流体机械调节与控制技术3

1、主讲主讲 吴晓明吴晓明24学时机电控制工程（24学时） Dr. 吴晓明 3.4.11 LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制 LRS变量泵是在恒功率控制的基础之上，增加了一台负载敏感控制阀4，其可以起到负载压力的变化与流量控制无关的控制作用。 泵仅仅输出液压执行器所需要的流量，泵的输出流量与负载所需流量匹配。 输出油口B的压力总是比液压缸处的负载压力高出一设定的压差p。泵的输出流量取决于节流阀7（也可为比例阀或者多路阀组）阀口的横截面积，工作压力低于功率控制曲线之下时，泵的流量不受实际负载压力影响。 通过负载敏感阀4的调节使节流阀7两端的压差p保持为恒定设定值，从而保持泵输出的流量为

2、常值。 3.4.11 LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制 图3-61 LRS控制职能原理图1A4VSO变量泵 2功率控制阀 3过渡连接板 4负载敏感阀 5溢流阀 6固定节流孔 7节流阀 3.4.11 LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制 节流阀7两端的压差p改变，由孔口或阀口通流截面积的改变引起，例如当负载口压力减小时，会造成节流阀7阀口两端压差增大，使输出流量增大，此时负载敏感阀上腔的压力减小，在泵排油口油压作用下负载敏感阀下位接通，泵变量缸无杆腔与泵排油口接通，使泵向减小排量的方向变化，实现泵的流量适应这种新的条件。 溢流阀5和固定节流孔6可实现泵的压力控制。一旦

3、负载压力达到了由溢流阀5设定的压力等级，系统将变为压力控制模式，而不考虑节流阀7的压差。 3.4.11 LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制在低压阶段，一般需要大流量以提高效率，此时只有负载敏感控制阀4起作用；随着工作压力的提高，为了避免泵的功率大到超过原动机功率发生闷车等现象，此时功率控制阀2开始起作用，维持泵的功率为恒定值；设置了最高的控制压力，避免泵超压损坏，此时泵的流量输出减小，维持泵的排油口压力为设定的安全值，确保安全。因此这种泵的输出特性曲线分为水平的流量调节段、双曲线的功率调节段和垂直的压力调节段三段。在图3-62中，每段之间的切换主要由弹簧力、阀芯面积的相对值和泵的

4、工作压力来确定。 3.4.11 LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制 调节应注意：在设定遥控压力时，其设定值是溢流阀5设定的压力加上在负载敏感阀两端的压差。例如外部压力溢流阀设定值为33.6MPa，负载敏感阀的压差是1.4MPa，则设定的遥控压力为其总和，是33.6 MPa + 1.4 MPa = 35MPa。3.4.12 LRN型功率控制+液压行程控制 图3-63 LRN液压行程控制职能原理图 1A4VSO泵 2功率控制阀 3过渡连接板 4先导阀 5先导控制阀 6单向阀 7内部集成单向阀 8变量控制液压缸 9固定节流口 P控制压力油口 PSt 先导压力油口 3.4.12 LRN型

5、功率控制+液压行程控制 这种型式的变量泵主要由A4VSO泵1、功率控制阀2、先导阀4、先导控制阀5、单向阀6等组成，工作时需要在P口外接控制压力。 当P口接入控制压力油时，液压油压力克服控制阀5的弹簧力使控制阀5左位工作，如图3-63所示位置，此时液压油经过控制阀5和功率控制阀2进入变量缸9右腔，推动活塞向减小泵的排量方向移动，直至最小排量位置，有利于空载启动。3.4.12 LRN型功率控制+液压行程控制 变量泵的排量与在油口pst外加的先导控制压力成正比的增加。这是因为先导阀4的可变节流口和固定节流口9构成了B型液压半桥，这使控制阀5的右腔压力成为可控的。当从Pst油口外加的控制压力增加时，

