流体机械调节与控制技术n

流体机械调节与控制技术主讲吴晓明24学时机电控制工程（24学时）Dr.吴晓明

1.1简述液压变量泵及变量马达能在变量控制装置的作用下能够根据工作的需要在一定范围内调整输出特性，如：恒流控制、恒压控制、恒速控制、恒转矩控制、恒功率控制、功率匹配控制等。采用变量泵实现容积控制。使用变量泵进行位置和速度控制时，能量损耗最小。正确地使用和调节泵的流量，可使其只排出满足负载运动速度需要的流量，而使用定量泵时只有部分流量供给负载，其余的流量需要旁通至油箱。为了在不增加管路阻力的条件下提高液压马达的速度，也有必要为减少液压马达的排量而采用变量马达。1.2三大类泵的变量调节表1-1三大类泵的主要应用现状1.3容积调节液压变量泵（马达）的基本工作原理

容积泵的基本工作原理：形成若干个密封的工作腔，当密封工作腔的容积从小向大变化时，形成部分真空、吸油；当密封工作腔的容积从大向小变化时，进行压油（排油）。容积液压马达的基本工作原理：形成若干个密封的工作腔，进油时，密封工作腔的容积从小向大变化；排油时，密封工作腔的容积从大向小变化，其输出是转矩和转速。容积式液压泵正常工作的必备条件是：具有密封容积（密封工作腔）；密封容积能交替变化；具有配流装置。其作用是保证密封容积在吸油过程中与油箱相通，同时关闭供油通路；压油时与供油管路相通，而与油箱切断；吸油过程中油箱必须与大气相通。1.4单作用叶片泵工作原理图1-1单作用叶片泵工作原理

1—转子2—定子3—叶片1.4单作用叶片泵工作原理定子的内表面是圆柱面，转子和定子中心之间存在着偏心，在转子转动时的离心力以及叶片根部油压力作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，于是，两相邻叶片、配流盘、定子和转子便形成了一个密封的工作腔。当转子按图1-4所示方向旋转时，右侧的叶片向外伸出，密封工作腔容积逐渐增大，产生真空，油液通过吸油口5、配流油盘上的吸油窗口进入密封工作腔；而在左侧，叶片往里缩进，密封腔的容积逐渐缩小，密封腔中的油液排往配流油盘的排油窗口，经排油口1被输送到系统中去。要实现变量，只要改变定子和转子间的偏心距的大小，实际上就是改变了泵的工作容积，从而形成了变量叶片泵。1.5流量控制系统的分类(1)阀控(节流调速)系统定量泵与各种控制阀配合进行调速控制。其特点是响应快，可进行微小流量调节，但能量损失大，效率低，多用于小功率场合。

(2)泵控(容积调速)系统由各种变量泵与相关变量控制阀配合进行调速控制，其特点是能量损失小，效率高，并能实现多种功能的复合控制，如恒压、恒流、p+q+P（P—功率）等；尽管响应速度较慢，但已能满足大部分工业应用的要求。

(3)变转速控制通过改变变频电动机的转速，来改变定量泵的输出流量。与常规的阀控、泵控系统相比，其基本特点是，既有泵控系统节能的特色，又接近阀控系统的快速性。目前，主要是受到定量泵可能的最低转速(小流量区)和最高可能转速(大流量区)的限制，以及大功率变频器可靠性与经济性的制约。1.6容积调节变量泵的分类

