1、流體機(jī)械調(diào)節(jié)與控制技術(shù),主講 吳曉明,24學(xué)時(shí),機(jī)電控制工程（24學(xué)時(shí)） Dr. 吳曉明,1.1簡(jiǎn)述,液壓變量泵及變量馬達(dá)能在變量控制裝置的作用下能夠根據(jù)工作的需要在一定范圍內(nèi)調(diào)整輸出特性，如：恒流控制、恒壓控制、恒速控制、恒轉(zhuǎn)矩控制、恒功率控制、功率匹配控制等。 采用變量泵實(shí)現(xiàn)容積控制。使用變量泵進(jìn)行位置和速度控制時(shí)，能量損耗最小。正確地使用和調(diào)節(jié)泵的流量，可使其只排出滿足負(fù)載運(yùn)動(dòng)速度需要的流量，而使用定量泵時(shí)只有部分流量供給負(fù)載，其余的流量需要旁通至油箱。 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)。,1.2 三大類(lèi)泵的變量調(diào)節(jié),表1-1 三

2、大類(lèi)泵的主要應(yīng)用現(xiàn)狀,1.3 容積調(diào)節(jié)液壓變量泵（馬達(dá)）的基本工作原理,容積泵的基本工作原理：形成若干個(gè)密封的工作腔，當(dāng)密封工作腔的容積從小向大變化時(shí)，形成部分真空、吸油；當(dāng)密封工作腔的容積從大向小變化時(shí)，進(jìn)行壓油（排油）。 容積液壓馬達(dá)的基本工作原理：形成若干個(gè)密封的工作腔，進(jìn)油時(shí)，密封工作腔的容積從小向大變化；排油時(shí)，密封工作腔的容積從大向小變化，其輸出是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。 容積式液壓泵正常工作的必備條件是：具有密封容積（密封工作腔）；密封容積能交替變化；具有配流裝置。其作用是保證密封容積在吸油過(guò)程中與油箱相通，同時(shí)關(guān)閉供油通路；壓油時(shí)與供油管路相通，而與油箱切斷；吸油過(guò)程中油箱必須與大氣相通。

3、,1.4單作用葉片泵工作原理,圖1-1單作用葉片泵工作原理 1轉(zhuǎn)子 2定子 3葉片,1.4單作用葉片泵工作原理,定子的內(nèi)表面是圓柱面，轉(zhuǎn)子和定子中心之間存在著偏心，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力以及葉片根部油壓力作用下，葉片頂部貼緊在定子內(nèi)表面上，于是，兩相鄰葉片、配流盤(pán)、定子和轉(zhuǎn)子便形成了一個(gè)密封的工作腔。 當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖1-4所示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)的葉片向外伸出，密封工作腔容積逐漸增大，產(chǎn)生真空，油液通過(guò)吸油口5、配流油盤(pán)上的吸油窗口進(jìn)入密封工作腔；而在左側(cè)，葉片往里縮進(jìn)，密封腔的容積逐漸縮小，密封腔中的油液排往配流油盤(pán)的排油窗口，經(jīng)排油口1被輸送到系統(tǒng)中去。 要實(shí)現(xiàn)變量，只要改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心距的大

4、小，實(shí)際上就是改變了泵的工作容積，從而形成了變量葉片泵。,1.5 流量控制系統(tǒng)的分類(lèi),(1)閥控(節(jié)流調(diào)速)系統(tǒng) 定量泵與各種控制閥配合進(jìn)行調(diào)速控制。其特點(diǎn)是響應(yīng)快，可進(jìn)行微小流量調(diào)節(jié)，但能量損失大，效率低，多用于小功率場(chǎng)合。 (2)泵控(容積調(diào)速)系統(tǒng) 由各種變量泵與相關(guān)變量控制閥配合進(jìn)行調(diào)速控制，其特點(diǎn)是能量損失小，效率高，并能實(shí)現(xiàn)多種功能的復(fù)合控制，如恒壓、恒流、p+q+P（P功率）等；盡管響應(yīng)速度較慢，但已能滿足大部分工業(yè)應(yīng)用的要求。 (3)變轉(zhuǎn)速控制 通過(guò)改變變頻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，來(lái)改變定量泵的輸出流量。與常規(guī)的閥控、泵控系統(tǒng)相比，其基本特點(diǎn)是，既有泵控系統(tǒng)節(jié)能的特色，又接近閥控系統(tǒng)的快

