大流量轴向柱塞泵及其控制原理.doc

可变量轴向柱塞泵的控制原理摘要：为了适应市场的需求，辉固研制生产了第五代深水ROV-FCV(fugro core vehicle)，它在保留了之前的sealion系统的一些优点的基础上做了非常大的改善，使得FCV系统的作业水深和作业性能得到了非常大的提高，完全满足作业水深和作业性能的要求。它从电子控制，通信传输，液压动力等方面做了改善。本文讲述了FCV液压动力系统中比较难理解和掌握的可变量轴向柱塞泵的控制原理跟大家共同分享，希望对大家的理解和掌握有帮助。关键词：可变量轴向柱塞泵一 引言FCV系统所采用的都是大流量可变量柱塞泵，通常把这种泵叫做PVH泵，他具有高效，高性能，是FCV首选的泵。本文简要介绍这种泵的结构和控制系统。1 构造与工作原理1.1 构造如图所示。1.2 工作原理当传动轴带动柱塞缸体旋转时，柱塞也一起转动。由于柱塞总是压紧在斜盘上，且斜盘相对刚体是倾斜的。因此，柱塞在随缸体旋转运动的同时，还要在柱塞缸体内的柱塞孔中往复直线运动。 当柱塞从缸体柱塞塞孔中向外拉出时，缸体柱塞孔中的密闭容积便增大，通过配流盘的进油口将液压油吸进缸体柱塞孔中；当柱塞被斜盘压入缸体柱塞孔时，缸体柱塞孔内的容积便减小，液压油在一定的压力下，经配油盘的出油口排出。如此循环，连续工作。PVH泵的控制系统能调节液压泵的工况，使排出液压油满足工作装置需要。2 控制系统1结构见下图 主要由载荷感应阀和压力限制阀，功率控制阀组成。2控制简图如下3.控制分析PVH泵的控制系统分为两种：压力补偿控制系统和载荷感应压力限定控制系统。压力补偿控制系统是通过改变液压泵的流量，保持设定的工作压力来满足工作要求的一种控制方式。 载荷感应压力限定控制系统，是通过对工作载荷的压力变化进行感应，自动调节液压泵的工作状态，以满足特定系统工况的要求。3.1压力补偿控制系统分析一般情况下，载荷压力Pload升高，是因为液压泵流量大于载荷所需的流量，造成过量供油而引起的。所以，控制系统通过减少液压泵排量来降低压力。当Ppump压力低于补偿弹簧设定压力Pc时，补偿阀保持关闭（见图上状态），液压泵继续做最大排量运转。当Ppump压力达到补偿阀Pc设定压力时，补偿阀芯将克服弹簧力开始向右移动，主油路液压油将开始流进控制活塞腔。由于控制活塞面积比斜盘活塞面积大，所以控制活塞就推动斜盘向减少液压泵排量的方向移动。最终到达液压泵的排量使得系统压力恒定。此时，液压泵仅提供载荷需要的液压油流量。3.2载荷感应和压力限制控制系统 如上图所示，此控制系统综合了压力限制和载荷感应控制双重特性。液压泵泵出的液压油流经各控制阀时，产生压差p=ppump-pload（压力降）；载荷感应油路感应到压差p，并使载荷感应阀芯克服弹簧力ps向中间的关闭位置移动，此时：ps= ppump-pload （1）当系统保持设定的工作压力不变，而工作系统的流量发生变化时：当载荷需要液压油量增加时，主控制阀（流量与方向阀）的开度被调大，而阻尼效应应降低，压差p变小，即：此时，作用在载荷感应弹簧腔的载荷压力pload与载荷感应弹簧力ps的合力大于左右在载荷感应阀芯右侧的液压泵出油口的油压力ppump，即使载荷感应阀芯向右移动，打开液压泵出油口通往控制活塞腔的通道，控制活塞腔的油压升高到液压泵出油口的压力。由于控制活塞的面积比斜盘活塞的面积大，控制活塞推动斜盘倾角大，液压泵流量增加，满足液压工作装置对流量的需求。随着流量的增加，流速的提高，主控制阀（流量与方向阀）两端的压差p又逐渐增加。当流量增加到一定程度时，压差p与载荷感应弹簧力相等。此时，在感应阀芯两端的作用力达到平衡，载荷感应阀芯回复到中间的关闭位置。控制活塞的压力不再提高，斜盘停止移动，液压泵的流量保持恒定而不再增加。 