双阀芯比例阀的多功能泵的设计方案探讨

　　多功能泵指同一台泵可以适应不同的负载工况,实现限压、恒压、恒流、恒功率、功率限制、压力流量复合控制等多种功能的调节。由于对成本以及制造工艺等方面的要求,作者只对恒压、恒流和恒功率的多功能泵进行研究。

　　1　多功能泵的总体实现方案

　　1·1　多功能泵方案分析

　　流量(位置)控制功能是多功能泵的基本功能,只要实现泵的流量(位置)控制功能就能实现泵的多种功能的控制。这就是多功能泵的本质特性。因此无论实现多功能泵的哪一种功能,都可通过流量(位置)的控制来实现。这一特性使多功能泵的控制器的结构变得简单而且紧凑;同时,这也为多功能泵能够按用户方式对泵的功能进行进一步的扩充提供了理论基础。

　　轴向柱塞泵的实际输出流量

　　Q=K_lωY 　　(1)

式中:Y为变量活塞位移, m;ω为泵的转速, rad/s;Kl为泵的结构参数

　　从式(1)可以看出要实现泵的流量控制,实际上就是对变量活塞位移Y的控制。由于泵输出的流量受到泵的转速和负载压力的影响,通过式(1)计算的流量会产生一定的稳态误差,所以,还要通过适当的处理手段进行压力流量补偿。作者采用单片机实现进出口压差传感的节流调节。多功能泵的实现方案如图1。

　　1·2　双阀芯比例阀的工作原理

　　双阀芯比例阀的控制原理实际上是一种负载独立口控制技术,相当于把一个三位四通阀变成了两个三位三通阀的组合。两个阀芯既可单独控制,也可根据控制逻辑进行成对控制,并且在应用中一般两个工作油口都有压力传感器,每一个阀芯都有位移传感器,通过对传感信号的闭环控制可以分别实现对两路液压油的压力控制、流量调节或者压力流量复合控制,具有很高的控制精度,通过不同的组合可以得到许多的控制方案,以满足系统的需要。原理图如图2示。

　　图2中, I1、I2为阀的2个控制信号入口; P1、P2为阀的2个油液出口; P为阀压力油入口; T为阀回油口。

　　2　理论分析

　　基于流量补偿的控制得到:输入变量缸的流量仅与XV1、XV2的大小有关且成正比关系。作者基于此点设计流量控制器,双阀芯控制采用进口控制流量,出口控制压力的方式来控制。在控制过程中,相当于两个三位三通阀一个控制进口流量,另一个提供一定的背压(增加系统的阻尼,改善系统动态性能),如图3所示。

　　流量控制器的关键是在于XV1、XV2对输入控制信号的动态响应性能。为了对控制进行定量研究,应找出系统中各变量之间的关系,建立相对精确的数学模型。从图3中可以看出流量控制是对称布置,故只对左侧流量控制、右侧压力控制的情况作详细分析。