6、会推动先导阀4阀套移动一定的距离，从而改变了先导阀4 的节流口开度，例如先导控制压力增加，先导阀4节流口开度减小，使控制阀5的右腔压力增加，推动控制阀5右位工作，变量控制液压缸8右腔接通油箱，变量控制液压缸左端在压力油的作用下右移，与变量控制液压缸相连的杠杆机构同时带动先导阀4的阀芯也会移动和阀套相同距离，此时先导阀4又会恢复到初始位置，阀口全开，使控制阀5右腔压力降低，控制阀5又回到左位工作，但此时泵最大的排量值发生了变化。 双曲功率控制优先于先导压力信号，将保持预先设定的驱动功率为常值-功率优先。 3.4.12 LRN型功率控制+液压行程控制 图3-64 LRH控制静态特性曲线a）排量和工

7、作压力的关系 b）先导压力和排量的关系最大排量限制最小排量限制3.4.13 LR2GN型控制（几种控制结合例） 图3-65 LR2GN控制原理图1A4VSO主泵 2功率控制阀 3过渡连接板 4用于遥控的先导控制阀 5遥控溢流阀 6.1先导阀 6 . 2 先 导 控 制 阀 7.1单向阀 7.2集成的单向阀 XD用于遥控压力控制的先导油口 p 控 制 压 力 油 口 pst先导压力油口 3.4.13 LR2GN型控制（几种控制结合例） 这种控制方式是双曲线恒功率控制+液压行程控制+遥控压力控制，参见图3-65。在无压条件下的初始位置是排量最小的位置Vgmin。这种控制方式也需要一个外加的控制压力

8、加至油口P。控制原理可参考前几节的介绍。3.5 压力、流量、功率（p、q、P）复合控制 前变量泵发展的重要趋势，就是各种形式复合控制不断出现，并朝着系列化、标准化、电子化和专业化方向发展，特别在大功率系统中，复合控制是前述的排量（或流量）、压力、功率、速度敏感等功能的组合。 新近又多引入压力切断、外信号排量控制（正、负流量控制）等复合控制。 复合控制给系统简化、节能带来了明显的效益，特别是闭环电液控制变量泵的引入，使控制品质得以进一步提高。3.5.1 传统型压力流量复合控制图3-66 传统型压力流量复合控制变量泵控制油路的优化方案示例一a）控制油路 b）特性曲线3.5.1 传统型压力流量复合控

9、制 当仅在恒压控制情况下，PA相通，即排量减小的控制过程，变量控制油进入变量缸敏感腔可视为C型半桥的控制，适当地降低了控制增益，提高了稳定性，当AT相通，即排量增大的控制过程，变量缸敏感腔排出的油液经阀口与R1、R2和R3三者串并联形成的液阻，提高了快速性和稳定性。 阀受力平衡时，弹簧力=进口压力负载压力=节流阀两端压差，这个压差是由流量阀右端的弹簧预先设定好的，是一个常数（标准设定为1.4 MPa）。主泵输出适合负载需要的稳定流量。当负载压力变化等干扰作用时，节流阀口两端压差减小(或增大)，说明泵的输出流量低于(或高于)输入信号的对应值，则变量控制系统起作用，增大(或减小)泵的排量，使泵输往

10、负载的流量增大(或减小)直到与期望值相等，其只提供能维持恒定压差所需的排量 图3-67 传统型压力流量复合控制变量泵控制油路的优化方案示例二 压力系统可区分为三种类型： (1)短管型，主要为硬管，受压液体体积小； (2)长管型，主要为软管，受压液体体积较大； (3)长管型并配置蓄能器，受压液体体积较大。为了对压力系统进行调整，并考虑其稳定性，HAVE变量泵的各种不同变量控制器根据不同的压力系统(液容)，一般都提供了带旁路液阻（见图3-67）的油路。在受压容腔较小时，可将旁路液阻调大；在受压容腔较大时，最好将旁路液阻调小一点，以提高其调节精度。如尽管调节了旁路液阻，还是出现振动的话，则可装入一个