5、速性。目前，主要是受到定量泵可能的最低轉(zhuǎn)速(小流量區(qū))和最高可能轉(zhuǎn)速(大流量區(qū))的限制，以及大功率變頻器可靠性與經(jīng)濟(jì)性的制約。,1.6容積調(diào)節(jié)變量泵的分類(lèi),1.7典型的液壓變量泵（馬達(dá)）的變量調(diào)節(jié)方式,開(kāi)式回路還是閉式回路 液壓式或機(jī)械式 直動(dòng)式或先導(dǎo)式 定位和可調(diào)式 開(kāi)環(huán)(無(wú)反饋式) 機(jī)械手動(dòng)式 電氣機(jī)械式,1.7典型的液壓變量泵（馬達(dá)）的變量調(diào)節(jié)方式,機(jī)械液壓式 電氣液壓式 液壓液壓式 閉環(huán)(有反饋式) 液壓機(jī)械式 液壓電氣式,2.1液壓橋路和泵源閥控系統(tǒng)的理論,半橋的基本類(lèi)型：液壓半橋是一個(gè)實(shí)用意義較大的橋路，從工程實(shí)用出發(fā)，可將液壓半橋歸納為三種基本類(lèi)型。 A型：是輸入與輸出均為可變液

6、阻，且受同一輸入控制信號(hào)的差動(dòng)聯(lián)控； B型：是輸入為固定液阻，輸出為受輸入信號(hào)控制的可變液阻； C型：是與B型相反，輸入為可變液阻，輸出為固定液阻。,2.2 三種液壓半橋,2.2 三種液壓半橋,2.3 三種基本液壓半橋的結(jié)構(gòu),2.2 三種液壓半橋的特性曲線,2.3.3種液壓半橋構(gòu)成的基本原則,先導(dǎo)液橋是由液阻構(gòu)成的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，需要外部壓力源(來(lái)自主控制級(jí)或外部油源)供油。 (1)兩個(gè)液阻中，至少有一個(gè)可變液阻(液阻可看成是多個(gè)液阻并串聯(lián)后的當(dāng)量液阻)； (2)可變液阻的變化必須受先導(dǎo)輸入控制信號(hào)的控制，輸入控制信號(hào)可以是手動(dòng)、電液比例、電動(dòng)、液動(dòng)和機(jī)動(dòng)等多種方式； (3)先導(dǎo)半橋的輸出控制信號(hào)從

7、兩個(gè)液阻之間引出； (4)液壓半橋可以并聯(lián)； (5)液壓半橋可以是多級(jí)的，前一級(jí)半橋的輸出往往就是次級(jí)液橋的輸入。,2.4 滑閥式液壓放大器,2.5 直接位置反饋比例排量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),3.1 比例控制排量調(diào)節(jié)泵,3.1.1 直接控制直接位置反饋式排量調(diào)節(jié) (1) 穩(wěn)態(tài)時(shí)變量活塞和先導(dǎo)閥芯的位移相等； (2) 變量活塞的響應(yīng)速度，取決于先導(dǎo)閥的輸出流量； (3) 先導(dǎo)閥芯的通流面積是（y-x）的函數(shù)，所以總是在開(kāi)口量很小的情況下跟蹤（如圖3-1所示，y為先導(dǎo)閥芯位移，x為變量活塞位移）； (4) 先導(dǎo)閥口零位附近的流量增益和壓力增益，決定這種方式的響應(yīng)性能。,3.1.1 位移直接反饋型,3.1.1

8、位移力反饋型,先導(dǎo)級(jí)的位移輸入由比例電磁鐵給出，先導(dǎo)級(jí)的力平衡方程決定閥口開(kāi)度，先導(dǎo)閥口流量的積分決定變量活塞的位移，此位移通過(guò)反饋彈簧使先導(dǎo)閥口關(guān)閉，使變量活塞定位在一個(gè)新的位置上。,3.1.1 A4V泵的雙向變量調(diào)節(jié),先導(dǎo)液壓控制（HD）、手動(dòng)液壓伺服控制（HW）、凸輪液壓伺服控制（HK）和電液比例控制 （EL）,3.1.2 DG控制,這種控制方式是籍助于連接控制口X的外部切換控制壓力，使泵可以被設(shè)定到最大斜盤(pán)傾角，這種變量方式只能在最大排量Vgmax和和最小排量Vgmin之間切換泵的排量。在X口的切換壓力pst = 0 MPa對(duì)應(yīng)最大排量輸出Vgmax，在X口的切換壓力pst5MPa則對(duì)

