒng)????如圖4所示，此控制系統(tǒng)綜合了壓力限制和載荷感應(yīng)控制雙重特性。液壓泵泵出的液壓油流經(jīng)各控制閥時(shí)，產(chǎn)生壓差p=ppump-pload（壓力降）；載荷感應(yīng)油路感應(yīng)到壓差p，并使載荷感應(yīng)閥芯克服彈簧力ps向中間的關(guān)閉位置移動，此時(shí)：ps=?p=ppump-pload????（1）當(dāng)系統(tǒng)保持設(shè)定的工作壓力不變，而工作系統(tǒng)的流量發(fā)生變化時(shí)：當(dāng)載荷需要液壓油量增加時(shí)，主控制閥（流量與方向閥）的開度被調(diào)大，而阻尼效應(yīng)應(yīng)降低，壓差p變小，即：????此時(shí)，作用在載荷感應(yīng)彈簧腔的載荷壓力pload與載荷感應(yīng)彈簧力ps的合力大于左右在載荷感應(yīng)閥芯右側(cè)的液壓泵出油口的油壓力ppump，即使載荷感應(yīng)閥芯向右移動，打開液壓泵出油口通往控制活塞腔的通道，控制活塞腔的油壓升高到液壓泵出油口的壓力。由于控制活塞的面積比斜盤活塞的面積大，控制活塞推動斜盤傾角大，液壓泵流量增加，滿足液壓工作裝置對流量的需求。隨著流量的增加，流速的提高，主控制閥（流量與方向閥）兩端的壓差p又逐漸增加。當(dāng)流量增加到一定程度時(shí)，壓差p與載荷感應(yīng)彈簧力相等。此時(shí)，在感應(yīng)閥芯兩端的作用力達(dá)到平衡，載荷感應(yīng)閥芯回復(fù)到中間的關(guān)閉位置?？刂苹钊膲毫Σ辉偬岣撸北P停止移動，液壓泵的流量保持恒定而不再增加。????????圖4?載荷感應(yīng)與壓力補(bǔ)償控制原理????當(dāng)（流量與方向閥）主控制閥的開度被調(diào)小時(shí)，主控制閥的阻尼效應(yīng)增強(qiáng)，兩端的壓差p變大：????即????那么，作用在載荷感應(yīng)閥芯右側(cè)的液壓泵出口壓力ppump克服載荷感應(yīng)彈簧力和載荷壓力（pload+ps），推動載荷感應(yīng)閥芯向左移動，打開控制活塞通往油箱的通道，控制活塞的壓力油向油箱排放，控制活塞腔的壓力降低。在斜盤活塞的推動下，斜盤傾角變小，液壓泵流量降低。隨著液壓泵流量的降低，主控制閥兩側(cè)的壓差p也在逐漸減小。當(dāng)液壓泵的流量降低到一定程度時(shí)，壓差值與設(shè)定的載荷感應(yīng)彈簧力相等。此時(shí)，載荷感應(yīng)閥芯兩端的作用力達(dá)到平衡，閥芯回復(fù)到中間的關(guān)閉位置，控制活塞的壓力不再下降，斜盤不再移動，液壓泵流量保持在與主控制閥開度相對應(yīng)的新的恒定值不再減少。????（2）當(dāng)系統(tǒng)流量與方向閥開度保持不變，載荷或工作壓力變化時(shí)：若主控制閥（流量與方向閥）的開度調(diào)定，則因載荷的不穩(wěn)定性，經(jīng)常會發(fā)生工作壓力的波動。此時(shí)的載荷感應(yīng)和壓力限制控制系統(tǒng)也有很好的特性。????當(dāng)載荷突然變大時(shí)，載荷壓力pload瞬間升高，作用在載荷感應(yīng)閥芯兩側(cè)的作用力失去平衡，載荷壓力與載荷感應(yīng)彈簧的壓力之和大于液壓泵出油口壓力，即：pload+?ps>ppump,?載荷感應(yīng)閥芯向右移動，打開液壓泵出油口通往控制活塞的通道。同時(shí)，載荷壓力升高，很快通過油路到達(dá)液壓泵的出油口，反應(yīng)到壓力補(bǔ)償閥的壓力控制閥芯的右側(cè)。