一种新型径向柱塞泵的比例排量控制

　　液压传动已广泛地应用于工业设备、运输机械等领域.随着人们对系统能量消耗和系统效率的要求不断提高,液压传动系统除了小功率的场合外一般均采用变量泵或变量马达以及同时使用变量泵和变量马达的传动系统形式.

　　近年来,在工程实际中特别是在大功率的场合下广泛采用容积调速回路,而叶片泵的使用受工作压力的限制,轴向柱塞泵的变量机构复杂,抗污染能力较差,因此一种结构新颖的径向柱塞泵具有其独特的优势.该泵具有结构简单,零部件少,抗污染能力较强,噪音小,流量可调范围大,工作压力高和寿命长等特点,适用于轧机设备、工程机械、矿山机械和注塑机械等许多设备.以下介绍了为该泵系列中的一种(额定排量:63 mL/r)为基泵配置的电液比例排量变量机构[1].

　　1　系统构成及工作原理^[2]

　　控制系统引入电液比例减压阀来控制变量泵,其特点是克服了电液伺服阀对环境、油污染等使用条件的苛刻要求,却与电液伺服阀一样便于微机控制,价格低廉,易于维护.使用变量泵对系统进行流量控制,其调节性能好、节能效果明显.下面对电液比例阀控制变量泵作一些分析与探讨,系统原理如图1所示.

　　如图1所示变量机构采用三通阀控制液压缸,同时采用内控式油源,不需附加控制泵源,降低成本.操纵压力油PZ(0.6～2.0 MPa)作用在阀套上并与作用在阀套上的控制弹簧力平衡.

　　液控变量机构部分,泵出口压力油经阀芯小孔引入阀芯右端油腔,以使阀芯始终压紧在变量柱塞上.结构上要求阀芯右端面积稍大于左端面积,且通常泵工作压力大于变量柱塞腔压力;在泵压力未建立起来时,靠作用在阀芯上的弹簧压紧实现定子偏心位移的反馈.此外,结构上还具有以下特点[3]:

　　采用正开口阀控制变量柱塞的运动,不仅增大变量机构这一机液系统的阻尼,而且还可以防止因变量柱塞腔的泄漏使得定子发生周期性振荡.

　　因变量机构的控制流量小,采用线性度较好的三角形阀口,一方面改善变量泵的静态调节特性,另一方面有利于系统稳定.

　　为了增大系统阻尼,提高系统的稳定性,特在变量柱塞腔油路上增设一旁路阻尼.该阻尼不仅有利于系统稳定,而且对整个液压桥路匹配起调节作用.

　　采用了直动式比例减压阀不仅能简化结构而且提高了控制系统的动态响应速度.结构示意图如图2所示.

　　2　系统的数学模型^{[ 4]}

　　(1)液控变量泵的动态传函数数学模型　对系统进行线性化处理后,据流量连续性方程和动力学方程可建立起控制系统的开环传递函数为: