第3章 變量泵

3.1?變量泵分類及組成

液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，是液壓系統(tǒng)動(dòng)力源。變量泵能夠滿足泵的輸出流量與系統(tǒng)的需求能量相匹配，減少能量的損耗。實(shí)際上，每一個(gè)變量泵都為一個(gè)液壓控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、能源裝置、控制對(duì)象分別對(duì)應(yīng)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(tǒng)的受控參數(shù)。如果變量泵采用閉環(huán)控制，還應(yīng)該包括輸出參數(shù)的反饋和比較環(huán)節(jié)。

3.1.1 分類

（1）按結(jié)構(gòu)分類

變量泵有多種結(jié)構(gòu)形式。按結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)的圓形，其相對(duì)轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)變量。軸向柱塞式變量泵則是通過改變斜盤與轉(zhuǎn)軸的夾角來實(shí)現(xiàn)變量。

（2）按照輸入信號(hào)的形式分類

按照輸入信號(hào)的形式，變量泵可分為手動(dòng)變量泵、機(jī)動(dòng)變量泵、液動(dòng)變量泵、電動(dòng)變量泵、電液動(dòng)變量泵。

手動(dòng)變量泵是依靠手動(dòng)操作變量泵的變量機(jī)構(gòu)，例如國產(chǎn)的CY泵的SCY系列。這種變量泵只能依靠工人調(diào)節(jié)，往往不能實(shí)現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，因此自動(dòng)化水平低。而液動(dòng)變量泵和機(jī)動(dòng)變量泵則分別是靠液壓力和機(jī)械結(jié)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)變量泵的變量機(jī)構(gòu)。電動(dòng)式變量泵則是依靠伺服電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，來驅(qū)動(dòng)變量機(jī)構(gòu)或控制閥，完成變量操作。電液動(dòng)變量泵是采用電液伺服閥控制變量缸來驅(qū)動(dòng)變量機(jī)構(gòu)。

（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(duì)泵的排量進(jìn)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(hào)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(shí)質(zhì)上這幾種控制的方式都是基于排量控制來實(shí)現(xiàn)變量的，只是增加了額外的調(diào)節(jié)要求。

（4）按變量特性分類

①?閉環(huán)變量泵??有恒壓變量、壓力補(bǔ)償變量泵、負(fù)載敏感、恒功率變量、復(fù)合控制變量等，這些變量泵為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

②?開環(huán)變量泵??流量（排量）按指令相應(yīng)變化，不對(duì)泵的輸出參數(shù)進(jìn)行控制，為開環(huán)控制系統(tǒng)。

3.1.2 液壓系統(tǒng)對(duì)泵的變量控制的要求

液壓系統(tǒng)，特別是容積調(diào)速的泵控系統(tǒng)對(duì)泵的變量控制要求越來越高，主要有如下幾點(diǎn)。

① 壓力、流量和功率均可控制。這是變量泵的一種發(fā)展方向，如一種機(jī)電遙控變量泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一臺(tái)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(cè)裝置，通過將壓力、流量、電動(dòng)機(jī)功率三種信號(hào)反饋給CPU，使泵的輸出可實(shí)現(xiàn)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(fù)向控制。????

③ 較短的換向時(shí)間，較高的固有頻率，適應(yīng)閉環(huán)控制需要。

④ 閥控系統(tǒng)中，節(jié)能高效。這里的閥控系統(tǒng)是指控制變量泵排量的小功率閥控缸控制系統(tǒng)，要求它效率要高，泄漏損失功率要小，以達(dá)到節(jié)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(jī)上，為了更有效地利用發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)常數(shù)，這個(gè)數(shù)值大于發(fā)動(dòng)機(jī)的功率時(shí)就會(huì)出現(xiàn)常說的“憋車”。所以對(duì)變量泵來說，輸出給液壓系統(tǒng)的功率無限接近發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，而又絕對(duì)不能大于發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，因此需要較精確地恒功率控制。

⑥ 電子控制，以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)流量、壓力等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制，以合理的負(fù)載功率匹配和軟啟動(dòng)，并自動(dòng)保持最佳狀態(tài)，達(dá)到提高控制性能和節(jié)能的目的。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)或其他電子控制器的通信，實(shí)現(xiàn)一定的網(wǎng)絡(luò)化功能和故障診斷功能。

數(shù)字控制液壓泵能夠接收數(shù)字量的控制信號(hào)，以改變液壓泵的輸出參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制和調(diào)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(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)改變液壓泵的轉(zhuǎn)速。對(duì)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(shí)現(xiàn)，因此有可能采用同樣的硬件結(jié)構(gòu)，利用傳感器的檢測(cè)，采用不同的軟件程序來實(shí)現(xiàn)多種控制形式。基于這一思想，數(shù)字控制變量泵應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字控制變量泵的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器可以通過多種方式來實(shí)現(xiàn)，如采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、高速開關(guān)閥、高響應(yīng)比例閥、伺服閥等元件。在目前的技術(shù)水平下，采用比例閥的形式較多。比例放大器接收數(shù)字控制信號(hào)，輸出PWM信號(hào)控制比例閥的動(dòng)作，由比例閥驅(qū)動(dòng)變量活塞的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)變量，同時(shí)將變量活塞的運(yùn)動(dòng)反饋回控制器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。