9、應(yīng)最小排量 Vgmin輸出。,3.1.3 HD控制,3.1.3 HD控制,這種控制裝置由一臺(tái)控制閥和變量控制缸組成。用先導(dǎo)控制壓力來(lái)控制泵的排量，在X1孔口接先導(dǎo)控制壓力，泵的排量與先導(dǎo)壓力成正比。 其控制原理是典型的三通閥控缸直接位置反饋原理?？刂朴涂赬1的壓力作用在控制閥閥芯的左腔，推動(dòng)閥芯向右移動(dòng)，控制閥左位工作，來(lái)自系統(tǒng)的壓力油經(jīng)閥口進(jìn)入控制缸的右腔推動(dòng)變量活塞桿左移，使泵的排量增大，隨著變量缸活塞桿的左移，與活塞桿連接的反饋桿使控制閥的彈簧壓縮，彈簧力增加，推動(dòng)滑閥閥芯右移使控制閥口開(kāi)度減少，直到與驅(qū)動(dòng)力平衡，閥口關(guān)閉，泵的排量因此確定在一個(gè)與控制壓力成比例的位置。,3.1.3 HD

10、G控制,3.1.3 HDG控制,HD.G控制的工作原理是，當(dāng)泵的出口壓力未達(dá)到遠(yuǎn)程溢流閥的設(shè)定值時(shí)，泵的排量隨控制壓力成比例變化。 當(dāng)泵的出口壓力達(dá)到遠(yuǎn)程溢流閥的設(shè)定值時(shí)，溢流閥卸荷，排量控制缸右端相當(dāng)于接通油箱，控制缸右腔壓力降低，壓力油推動(dòng)控制缸使泵降到最小排量。此時(shí)泵保持恒壓狀態(tài)，即恒定在遠(yuǎn)程溢流閥設(shè)定的壓力下。 遠(yuǎn)程溢流閥（1）可實(shí)現(xiàn)泵輸出壓力的遠(yuǎn)程遙控，改變遠(yuǎn)程溢流閥的壓力調(diào)節(jié)旋鈕可改變?cè)O(shè)定系統(tǒng)壓力值，泵的輸出壓力不會(huì)超過(guò)遠(yuǎn)程溢流閥的壓力設(shè)定值。,3.1.4 CY泵伺服變量控制機(jī)構(gòu),3.1.4 CY泵伺服變量控制機(jī)構(gòu),泵輸出的壓力油由通道經(jīng)單向閥a進(jìn)入變量機(jī)構(gòu)殼體的下腔d，液壓力作用

11、在變量活塞4的下端。當(dāng)與伺服閥閥芯1相連結(jié)的拉桿不動(dòng)時(shí)，變量活塞4的上腔g處于封閉狀態(tài)，變量活塞不動(dòng)，斜盤(pán)3在某一相應(yīng)的位置上。當(dāng)使拉桿向下移動(dòng)時(shí)，推動(dòng)閥芯1一起向下移動(dòng)，d腔的壓力油經(jīng)通道e進(jìn)入上腔g。由于變量活塞上端的有效面積大于下端的有效面積，向下的液壓力大于向上的液壓力，故變量活塞4也隨之向下移動(dòng)，直到將通道e的油口封閉為止。變量活塞的移動(dòng)量等于拉桿的位移量、當(dāng)變量活塞向下移動(dòng)時(shí)，通過(guò)軸銷(xiāo)帶動(dòng)斜盤(pán)3擺動(dòng)，斜盤(pán)傾斜角增加，泵的輸出流入隨之增加；當(dāng)拉桿帶動(dòng)伺服閥閥芯向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥芯將通道f打開(kāi)，上腔g通過(guò)卸壓通道接通油箱，變量活塞向上移動(dòng)，直到閥芯將卸壓通道關(guān)閉為止。它的移動(dòng)量也等于拉桿的移動(dòng)量。這時(shí)斜盤(pán)也被帶動(dòng)作相應(yīng)的擺動(dòng)，使傾斜角減小，泵的流量也隨之相應(yīng)地減小。,3.15 EP控制,3.15 EP控制,輸入的電流所產(chǎn)生的電磁力使比例閥產(chǎn)生一個(gè)與輸入電流成正比的開(kāi)度，這樣就有液壓油通過(guò)打開(kāi)的閥口進(jìn)入變量活塞的無(wú)桿腔，變量活塞產(chǎn)生位移，使泵的排量增加，活塞位移通過(guò)反饋桿又作用在比例滑閥右側(cè)的閥芯彈簧上，使彈簧被壓縮，所產(chǎn)生的彈性力與滑閥比例電磁鐵所產(chǎn)生的電磁力相互平衡，閥口關(guān)閉，這樣滑閥閥芯在新的位置平衡，此位置對(duì)應(yīng)泵的一個(gè)排量值。隨著控制電流的增加，泵的排量增加。輸入電流與泵的排量成比例 。,3.1.6 位移力