按外部操纵方式手动，机动，电动，液动，电液控制属于外加信号控制变量按调节方式排量，压力（恒压），流量（恒流），恒功率，各种复合控制泵的基本参数按一定规律自动实现变化按适应性控制功率匹配，负载敏感，负载适应包括与负载的适应，与原动机的适应1.7典型的液压变量泵（马达）的变量调节方式开式回路还是闭式回路液压式或机械式直动式或先导式定位和可调式开环(无反馈式)机械—手动式电气—机械式1.7典型的液压压变量泵（（马达）的的变量调节节方式机械—液压压式电气—液压压式液压—液压压式闭环(有反反馈式)液压—机械械式液压—电气气式2.1液压桥路和和泵源阀控控系统的理理论半桥的基本本类型：液液压半桥是是一个实用用意义较大大的桥路，，从工程实实用出发，，可将液压压半桥归纳纳为三种基基本类型。。A型：是输入入与输出均均为可变液液阻，且受受同一输入入控制信号号的差动联联控；B型：是输入入为固定液液阻，输出出为受输入入信号控制制的可变液液阻；C型：是与B型相反，输输入为可变变液阻，输输出为固定定液阻。2.2三种液压半半桥2.2三种液压半半桥2.3三种基本液液压半桥的的结构2.2三种液压半半桥的特性性曲线2.3.3种液压半桥桥构成的基基本原则先导液桥是是由液阻构构成的无源源网络，需需要外部压压力源(来自主控制制级或外部部油源)供油。(1)两个液阻中中，至少有有一个可变变液阻(液阻可看成成是多个液液阻并串联联后的当量量液阻)；(2)可变液阻的的变化必须须受先导输输入控制信信号的控制制，输入控控制信号可可以是手动动、电液比比例、电动动、液动和和机动等多多种方式；；(3)先导半桥的的输出控制制信号从两两个液阻之之间引出；；(4)液压半桥可可以并联；；(5)液压半桥可可以是多级级的，前一一级半桥的的输出往往往就是次级级液桥的输输入。2.4滑阀式液压压放大器2.5直接位置反反馈比例排排量调节机机构3.1比例控制排排量调节泵泵3.1.1直接控制—直接位置反反馈式排量量调节(1)稳态时变量量活塞和先先导阀芯的的位移相等等；(2)变量活塞的的响应速度度，取决于于先导阀的的输出流量量；(3)先导阀芯的的通流面积积是（y-x）的函数，，所以总是是在开口量量很小的情情况下跟踪踪（如图3-1所示，y为先导阀芯芯位移，x为变量活塞塞位移）；；(4)先导阀口零零位附近的的流量增益益和压力增增益，决定定这种方式式的响应性性能。3.1.1位移直接反反馈型3.1.1位移力反馈馈型先导级的位位移输入由由比例电磁磁铁给出，，先导级的的力平衡方方程决定阀阀口开度，，先导阀口口流量的积积分决定变变量活塞的的位移，此此位移通过过反馈弹簧簧使先导阀阀口关闭，，使变量活活塞定位在在一个新的的位置上。。3.1.1A4V泵的双向变变量调节先导液压控控制（HD）、手动液液压伺服控控制（HW）、凸轮液液压伺服控控制（HK）和电液比比例控制（（EL）3.1.2DG控制这种控制方方式是籍助助于连接控控制口X的外部切换换控制压力力，使泵可可以被设定定到最大斜斜盘倾角，，这种变量量方式只能能在最大排排量Vgmax和和最小排排量Vgmin之间切换泵泵的排量。。在X口的切换压压力pst=0MPa对应最大排排量输出Vgmax，在X口的切换压压力pst≥5MPa则对应最小小排量Vgmin输出。3.1.3HD控制3.1.3HD控制这种控制装装置由一台台控制阀和和变量控制制缸组成。。用先导控控制压力来来控制泵的的排量，在在X1孔口接先导导控制压力力，泵的排排量与先导导压力成正正比。其控制原理理是典型的的三通阀控控缸直接位位置反馈原原理。控制制油口X1的压力作用用在控制阀阀阀芯的左左腔，推动动阀芯向右右移动，控控制阀左位位工作，来来自系统的的压力油经经阀口进入入控制缸的的右腔推动动变量活塞塞杆左移，，使泵的排排量增大，，随着变量量缸活塞杆杆的左移，，与活塞杆杆连接的反反馈杆使控控制阀的弹弹簧压缩，，弹簧力增增加，推动动滑阀阀芯芯右移使控控制阀口开开度减少，，直到与驱驱动力平衡衡，阀口关关闭，泵的的排量因此此确定在一一个与控制制压力成比比例的位置置。3.1.3HDG控制3.1.3HDG控制HD.G控制的工作原原理是，当泵泵的出口压力力未达到远程程溢流阀的设设定值时，泵泵的排量随控控制压力成比比例变化。当泵的出口压压力达到远程程溢流阀的设设定值时，溢溢流阀卸荷，，排量控制缸缸右端相当于于接通油箱，，控制缸右腔腔压力降低，，压力油推动动控制缸使泵泵降到最小排排量。此时泵泵保持恒压状状态，即恒定定在远程溢流流阀设定的压压力下。远程溢流阀（（1）可实现泵输输出压力的远远程遥控，改改变远程溢流流阀的压力调调节旋钮可改改变设定系统统压力值，泵泵的输出压力力不会超过远远程溢流阀的的压力设定值值。3.1.4CY泵伺服变量控控制机构3.1.4CY泵伺服变量控控制机构泵输出的压力力油由通道经经单向阀a进入变量机构构壳体的下腔腔d，液压力作用用在变量活塞塞4的下端。当与与伺服阀阀芯芯1相连结的拉杆杆不动时，变变量活塞4的上腔g处于封闭状态态，变量活塞塞不动，斜盘盘3在某一相应的的位置上。当当使拉杆向下下移动时，推推动阀芯1一起向下移动动，d腔的压力油经经通道e进入上腔g。由于变量活活塞上端的有有效面积大于于下端的有效效面积，向下下的液压力大大于向上的液液压力，故变变量活塞4也随之向下移移动，直到将将通道e的油口封闭为为止。变量活活塞的移动量量等于拉杆的的位移量、当当变量活塞向向下移动时，，通过轴销带带动斜盘3摆动，斜盘倾倾斜角增加，，泵的输出流流入随之增加加；当拉杆带带动伺服阀阀阀芯向上运动动时，阀芯将将通道f打开，上腔g通过卸压通道道接通油箱，，变量活塞向向上移动，直直到阀芯将卸卸压通道关闭闭为止。它的的移动量也等等于拉杆的移移动量。这时时斜盘也被带带动作相应的的摆动，使倾倾斜角减小，，泵的流量也也随之相应地地减小。3.15EP控制3.15EP控制输入的电流所所产生的电磁磁力使比例阀阀产生一个与与输入电流成成正比的开度度，这样就有有液压油通过过打开的阀口口进入变量活活塞的无杆腔腔，变量活塞塞产生位移，，使泵的排量量增加，活塞塞位移通过反反馈杆又作用用在比例滑阀阀右侧的阀芯芯弹簧上，使使弹簧被压缩缩，所产生的的弹性力与滑滑阀比例电磁磁铁所产生的的电磁力相互互平衡，阀口口关闭，这样样滑阀阀芯在在新的位置平平衡，此位置置对应泵的一一个排量值。。随着控制电电流的增加，，泵的排量增增加。输入电电流与泵的排排量成比例。。3.1.6位移力反馈排排量调节当采用液压力力作为输入信信号时，控制制压力既可以以引自外控油油源，也可以以引自变量泵泵的出口，并并经减压阀与与比例压力阀阀串联油路分分压(见图)。这一种控制制方式的输入入信号就是比比例压力阀的的控制电流，，所以也称为为电控变量泵