当（流量与方向阀）主控制阀的开度被调小时，主控制阀的阻尼效应增强，两端的压差p变大：作用在载荷感应阀芯右侧的液压泵出口压力Ppump克服载荷感应弹簧力和载荷压力（pload+ps），推动载荷感应阀芯向左移动，打开控制活塞通往油箱的通道，控制活塞的压力油向油箱排放，控制活塞腔的压力降低。在斜盘活塞的推动下，斜盘倾角变小，液压泵流量降低。随着液压泵流量的降低，主控制阀两侧的压差p也在逐渐减小。当液压泵的流量降低到一定程度时，压差值与设定的载荷感应弹簧力相等。此时，载荷感应阀芯两端的作用力达到平衡，阀芯回复到中间的关闭位置，控制活塞的压力不再下降，斜盘不再移动，液压泵流量保持在与主控制阀开度相对应的新的恒定值不再减少。（2）当系统流量与方向阀开度保持不变，载荷或工作压力变化时：若主控制阀（流量与方向阀）的开度调定，则因载荷的不稳定性，经常会发生工作压力的波动。此时的载荷感应和压力限制控制系统也有很好的特性。当载荷突然变大时，载荷压力pload瞬间升高，作用在载荷感应阀芯两侧的作用力失去平衡，载荷压力与载荷感应弹簧的压力之和大于液压泵出油口压力，即：pload+ psppump, 载荷感应阀芯向左移动，关闭液压泵出油口通往控制活塞的通道。泵做大排量运动，同时，载荷压力升高，很快通过油路到达液压泵的出油口，反应到压力补偿阀的压力控制阀芯的左侧。如果此载荷压力值超过压力补偿弹簧设定的最高工作压力值，压力补偿弹簧将被压缩，压力限制阀芯向右移动，关闭载荷感应阀通往控制活塞的通道，使载荷感应阀暂时失去作用，控制活塞加压，斜盘倾角变小，液压泵排量降低，以达到保持最高工作压力和保护液压泵不被超负荷的压力损伤的目的。 （3）当系统流量为零时的液压泵待命状态：当逐渐关闭液压系统的主控制阀（流量与方向阀）时，液压泵会在保持系统工作压力情况下逐渐降低排量，其原理前面已经介绍。但当完全将主控制阀关闭时，载荷感应阀芯两侧的压差达到最大，与液压泵出油口压力相等，即 ，而 此时，载荷感应弹簧在液压泵出油口压力作用下，载荷感应阀芯向左移动，接通油箱通往控制活塞的通道。同时，压力补偿弹簧在主控制阀关闭瞬间所产生液压泵压力高峰值的作用下，被压缩，压力限制阀芯将压力感应阀通往控制活塞的通道关闭，控制活塞与油箱直接接通，控制活塞腔卸压，斜盘倾角变小，液压泵排量减少，压力也降低。液压泵降低到低于压力补偿阀设定的工作压力后，在压力补偿弹簧的作用下，压力限制阀芯向右移动，将控制活塞在压力补偿阀通往油箱的通道，控制活塞继续卸压，直到由载荷感应阀弹簧设定的压力值（ppump=3.5MPa）为止。此时，液压泵的工作状态为待命状态：压力接近3.5MPa，流量为 0。4功率控制当泵达到最大压力和最大排量时这是就是泵输出功率最大的时候，通过功率控制阀可以控制泵的输出功率不能超过泵的最大输出功率，同时也保护电机不超过电机不超过最大负荷。原理如下：当泵的压力达到最大时可以通过压力补偿阀来控制压力不能超过泵的最大压力，但是泵的排量就不好控制，只有在斜盘的斜度最大时泵的排量就最大。如果仔细观察泵的控制原理图就可以发现，控制泵功率输出的溢流阀弹簧其实被泵的控制活塞反控制着，当控制活塞向左移动时正好压到溢流阀弹簧，使得溢流弹簧压紧，溢流阀产生溢流的压力就要增加，当控制活塞向右移动时正好离开溢流弹簧，使得溢流弹簧伸开，溢流阀要产生溢流的压力就要降低。这正好符合功率一定的情况下压力和排量成反比的关系。我们可以看出这个溢流阀要产生溢流只有当压力降低到设定的压力，和泵的排量最大时这个阀才工作。需要说明的是溢流阀工作也是通过减少泵的排量来控制，泵的输出功率的。因此这种设计只要设定这个阀的松紧就可以设定泵的输出功率。 由此可见，采用此种控制系统的液压泵的工作范围，可以从最大流量和最大压力的工作状态，到零流量输出和极低压力的最节省能量的待命状态，与载荷达到完美的功率配合。一般来说，在关闭主控制阀后，液压泵的工作压力将达到系统设定的安全阀