流体机械调节与控制技术1.ppt

主讲主讲 吴晓明吴晓明24学时机电控制工程（24学时）Dr.吴晓明2021/9/231 3.23.2比例控制压力调节泵压力调节泵通常称为恒压泵，其基本含义是，变量泵所维持的泵的出口压力(系统压力)能随输入信号的变化而变化。(1)变量泵所维持的泵出口压力(系统压力)能随输入信号的变化而变化；(2)在系统压力未选到压力调节泵的调定压力之前，压力调节泵是一个定量泵，向系统提供泵的最大流量；(3)当系统压力达到调定值时，不论负载所要求的流量(在泵最大流量范围内)如何变化，压力调节泵始终能保持与输入信号相对应的泵出口压力值不变。2021/9/2323.2压力调节泵的主要常见用途(1)用于液压系统保压，保压时其输出流量只补偿泵的内泄漏和系统泄漏；(2)用作电液伺服系统的恒压源，具有动态特性好的优点；(3)用于节流调速系统；(4)用于负载按所需流量变化，而要求压力保持不变的系统；(5)对于电液比例压力调节变量泵，更经常用于压力流量都需要变化的负载适应系统等等。2021/9/2333.2.1限压式变量叶片泵的工作原理限压式内反馈变量叶片泵1最大流量调节螺钉2弹簧预压缩量调节螺钉3叶片4转子5定子图3-19变量特特性曲线排油腔吸油腔e2021/9/2343.3.2限压式外反馈变量叶片泵图3-20外反馈限压式变量叶片泵1转子2弹簧3定子4滑块滚针支承5反馈柱塞6流量调节螺钉2021/9/2353.2.3DR恒压变量控制机构2021/9/2363.2.3DR控制B压力油口S进油口L、L1壳体泄油口（L1堵死）图3-22DR恒压控制职能原理图图3-23恒压控制特性曲线2021/9/2373.2.3DR控制图3-22所示的变量控制油路与常规油路（图3-21）不同，即在最靠近变量缸敏感腔(大腔)的恒压控制阀A-T通路之间，并联了一个带液阻R1的通路，以及相应的液阻R2和R3。这种布局，将给变量控制及系统运行在快速性、稳定性等方面带来有利影响。例如，仅在恒压控制情况下，当P-A沟通，即排量减小的控制过程，变量控制油进入变量缸敏感腔可视为C型半桥(先经变量控制阀口可变液阻，并联一个由R1、R2和R3三者串并联形成的固定液阻)的控制，适当地降低了控制增益，提高了稳定性，当A-T沟通，即排量增大的控制过程，变量缸敏感腔排出的油液经阀口与R1、R2和R3三者串并联形成的液阻，提高了快速性和稳定性。2021/9/2383.2.3DR控制（1）在系统压力未达到恒压泵的恒压调定值时，一定是以最大流量向系统提供流量，也就是说，它起定量泵的作用。（2）恒压泵在进入恒压工况之前，排量（乘转速就是流量）已经是最大了，所以，要变量的话，流量只会向减小方向进行，也就是说恒压泵在恒压工况下运行时，其流量只能等于或小于最大流量。（3）当系统速度减慢，即要求的流量减小时，恒压变量泵的变量机构会自动将斜盘角度减小，达到系统需要的流量，并保持系统压力基本不变。当系统进入不再需要流量的保压阶段，则恒压泵就输出只维持内部泄漏所需要的流量，不再向系统供油。（4）恒压泵要能正常工作，除了系统压力要达到调定值这个基本条件外，还要求这个基本条件要有实现的可能性，如果系统的溢流阀调定压力低于恒压泵的调定值，则恒压泵始终不可能进入恒压工况，成了始终是一台排量最大的定量泵了。2021/9/239 3.2.4DRG控制堵死2021/9/2310这种DRG型远程恒压控制也属于压力控制范畴，实际上是在压力流量复合控制变量的基础上改进的。