11、出流液阻（见图3-67），将减缓泵的振动，起到振荡激励器的阻尼作用。3.5.2 电反馈多功能复合比例控制 新型电子泵是最近才几年开发出来的一种新产品,与传统的伺服阀和比例阀控制的泵相比，有如下特点和优点： 1) 使用高频响比例阀取代比例阀和伺服阀。2) 多种变量控制取代单一的流量控制。3) 闭环控制取代开环控制，以适应高精度的泵控系统。4) 使用数字控制系统。5) 可以提高控制精度 (由于电反馈补偿 )。6) 可对压力偏差和温度偏差补偿。7) 动态响应快，减少压力超调。8) 流量及功率调整方便。9) 具有故障诊断功能。10) 易与PC 和 PLC 控制结合实现机电一体化。 3.5.2 电反馈多

12、功能复合比例控制93.5.2 电反馈多功能复合比例控制变量泵的压力和斜盘倾角的闭环控制，是通过一个电控高频响比例阀2实现的。该比例阀通过对变量控制大缸1的控制，决定斜盘1的位置。泵的排量与斜盘的位置成比例。变量控制小缸3由弹簧5进行预压紧，并始终与泵出口的压力油相通。当泵不工作和控制系统的压力为零时，由于弹簧5的作用，斜盘保持在+100%排量（最大)的位置；当泵起动后，如比例阀8失电，该系统被切换到零排量压力，此时滑阀9被弹簧10推到初始位置，而泵的压力p经过阀口A作用到变量控制大缸4上。变量控制小缸3上的泵压与弹簧5的作用力相平衡，使泵的压力在0.81.2 MPa之间。这个基本设定，是在闭环

13、控制电路不工作时实现的(零排量工作，例如控制电路不启动）。 3.5.2 电反馈多功能复合比例控制3.5.2 电反馈多功能复合比例控制 VT12350的主要技术参数如下:工作电压：DC24V输出电压：25V；25mA输出电流: 最大3.8A模拟输入：10V或者420mA数字输入：log0:05V；log1：15V串口：RS485或RS232允许的环境温度：0+50C储存温度范围：20+70C3.5.2 电反馈多功能复合比例控制图3-69 位移传感器原理 3.5.2 电反馈多功能复合比例控制3.5.2 电反馈多功能复合比例控制图3-71 电子泵的输出特性曲线 3.5.2 电反馈多功能复合比例控制l

14、)变量泵的压力、斜盘倾角、功率等参数的复合闭环控制，是通过一个电控比例阀来实现的，不像常规的那样，每个参数的控制对应一个变量控制阀。电控泵控制信号的处理完全由电控器完成，这是其重要的优势。 2)在同一个时刻，系统只能对其中的一个参数(或压力，或倾角，或功率特性曲线的曲率)进行精确控制，而其他两个参数则低于给定的指令值。 3.5.2 电反馈多功能复合比例控制3)需要增大斜盘倾角(增大流量)时，阀芯9需偏离中间位置，使变量控制大缸4通过比例阀阀口AT通道，放出部分油液；当需要减小斜盘倾角时，控制油经过比例阀阀口PA通道，补充进入变量控制大缸4，一旦到达工作点，比例阀阀芯9就被保持在中间位置。也就是

15、说，包括这里使用的比例阀在内，所有的变量控制阀是连续控制阀，即阀芯位置将随输入信号变化而无级变化，所有控制阀都有中间位置，尽管有些原理图并没有画出这个中间位置。 4)这种闭环变量泵的先导控制油，可以来自泵自身(自控)，也可以来自泵外部(它控)，当泵不工作及控制系统的压力为零时，由于弹簧5的作用，斜盘保持在+100(排量最大)的位置。3.5.3 LR2DF型压力+流量+功率复合控制图3-72 压力流量功率复合控制变量泵和其特性曲线a）职能原理图 b)特性曲线压力流量功率3.5.3 LR2DF型压力+流量+功率复合控制如图3-72所示复合变量泵中，恒流控制部分采用传统的方式，即以主油路上节流阀前后