如果此載荷壓力值超過壓力補(bǔ)償彈簧設(shè)定的最高工作壓力值，壓力補(bǔ)償彈簧將被壓縮，壓力限制閥芯向左移動，關(guān)閉載荷感應(yīng)閥通往控制活塞的通道，使載荷感應(yīng)閥暫時(shí)失去作用，而打開控制活塞通往油箱的通道，控制活塞卸壓，斜盤傾角變小，液壓泵排量降低，以達(dá)到保持最高工作壓力和保護(hù)液壓泵不被超負(fù)荷的壓力損傷的目的。壓力峰值過后，出現(xiàn)壓力較低的載荷值時(shí)，載荷感應(yīng)閥芯兩側(cè)的壓力失去平衡。由于此時(shí)的液壓泵出口壓力瞬間會高于載荷壓力與載荷感應(yīng)彈簧之和，載荷感應(yīng)閥芯向左移動，接通油箱與通往控制活塞的通道仍然被壓力補(bǔ)償閥芯關(guān)閉著，所以載荷感應(yīng)閥芯此時(shí)不起作用。在載荷壓力低于壓力補(bǔ)償設(shè)定的液壓泵工作壓力時(shí)，壓力補(bǔ)償設(shè)定的液壓泵工作壓力時(shí)，壓力補(bǔ)償彈簧推動壓力控制閥芯向右移動，接通液壓泵出口到控制活塞的通道。液壓泵為控制活塞供油，瞬間有少量液壓油通過載荷感應(yīng)閥流到油箱中。隨著系統(tǒng)壓力的升高，載荷感應(yīng)閥很快便關(guān)閉通往油箱的通道?？刂苹钊诘玫揭簤罕脡毫τ秃笸苿有北P向增加排量的方向移動。液壓泵排量增加，工作壓力提高，直至達(dá)到設(shè)定的工作壓力并保持主控制閥調(diào)定的流量。????（3）當(dāng)系統(tǒng)流量為零時(shí)的液壓泵待命狀態(tài)：當(dāng)逐漸關(guān)閉液壓系統(tǒng)的主控制閥（流量與方向閥）時(shí)，液壓泵會在保持系統(tǒng)工作壓力情況下逐漸降低排量，其原理前面已經(jīng)介紹。但當(dāng)完全將主控制閥關(guān)閉時(shí)，載荷感應(yīng)閥芯兩側(cè)的壓差達(dá)到最大，與液壓泵出油口壓力相等，即?????，而?????此時(shí)，載荷感應(yīng)彈簧在液壓泵出油口壓力作用下，載荷感應(yīng)閥芯向左移動，接通油箱通往控制活塞的通道。同時(shí)，壓力補(bǔ)償彈簧在主控制閥關(guān)閉瞬間所產(chǎn)生液壓泵壓力高峰值的作用下，被壓縮，壓力限制閥芯將壓力感應(yīng)閥通往控制活塞的通道關(guān)閉，控制活塞與油箱直接接通，控制活塞腔卸壓，斜盤傾角變小，液壓泵排量減少，壓力也降低。液壓泵降低到低于壓力補(bǔ)償閥設(shè)定的工作壓力后，在壓力補(bǔ)償彈簧的作用下，壓力限制閥芯向右移動，將控制活塞在壓力補(bǔ)償閥通往油箱的通道，控制活塞繼續(xù)卸壓，直到由載荷感應(yīng)閥彈簧設(shè)定的壓力值（ppump=3.5MPa）為止。此時(shí)，液壓泵的工作狀態(tài)為待命狀態(tài)：壓力接近3.5MPa，流量為?0。????由此可見，采用此種控制系統(tǒng)的液壓泵的工作范圍，可以從最大流量和最大壓力的工作狀態(tài)，到零流量輸出和極低壓力的最節(jié)省能量的待命狀態(tài)，與載荷達(dá)到完美的功率配合。一般來說，在關(guān)閉主控制閥后，液壓泵的工作壓力將達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的安全閥或卸荷閥壓力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常的工作壓力。液壓泵輸出的液壓油都經(jīng)過卸荷閥回流到液壓油箱，在卸荷閥的截流作用下產(chǎn)生大量的熱量。這對液壓油和液壓元件的壽命非常不利，并且浪費(fèi)大量的能量。本文介紹的液壓控制系統(tǒng)，可以在載荷需要的情況下，從零功率到最大功率運(yùn)行。既減少能耗，又延長了液壓油和液壓元件以及液壓泵和閥的使用壽命，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。