原本上面的差压阀是用于恒流量（负载敏感）控制的，现在用液阻将X口与泵出口相连，X外控口所接远程溢流阀，其设定的压力必须在泵的最大压力以下，如图3-24所示。并将上面的差压阀弹簧腔与回油之间的液阻堵死。这样一来，就形成了固定液阻在前可变液阻（远程调压阀）在后的B型半桥，用来设定上面那台差压阀的设定压力（远程可调），也就是恒压压力。而下面那台原本的压力阀起远调安全阀作用。就是说，下面那个压力阀调定了泵的最高压力。2021/9/2311其工作原理是，当泵的出口压力未达到远程溢流的设定值时，差压阀不动，泵的排量保持最大值；与泵出口压力相比较的是固定液阻和可调压力阀阀口构成的B型液压半桥的输出压力，配用的弹簧仅起复位作用，不再是调压弹簧，刚度可大大降低。当泵的出口压力达到远程溢流阀的设定值时，溢流阀卸荷，差压阀因上面的阻尼瞬间在左右出现压差而右移，则泵的出口压力通向泵的排量控制缸，推动缸使泵降到最小排量，泵保持恒压状态，即恒定在远程溢流阀设定的压力之下。所以DRG型为远程控制恒压变量泵。2021/9/23123.2.5限压式变量控制(POR)图3-26压力切断控制变量泵a）输出特性b）典型实现形式2021/9/2313 3.2.5限压式变量控制(POR)压力切断控制是对系统压力限制的控制方式，属于压力控制范畴，有时也简称为压力控制。当系统压力达到切断压力值时，排量调节机构通过减小排量使系统的压力限制在切断压力值以下。如果切断压力值在工作中可以调节则称为变压力控制，否则称为恒压力控制。当系统压力升高达到切断压力时，变量控制阀阀芯左移，推动变量机构使排量减小，从而实现压力切断控制。阀芯上的液控口可以对切断压力进行液压远程控制和电比例控制。2021/9/23143.3流量调节变量泵（FR）一般概念上的恒流泵，以及所谓的功率适应泵，负载敏感泵等，都应属于流量调节泵的范畴，这类泵的基本特征是：泵输给系统的流量只与输入控制信号有关，而不受负载压力变化(泵内部泄漏流量与负载压力有关，油液的压缩性与负载压力有关)或原动机转速波动的影响（流量是排量与转速的乘积）同样重要的是，泵的排油口压力仅比负载压力高出一个定值(用于调节流量的节流阀定压差)，在最高限压范围内泵始终能自动地适应负载的变化。也就是泵始终能工作在与负载功率(负载压力与所控制流量的乘积)匹配的工状，具有明显的节能效果。2021/9/23153.3流量调节变量泵（FR）对恒流泵而言，引起其变量机构动作主要来自两个方面的干扰。负载压力变化与原动机转速波动。前者表现为泵容积效率的变化和油液压缩性的变化影响，如果不进行补偿，就回归到排量调节泵。后者的干扰量要有一定的限制，应尽量避免原动机转速变化过大对液压泵性能的影响。实现流量泵上述基本功能的机制，与压力调节泵一样，是在干扰作用下，泵排油口流量的变化，将引起泵排油口压力的变化，从而自动使变量机构动作，最终也是通过改变泵的排量，来达到恒流效果。2021/9/23163.3流量调节变量泵（FR）图3-27恒排量泵与恒流量泵图3-28恒压恒流复合控制泵2021/9/23173.3.1传统压差控制型a）b）图3-29节流检测压差反馈型流量调节泵a）实现方式b）特性曲线2021/9/23183.3.1传统压差控制型传统压差控制型流量调节泵的基本特征是，在泵的排油口到负载之间设置一个节流阀，用节流阀两端的压差来控制变量控制阀，进而推动变量机构(参见图3-29a)，改变节流阀的输入信号，就可以改变泵的调定流量。节流阀两端的正常压差就等于变量控制阀一端弹簧力所对应的液压力。