流体机械调节与控制技术1

,单击此处编辑母版标题样式,2021/9/23,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/9/23,*,流体机械调节与控制技术,主讲 吴晓明,24,学时,机电控制工程（,24,学时）,Dr.,吴晓明,2021/9/23,1,3.23.2,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。,2021/9/23,2,3.2,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。,2021/9/23,3,3.2.1,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,e,2021/9/23,4,3.3.2,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,2021/9/23,5,3.2.3 DR,恒压变量控制机构,2021/9/23,6,3.2.3 DR,控制,B,压力油口,S,进油口,L,、,L1,壳体泄油口（,L1,堵死）,图,3-22 DR,恒压控制职能原理图,图,3-23,恒压控制特性曲线,2021/9/23,7,3.2.3 DR,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。,2021/9/23,8,3.2.3 DR,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。,2021/9/23,9,3.2.4 DRG,控制,堵死,2021/9/23,10,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。,2021/9/23,11,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。,2021/9/23,12,3.2.5,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,2021/9/23,13,3.2.5,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。,2021/9/23,14,3.3,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。,2021/9/23,15,3.3,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。,2021/9/23,16,3.3,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,2021/9/23,17,3.3.1,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,2021/9/23,18,3.3.1,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。,2021/9/23,19,3.31,FR,型流量控制,a,）,b,）,图,3-30 FR,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,2021/9/23,20,3.31FR,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。,2021/9/23,21,3.3.2,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。,2021/9/23,22,3.3.3,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,、，,L,1,-,壳体泄漏口（,L,1,堵死；,X-,先导压力油）,图,3-34,静态工作曲线,（在,n,1,=1500 r/min,；,t,=50C,）,2021/9/23,23,3.3.3,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,1.4 MPa,）。,2021/9/23,24,3.3.3,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。,2021/9/23,25,3.3.3,压力流量控制,DFR,（,DFR1,）,图,3-33,实际连接图,2021/9/23,26,3.3.4,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,、，,L,1,-,壳体泄漏口（,L