泵控液压缸技术 课件 第8章双泵控单出杆液压缸系统

泵控液压缸技术8双泵控单出杆液压缸系统泵控液压缸技术8.1系统构型第1节系统构型战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造1双泵控单出杆液压缸系统类别有很多种。根据液压油液循环方式的不同，可以分为开式回路和闭式回路；根据电动机的数量，可以分为单动力源类和双动力源类；根据电动机和液压泵的类型可以分为定转速定排量控制、定转速变排量控制、变转速定排量控制、变转速变排量控制。第1节系统构型1.1单动力源定转速电动机驱动双变量泵系统战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造1开式闭式不需要大功率冷却回路，便于油散热液压缸无杆腔由两液压泵的同时供油，减小液压泵的排量

如下图所示，双变排量泵控系统采用一个定转速电机同轴驱动两个变排量泵，通过控制两液压泵摆角大小和方向改变液压缸速度和方向。第1节系统构型1.2单动力源变转速电动机驱动双定量泵系统战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2系统原理

在开式单动力源变转速双定量泵控单出杆液压缸系统中，两个定量泵通过齿轮箱与一个电动机同轴串联。各液压泵的排量大小与其所连通的液压缸各腔室作用面积相对应，避免造成流量不对称，通过改变电动机的转速大小和方向，实现对液压缸运行速度和方向的控制，对于各种各样的不同尺寸的液压缸，由于液压泵种类有限，导致液压泵的实际排量与理想排量存在一定的误差；另外，考虑到液压缸和液压泵的泄漏、油液压缩性的影响，随着转速和负载的变化，液压泵容积效率也会发生变化，同样会出现流量误差，使液压缸两腔出现气蚀或憋压。为了补偿这些误差，可以在液压缸有杆腔和与之连通的液压泵之间，增设一个液压蓄能器用于吸收多余油液；或者在两腔增设比例阀和单向补油阀用于补油和排出多余油液。第1节系统构型1.2单动力源变转速电动机驱动双定量泵系统战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2液压蓄能器补偿回路为了补偿这些误差，可以在液压缸有杆腔和与之连通的液压泵之间，增设一个液压蓄能器用于吸收多余油液；或者在两腔增设比例阀和单向补油阀用于补油和排出多余油液。液压阀补偿回路第1节系统构型1.3双动力源变转速电动机驱动双定量泵系统战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2开式系统有两套独立的变转速电液动力源，具有两个自由度，可适应任意面积比单出杆液压缸产生的流量差，并可在不附加其他辅助元件的情况下，通过控制算法，实现液压缸两腔的预压紧，消除系统中因泄漏和油液压缩造成的气蚀和失控现象。闭式THANKS泵控液压缸技术8双泵控单出杆液压缸系统泵控液压缸技术8.2系统控制原理第2节系统控制原理2.1总压力控制原理战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2为了使双泵控单出杆液压缸系统具有与阀控系统一样的特性，在液压缸运动过程中能够自动补偿两腔有效作用面积差产生的不对称流量，自动补偿液压泵和液压缸的泄漏产生的影响，采用总压力控制原理，控制两腔压力和始终保持设定值，控制两电动机的转速补偿泄漏，实现缸的预压紧，使系统具有与阀控系统类似功能。总压力控制原理第2节系统控制原理2.1总压力控制原理战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2对于位置控制回路，泵2的作用是控制液压缸的运动速度和方向，使液压缸无论是在伸出还是缩回都具有相同的运动速度。泵1的作用是补偿液压缸面积比产生的流量偏差。当活塞杆外伸时，泵1向容腔向容腔VA提供流量，当活塞杆缩回时，泵1将容腔VA多余的油液抽回油箱。假定泵1、泵2的排量相等，即Vp1=Vp2=Vp，泵1的转速可根据速度平衡关系及液压缸的面积比，由泵2的转速计算确定，如下式第2节系统控制原理2.2转速偏置控制战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2采用总压力控制原理后，应用变转速泵实现液压缸位置的闭环控制时，系统在初始位置处于静压平衡状态。为了是保证系统在无外负载作用情况下，