在一定的输入信号下，节流阀有对应的过流面积，当泵的输出流量与输入信号对应时，变量控制阀处于中位。如果出现干扰，例如，当负载压力升高，使实际输给负载的流量减少时，则在与输入信号对应的节流阀口过流面积不变情况下，在节流阀处产生的压降就要比正常压差小，造成变量控制阀两端受力不平衡而使阀芯右移。即变量控制阀右位工作，变量缸大腔油液流出一部分，使泵的排量增大，直至通过节流阀的流量重新与输入信号对应，变量控制阀重新回到中位。2021/9/23193.31FR型流量控制a）b）图3-30FR型流量控制原理职能图和其输出特性曲线a）控制原理职能图b）输出特性曲线2021/9/23203.31FR型流量控制节流阀出口的压力通过油口X连接至控制阀的右腔，泵排油口的压力则连接至控制阀的左腔，节流阀和控制阀右端的固定阻尼孔构成了C型半桥，用于调节控制阀右腔的压力。作用在阀芯上的力与节流阀的压差有关，当压差发生变化时，如节流阀出口负载压力增加，造成流量调节阀右端压力增加，节流阀的压差减小，流量减小，此时流量调节阀调节泵的排量，使输出流量增加并维持设定值保持不变。2021/9/23213.3.2电反馈型通常的电反馈流量泵，是在泵排油口的上油路上串入流量传感器，此时有一定的压力损失。目前有不少的产品，名义上是流量控制泵，而实际上是排量控制泵，即检测变量缸位移作为电反馈信号，实际只是一个位置控制系统，并未在泵排油口主油路上设置流量传感器。如果按这种流量用变量缸的位移量代表的这种处理方式，即流量用变量缸的位移量代表，加上泵出口设置压力传感器，则可形成全新概念的复合控制。2021/9/23223.3.3压力流量控制DFR（DFR1）图3-32液压职能原理图1-流量控制阀2-压力切断阀3-复位油缸4-控制油缸B-压力油口S-进油口L、，L1-壳体泄漏口（L1堵死；X-先导压力油）图3-34静态工作曲线（在n1=1500r/min；t=50C）2021/9/23233.3.3压力流量控制DFR（DFR1）压力调节阀2，通过手动调节弹簧设定最大工作压力，当负载达到此压力时，阀芯右移，负载压力进入控制缸，使斜盘角度最小，输出流量为零。流量控制阀1，用于控制流量调整，或者说是用于待命压力调整或压差设定，使通过串接在泵排出口的节流阀与装在泵装置上的流量调节阀一起可以实现泵的流量控制。这是因为节流阀两端压差=进口压力-负载压力。进口压力作用在流量阀左侧，负载压力作用在流量阀右侧，当流量阀受力平衡时，弹簧力=进口压力-负载压力=节流阀两端压差，这个压差是由流量阀右端的弹簧预先设定好的，是一个常数（标准设定为1.4MPa）。2021/9/23243.3.3压力流量控制DFR（DFR1）主泵输出适合负载需要的稳定的流量。当节流阀的开度调定后，节流阀两端的压差若不变，表示泵输出的流量与输入阀口开度信号相对应且恒定不变。当负载压力变化等干扰作用时，节流阀口两端压差减小(或增大)，说明泵的输出流量低于(或高于)输入信号的对应值，则变量控制系统起作用，增大(或减小)泵的排量，使泵输往负载的流量增大(或减小)直到与期望值相等，其只提供能维持恒定压差所需的排量，而压力调节阀优先于流量阀。2021/9/23253.3.3压力流量控制DFR（DFR1）图3-33实际连接图2021/9/23263.3.4压力流量控制DFR（DFR1）图3-32液压职能原理图1-流量控制阀2-压力切断阀3-复位油缸4-控制油缸B-压力油口S-进油口L、，L1-壳体泄漏口（L1堵死；X-先导压力油）2021/9/23273.3.5恒压负载敏感控制（DRS）图3-35DRS控制调节职能原理图2021/9/23283.3.5恒压负载敏感控制（DRS）理想的方法就是在需要的压力条件下提供需要的流量，负载感应系统变可实现这种要求。