第3章 變量泵

3.1?變量泵分類及組成

液壓泵將機械能轉換為液壓能，是液壓系統動力源。變量泵能夠滿足泵的輸出流量與系統的需求能量相匹配，減少能量的損耗。實際上，每一個變量泵都為一個液壓控制系統。系統中的執行機構、控制機構、能源裝置、控制對象分別對應變量缸、變量控制液壓閥、液壓泵和泵的斜盤。變量泵的排量、壓力、流量、功率都為系統的受控參數。如果變量泵采用閉環控制，還應該包括輸出參數的反饋和比較環節。

3.1.1 分類

（1）按結構分類

變量泵有多種結構形式。按結構可分為葉片式、軸向柱塞式、徑向柱塞式三種形式。這三種形式都是靠改變泵本身排量完成變量的，只是變量的方式不同而已。葉片式變量泵的定子曲線與定量葉片泵的定子曲線不同，葉片變量泵的定子曲線是標準的圓形，其相對轉子軸線有偏心距，通過改變其偏心距可以改變泵的排量。徑向柱塞式變量泵同葉片式變量泵一樣，也是通過改變偏心距實現變量。軸向柱塞式變量泵則是通過改變斜盤與轉軸的夾角來實現變量。

（2）按照輸入信號的形式分類

按照輸入信號的形式，變量泵可分為手動變量泵、機動變量泵、液動變量泵、電動變量泵、電液動變量泵。

手動變量泵是依靠手動操作變量泵的變量機構，例如國產的CY泵的SCY系列。這種變量泵只能依靠工人調節，往往不能實現在線調節，因此自動化水平低。而液動變量泵和機動變量泵則分別是靠液壓力和機械結構來驅動變量泵的變量機構。電動式變量泵則是依靠伺服電動機或步進電動機驅動滾珠絲杠，來驅動變量機構或控制閥，完成變量操作。電液動變量泵是采用電液伺服閥控制變量缸來驅動變量機構。

（3）按控制功能分類

變量泵按控制功能可為排量控制泵、壓力控制泵、流量控制泵和功率控制泵四大類。排量控制泵為通過控制變量活塞的位置對泵的排量進行成比例控制。壓力、流量和功率控制泵即控制泵出口的壓力、流量或者功率，通過比較控制信號和泵出口壓力或反映流量的壓差，后再通過變量活塞的位移改變泵的排量。所以實質上這幾種控制的方式都是基于排量控制來實現變量的，只是增加了額外的調節要求。

（4）按變量特性分類

①?閉環變量泵??有恒壓變量、壓力補償變量泵、負載敏感、恒功率變量、復合控制變量等，這些變量泵為閉環控制系統。

②?開環變量泵??流量（排量）按指令相應變化，不對泵的輸出參數進行控制，為開環控制系統。

3.1.2 液壓系統對泵的變量控制的要求

液壓系統，特別是容積調速的泵控系統對泵的變量控制要求越來越高，主要有如下幾點。

① 壓力、流量和功率均可控制。這是變量泵的一種發展方向，如一種機電遙控變量泵系統，該系統包括一臺比例變量泵、CPU中央處理器、壓力傳感器、比例溢流閥、變量活塞行程檢測裝置，通過將壓力、流量、電動機功率三種信號反饋給CPU，使泵的輸出可實現比例、恒壓、恒功率控制。

② 流量控制范圍大，可正向控制，也可負向控制。????

③ 較短的換向時間，較高的固有頻率，適應閉環控制需要。

④ 閥控系統中，節能高效。這里的閥控系統是指控制變量泵排量的小功率閥控缸控制系統，要求它效率要高，泄漏損失功率要小，以達到節能的目的。

⑤ 較高的功率利用率，接近理論二次曲線的恒功率控制。例如在挖掘機上，為了更有效地利用發動機的功率，通常都采用恒功率變量泵。恒功率變量泵就是泵的壓力與泵的流量的乘積是一個常數，這個數值大于發動機的功率時就會出現常說的“憋車”。所以對變量泵來說，輸出給液壓系統的功率無限接近發動機的功率，而又絕對不能大于發動機的功率，因此需要較精確地恒功率控制。

⑥ 電子控制，以實現與上位機或其他電子控制器的通信。

3.1.3 變量控制的途徑

?電液控制變量泵可以方便地實現對流量、壓力等參數進行調整進而實現各種復雜的控制，以合理的負載功率匹配和軟啟動，并自動保持最佳狀態，達到提高控制性能和節能的目的。同時可以實現與上位機或其他電子控制器的通信，實現一定的網絡化功能和故障診斷功能。

數字控制液壓泵能夠接收數字量的控制信號，以改變液壓泵的輸出參數，實現對液壓系統的控制和調整。目前主要有變頻控制和變排量控制兩種方式。其中變頻控制是通過變頻電動機或伺服電動機改變液壓泵的轉速。對變排量控制而言，所有的變量類型都是靠改變斜盤傾角或定子偏心實現，因此有可能采用同樣的硬件結構，利用傳感器的檢測，采用不同的軟件程序來實現多種控制形式。基于這一思想，數字控制變量泵應運而生。數字控制變量泵的電-機械轉換器可以通過多種方式來實現，如采用步進電動機、高速開關閥、高響應比例閥、伺服閥等元件。在目前的技術水平下，采用比例閥的形式較多。比例放大器接收數字控制信號，輸出PWM信號控制比例閥的動作，由比例閥驅動變量活塞的運動實現變量，同時將變量活塞的運動反饋回控制器實現閉環控制。