16、的压差变化，作为恒流阀q的驱动力。其次，在恒压、恒流与恒功率的复合控制中，恒功率功能优先于恒压与恒流功能。从控制方式看，控制油引自泵的排油口，属于自供式，即在泵未起动的原始状态，依靠弹簧力使变量缸处于排量最大位置。同时3个变量控制阀在原始状态时，也要能保证变量缸敏感腔(大腔)的油液，能在弹簧力作用下排往油箱。在图3-72中节流阀G视为负载。与恒压阀AT阀口并联的液阻R，与图3-66（DFR型变量泵）的液阻R1有类似的功能。3.5.3 LR2DF型压力+流量+功率复合控制 1) 原动机未起动的原始状态 p、q和P三个功能阀（见图3-72）均处于弹簧位，即p（压力）阀为右位，q（流量）阀为下位，P

17、（功率）阀为左位。由于变量缸大腔(敏感控制腔)油液，在前次运行停车后可经B3、并联的液阻R和p阀AT口至B2，P阀AT口，q阀AT口至B4卸压。所以，在弹簧作用下变量机构处于排量最大位置。p，q，P三阀分别设定pi，qi及Pi值，如图3-72b。而负载节流阀G基本全开。在以下的讨论中，以关小、开大G阀的开口，来体现负载压力的升高、降低(恒流段)或负载所需流量的变小、增大(恒压段)。3.4.10 LRGF型恒流量+恒功率+远程调压控制 2) A1A2段 泵一起动，将运行于低压、最大流量的A1点。适当关小G阀，增大一点负载压力，变量泵将很快转移到A2点运行。在此段由于负载压力较低，远未达到p阀及P

18、阀的调定值。对于高于A2点(q=qi)的流量均大于调定值，取出的信号节流阀前后压差大于预定值，致使q阀处于上位工作。泵的排油口压力油经q阀、P阀左位，B2点，并联的R与p阀右位TA阀口，至B3并进入变量缸大腔，使泵流量减小至A2点后，泵运行于相对稳定点。3.5.3 LR2DF型压力+流量+功率复合控制图3-72 压力流量功率复合控制变量泵A1-A2段压力流量功率3.5.3 LR2DF型压力+流量+功率复合控制 3) A2A3段 到了A2点后，如不断关小负载节流阀G，则泵的负载不断升高。在这个过程中，由于泵内部泄漏量的增大，使实际输出流量小于q阀的设定值；恒流阀的敏感压力使q阀切换成下位，变量缸

19、中的部分油液经B3、B2、q阀下位和B4点回油箱，以增大泵的排量，补偿由于压力升高引起内泄漏增加带来的实际供往负载流量的降低，保持供往负载流量不变(与输入信号相对应)。3.5.3 LR2DF型压力+流量+功率复合控制图3-72 压力流量功率复合控制变量泵A2-A3段压力流量功率3.5.3 LR2DF型压力+流量+功率复合控制4) A3A4段 到了A3点，若进一步关小负载节流阀G，泵将沿A3A4段恒功率曲线运行。因为到A3点时，pq已经达到恒功率线，此时P阀处于临界状态。进一步关小负载节流阀G，亦即负载压力增大时，pq值超过设定的P值，P阀动作成右位。这样一来，一方面压力油经 Bl、P阀右位PA