在液压系统中，负载感应是一种拾取或“感应”负载压力，然后反馈控制负载回路的流量，且不受负载变化的影响。简而言之，负载敏感系统是一种感受系统压力和流量需求，且仅提供所需求的流量和压力的液压回路。在开式液压系统中，定量泵仅提供恒流量，排油口压力由系统负载决定。这样需要设置一个高压溢流阀，当系统达到溢流阀调定压力时，泵输出的流量从该阀流回油箱，但这种系统浪费了大量的功率并产生了过多的热量。闭式变量泵液压系统按负载需要提供变化的流量，省掉了溢流阀，但缺点是在任何工况下，泵总是保持在最高压力。当系统为大流量低压力的工情况时，同样耗能过多。2021/9/23293.3.5恒压负载敏感控制（DRS）在负载感应系统中所使用的方向控制阀要求为中位常闭型。同一负载敏感系统中可以有多个方向控制阀和多个执行元件，方向控制阀采用了一种中位封闭的、油口正遮盖的型式。这意味着一旦滑阀处于中位，液压泵向系统提供流量的入口将被关闭；同时，接通油缸的两个油口也被关闭。当系统具有多个执行元件、多个方向控制阀时，还需有一些梭阀的组合。梭阀组的作用是使补偿器能检测出系统中最高压力回路，然后进行压力-流量调节过程。2021/9/23303.3.5恒压负载敏感控制（DRS）(1)即将起动状态。由于系统中未建立起压力，调定压力为1.4MPa的弹簧迫使压力流量补偿器滑阀推至左端。在此位置，液压泵将在最大排量下工作，可向系统提供最大的流量。当机器起动、液压油缸或马达即将运转时，液压泵的流量提供给方向控制阀，但是由于控制阀为中位闭式的，流量被封闭在泵的出口与控制阀的进口之间。液压泵的流量同样提供给补偿器。油液的压力作用于压力流量补偿器滑阀的左端，当油液压力达到1.4MPa时，压力克服弹簧的预紧力使阀芯向右移动。在其右移过程中，滑阀打开了一个通道，于是在液压泵输出的压力油进入斜盘倾角控制活塞，克服控制活塞复位弹簧力使液压泵内斜盘回程至一个零排量附近的倾角。系统处于低压待机工况。2021/9/23313.3.5恒压负载敏感控制（DRS）(2)正常工作状态。在方向控制阀滑阀移动，液压泵通过该阀口向执行元件供油时，无论阀的开度如何变化，压力-流量补偿器滑阀均会通过自身的调节功能，维持1.4MPa的恒定压差。泵自动把输出压力调整为负载压力加补偿器中的弹簧预紧力，同时流量刚好满足负载要求。基于这样一种原理，可以获得一个效率很高的液压系统。这种液压系统仅提供必要的流量保持系统泵的输出压力高于系统工作压力1.4MPa。液压泵将自动调节排量及工作压力，满足系统对不同压力和流量的需求。2021/9/23323.3.5恒压负载敏感控制（DRS）(3)高压待机状态。当液压缸的活塞运动至行程终端位置时，进入方向控制滑阀环槽的液流被阻止。控制滑阀两侧的压力趋于相等，作用于压力-流量补偿器控制滑阀两端的压力也相等。预调定的1.4MPa弹簧力将压力流量补偿器控制阀芯推至左端。此时液压泵的输出液流再次处于封闭状态，导致泵压迅速升至最高压力阀调定的限定值，致使高压补偿器滑阀克服预调定的最高压力弹簧力移至右端，高压油通过该阀通路作用于斜盘倾角控制活塞。活塞的运动使斜盘倾角转至排量近乎为零的位置。这种工况称液压泵的高压待机状态,直到高压负载力消除或方向控制阀回到中位。