径向柱塞泵完全恒功率变量机构的设计

　　目前,节能问题已受到越来越多的关注,在工程及行走机械中由于负载与动力源之间的不匹配,使发动机不能在高效率区域运转,从而造成能源的损耗。随着恒功率变量机构的使用,能源损耗状况得到很大改善,但传统的径向柱塞泵恒功率变量机构为双弹簧机构,仅能达到近似的恒功率输出,其功率调节曲线为2条斜直线近似为双曲线,如图1a中的折线Ⅰ所示。本文在3 mL/r径向柱塞泵本体的基础之上,利用液压压力反馈控制原理和机构学的有机结合,设计出一种带压力和位置反馈的新型恒功率变量调节机构,从而实现完全恒功率变量控制,其功率调节曲线为理想的双曲线,如图1a中的曲线Ⅱ所示。

　　1　变量机构工作原理及恒功率调节特性

　　1.1　恒功率调节原理

　　此变量机构由伺服阀和反馈杠杆机构组成,变量机构原理如图1b所示,泵出口压力通过传感柱塞作用于反馈杠杆的A端(见图2),与反馈杠杆B端的弹簧力构成力矩平衡。在系统压力没有达到功率调节弹簧的设定压力(由调节弹簧预压缩量设定)前,伺服阀阀芯在调节弹簧作用力下右移,此时伺服阀工作在最左边位置,泵出口压力油通向定子两边的变量柱塞腔和限位柱塞腔,由于两柱塞腔面积构成差动关系,所以定子处于最大偏心状态,即泵输出最大流量。这时泵按定量泵工作,即恒功率特性曲线的水平段;当系统压力超过设定压力时,传感柱塞对杠杆A端的作用力,通过杠杆传递,使伺服阀阀芯向左移动(即伺服阀工作在右边位置),变量柱塞腔开始排油,腔内压力降低,定子在限位柱塞推动下左移,同时变量柱塞带动传感柱塞向左同步移动,力臂a减小,反馈杠杆达到新的平衡状态。这时由于定子左移,偏心距减小,所以泵的输出流量随之减小,此时泵在另一工作压力下保持输出功率恒定。在上述过程中,泵恒功率调节特性曲线按双曲线变化(如图1a中的曲线Ⅱ所示)。

　　通过改变功率调节弹簧的预压缩量,可以获得泵在不同功率点的恒功率调节特性。如图1a中所示的双曲线族。

　　1.2　完全恒功率控制的实现

　　在稳态工况下杠杆的平衡条件为:

　　Fsb = p₀A₀a 　　(1)

　　泵的理论流量为:

　　而杠杆力臂a恰为泵的偏心距e,故:

　　由于p0q乘积为功率,而等式左边均为常量,所以变量机构实现完全恒功率控制。

　　在以上各式中,Fs为功率调节弹簧力,A0为传感柱塞腔面积,a、b为杠杆力臂,p0为泵出口压力,d为径向柱塞泵柱塞直径,e为偏心距,z为径向柱塞泵柱塞个数,n为泵的输入转速。