20、通口至B2，经并联的R和p阀右位TA阀口至B3，从而进入变量缸大腔，使流量减小。另一方面，由于P阀处于右位，切断了q阀通过P阀的TA阀口对变量缸大腔的控制作用，尽管此时由于流量低于q1(上述压力油通过P阀进入变量缸大腔所致)，q阀处于下位。实际上此时泵出口压力控制油经B5和R1后，在B4点通油箱。而原来使排量增大的P阀T口至q阀A口段，也于B4点通油箱。由于R1的降压作用，经R1的先导油流量是很小的。总之，在A3A4段，p阀未打开，q阀与变量缸敏感腔的联系被P阀切断，只有P阀在起调节作用。3.5.3 LR2DF型压力+流量+功率复合控制图3-72 压力流量功率复合控制变量泵A3-A4段压力流量

21、功率3.5.3 LR2DF型压力+流量+功率复合控制(5) A4A5段 到了A4点，若进一步关小负载节流阀G，由于达到p阀调定值，p阀起作用而切换成左位。压力油直接经p阀PA口进入变量缸大腔，使泵流量减小。由于此时负载节流阀G工作于定压差之下，关小负载节流阀阀口就意味着负载所需流量减小，p阀必须工作于左位(供给流量大于负载所需流量时，泵出口压力将升高)。很显然，此时pqP，所以P阀处于左位而不起作用。由于qqi，q阀总是处于下位。这样从p阀来的压力油，在进入变量缸大腔以适应负载所需流量不断减小的趋势(不断关小节流阀G的开度)时，在B3点分流了一小股液流经R、P阀AT阀口，q阀AT阀口至 B4而

22、流回油箱。同时，仍然有一股来自负载口的油液经R1与之合流。综上，在A4A5段对控制敏感腔而言，仅仅p阀对其起作用，实现恒压功能。3.5.3 LR2DF型压力+流量+功率复合控制图3-72 压力流量功率复合控制变量泵A4-A5段压力流量功率3.5.4 压力流量功率复合控制变量泵的压力切断和正负流量控制图3-73 带压力切断、液控变量的恒功率控制泵a） 负流量控制 b）正流量控制3.5.4 压力流量功率复合控制变量泵的压力切断和正负流量控制1）恒功率功能 参见图3-73，恒功率控制部分与前面的讲述相似，阀为恒功率阀，其恒功率关系式为pAa=Fb（p为泵的出口压力；A为通压力油的反馈杆底部面积；a是

23、变量缸位移；F是功率输入信号；b是拐臂长度）。 3.5.4 压力流量功率复合控制变量泵的压力切断和正负流量控制2）压力切断功能 图3-73a中阀为压力切断阀，主要功能是对系统进行过压保护，并消除过载时的溢流损失。与系统安全阀类似，它的调定值一般比系统正常运行压力高l0左右。由于故障或其他原因，当系统压力达到或超过切断阀的调定值时，阀开启，泵排油口的压力油经过PA流道进入变量缸敏感腔(大腔)，即大小腔都接入泵出口压力油，但由于变量缸大小腔面积比大致为2：l，泵立即将排量降到零位附近，只输出补偿内部泄漏维持压力所需的小流量。需要注意的是，压力切断功能不能等同于恒压调节泵功能。 压力切断功能，是一种

24、保护性功能，只要泵的压力达到切断压力，泵很快就将流量降到零位附近，不会根据负载的需要，停留在最大流量与最小流量之间的任意点运行。 3.5.4 压力流量功率复合控制变量泵的压力切断和正负流量控制图3-73 带压力切断、液控变量的恒功率控制泵a） 负流量控制 b）正流量控制3.5.4 压力流量功率复合控制变量泵的压力切断和正负流量控制）负流量控制功能 负流量控制与正流量控制指的是两种由外加液压信号对泵排量进行的控制。如图3-73a所示，1油口引入外加控制信号。当达到阀的调定值时，先导控制油将通过阀的PA通路，进入变量缸敏感腔，从而使排量减小。减小的量与外控信号成比例。这种随着外加信号增大，流量相应减小的流量控制就称负流量控制。相反，如图3-73b所示，从1油口来的外加信号作用在阀的另一端，外加信号达到调定值时，打开阀的AT通道，使排