2021/9/23333.3.5恒压负载敏感控制（DRS）图3-37DRS控制实例1DRS变量泵2（2.1、2.2和2.3）梭阀3中间封闭型方向阀4安全阀5液压马达6液压缸2021/9/23343.3.6同步控制变量机构DP图3-38DP控制职能原理图1变量泵2补偿器3节流阀4溢流阀2021/9/23353.3.6同步控制变量机构DP（1）所有的泵同步变量；（2）一个先导控制阀设定所有泵的恒压点；（3）所有的泵都是同样的结构、同样的设定、同样的参数；（4）均匀的负载分布，提高泵的使用寿命；（5）使用切断阀，可以从主系统中任意切断或接通任何一个泵；泵主油路上的单向阀可以将该泵从系统中隔离开。2021/9/23363.3.6同步控制变量机构DP（1）多台泵采用一台溢流阀，作为可变液阻，见图3-38（这与常规液压泵并联合流后，必须用一个溢流阀来统一控制压力，各泵原来的溢流阀改为安全阀是一致的）。并要求从油口X到溢流阀4之间的管子应大致一样长，保证各泵的变量控制压力尽量一致。2021/9/23373.3.6同步控制变量机构DP（2）节流阀3应该是个取压液阻，节流产生的压力被引到恒压阀的弹簧腔，与弹簧一起构成恒压阀的开启阻力，以增大泵进入恒压区运行后的压力差p。随着泵斜盘摆角的逐渐减小，节流阀3的节流开口也逐渐变小，液阻增大，取压压力即作用于恒压阀弹簧腔的液压力逐渐增大。可见，节流阀3的作用及其所产生的液压力的变化规律与在恒压阀弹簧腔再增加一个弹簧等效。节流阀3的作用，用来保证压力补偿器2弹簧端控制力的变化，实际上与泵的排量成比例。直径0.7mm的液阻和节流阀可变液阻并联形成压差p1，在泵排量变化的时候，能够改变节流面积。即改变p1。排量大，p1减小，排量减小则p1增大。阀3的开口状态和变量斜盘的位置成比例，确保了每个泵都能够处于相同的工作状态。阀3起到变量泵在变量过程中互不干扰同步变量的作用。2021/9/23383.3.6同步控制变量机构DP（3）所有泵的p1+p2之和不变，p1和p2含义见图3-39。这是因为泵组用同一溢流阀调压，同一压油口，已回到零位的泵的p1比较大，处于最大摆角的泵的p1比较小，所以处于最大摆角的泵的p2比较大，p1+p2之和不变。p1、p2都是变化的。加在恒压阀芯的力Ff也是变化的。可以理解为，加在电路两端的电压不变，一个是固定电阻，一个是可变电阻。可变电阻变化了，则这两个电阻上的电压要重新分配。2021/9/23393.3.6同步控制变量机构DP（由于p1变化，则p2也就朝相反的方向变化。相当于改变了压力补偿器2弹簧腔的受力。这相当于一个B型半桥，当可变液阻即节流阀的阀口面积改变时，加在压力补偿器的上的控制油压力也会发生改变，如果压力补偿器2弹簧力不变，则p1是影响泵排量发生变化的唯一原因，见图3-39。其中2021/9/23403.3.6同步控制变量机构DP图3-39DP控制阀芯受力关系2021/9/23413.3.6同步控制变量机构DPDR控制与DP控制的压力差p不同，见图3-40。是为了保证同步而做出的牺牲、增大压力差P的目的是增大调整误差的范围，降低泵组的调整精度，可使泵组的同步运行调整更加容易实现，并可以增强泵组的抗干扰能力。图3-40DR控制与DP控制a）DR型工作曲线b）DP型工作曲线若在图3-38中的Mst油口连接一台二位二通的换向阀，则可实现从主系统中任意切断或接通任何一个泵的功用。2021/9/2342主编：撰稿教师：（以姓氏为序）制作：责任编辑：电子编辑：2021/9/2343