使两泵的转速适应系统的泄漏，

而使总压力控制回路正常工作，维持缸两腔的压力、避免缸的位置发生漂移，根据系统泄漏特性，两泵必须输出一定的额外流量，即通过设置一定的转速偏置值来补偿二容腔各自的泄漏。定义与总压力控制信号有关的泄漏系数β,使经分析，β值与液压缸面积比、系统的泄漏特性有关,受液压泵内、外泄漏系数比值的影响特别大。这样每个液压泵转速的给定值就应是相应液压泵的总的压力控制回路的偏置值和位置控制回路的设定值之和,即第2节系统控制原理2.3腔压控制战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2为了充分发挥两台液压泵的功率优势,降低系统的能量损失,液压缸两个方向的运动过程都应具有较低的背压,为此,采用控制背压的原理,即腔压控制原理腔压控制原理当活塞杆外伸时，变速泵1用作位置控制回路的调节环节，变速泵2作为压力控制回路的调节环节，控制液压缸B腔排出的流量，在B腔产生恒定的压力ps；当活塞杆缩回时，泵2用作位置控制回路的调节环节，泵1则作为压力控制回路的调节环节，控制液压缸A腔排出的流量，在A腔产生恒定的压力ps，使缸能够双向运动，在超越负载的工况下正常工作。THANKS泵控液压缸技术8双泵控单出杆液压缸系统泵控液压缸技术8.3系统运行特性分析第3节系统运行特性分析3.1回路静态特性理论分析战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造7对于应用变转速泵闭环控制的差动缸，了解静态特性，对系统的分析设计非常重要。因系统采用的是非对称缸，靠泵的转速改变流量，定义静态特性为缸的速度v，负载压力pl和泵的转速三者间的关系，其值可根据稳态情况缸的运动方程确定：液压缸伸出：液压缸缩回：压力流量特性3.1回路静态特性理论分析战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造8将试验得到的液导值qV,l

、qV,2i

、qV,2eA和qV,2eB代入上述等式，可得系统压力-流量特性曲线此图表明，随着动态和静态负载压力的变化，缸的运动速度变化非常小，因而系统具有非常高的动态刚度，在整个工作范围都具有较高的效率。曲线还表明这一系统在所有工作点都具有相同的速度增益，这一优点可使系统在全部工作范围内都具有一致的回路增益特性，从而不必采用高费用的适应调节和非线性曲线校正，系统也能获得优化的动静态特性。压力流量特性转速可调泵伺服系统压力―流量特性第3节系统运行特性分析3.1回路静态特性理论分析战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造9电液伺服系统的另一个重要关系是压力信号函数和压力增益，它描述系统启动大惯性负载，抵抗外负载变化和克服摩擦力的能力。对于本系统，在计算时必须连同差动缸在内一起考虑才有意义，定义这一特性为系统处于定位状态，总压力一定时，负载压力与泵转速之间的关系。根据定义可推导这一函数关系如下压力增益特性第3节系统运行特性分析3.1回路静态特性理论分析战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造10当总压力给定后，可得液压缸两腔压力pA、pB随转速变化的曲线，如下图所示。图中曲线的斜率即为该系统的压力增益。这一斜率越大，表明系统抵抗外负载的能力越强，即系统的刚性越大。结果表明，总压力控制原理，可以使泵直驱系统与阀控系统一样，使缸二腔压力以相同的幅值随给定转速（位置误差引起的调节量）反方向变化，从而使系统具有较高的负载刚度和固有频率。压力增益特性转速可调泵差动缸伺服系统压力信号第3节系统运行特性分析3.2回路动态特性理论分析战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造10将总压力控制下液压缸两腔的运动连续性方程进行化简，并忽略伺服电动机的动态过程，拉普拉斯变换后可得分别用液压缸两腔容积VA

和VB

描述的总压力回路动态特性的频域表达式为第3节系统运行特性分析战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造10可见，总压力响应的动态过程为一阶延迟环节。如果令两腔的时间常数相等，即可得到使二腔压力在动态情况下，能以相同幅值变化所需的腔体积关系近似为第3