几种轴向柱塞式液压马达的变量调节原理

几种轴向柱塞式液压马达的变量调节原理2014-8-710:18:13点击：3129引言液压马达的功率输出，取决于马达的流量和压差。液压马达的输出功率直接正比于转速。采用变量马达，可以达到功率匹配节能降耗的目的。此外，为了在不增加管路阻力的条件下提高液压马达的速度，也有必要为减少液压马达的排量而采用变量马达。这里，仅以轴向变量柱塞马达为研究对象，重点讨论几种液压马达的变量调节方式。1HD型液压控制调节原理这是一种与先导压力相关的液压控制方式，马达的排量随液控先导压力信号无级变化，主要适用于行走的或固定的机械设备。图1为HD液压控制变量马达的工作原理图，液压马达起始排量为最大排量，排量随着X口先导控制压力在最大和最小之间无级变化。其原理为:向液压马达的A,B工作油口的任一油口提供压力油时，压力油都能通过单向阀2或3进入变量缸7的有杆腔，即变量缸小腔常通高压。当X口先导控制压力升高，先导控制压力油作用在先导压力控制伺服阀1阀芯上的力将克服调压弹簧4和反馈弹簧5的合力，推动先导压力控制伺服阀阀芯向右移动，当先导控制压力升高至液压马达变量起始压力时，阀1将处于中位。如果先导控制压力继续升高，伺服阀芯将进一步右移，伺服阀1处于左位机能，液压马达工作压力油经伺服阀1.进入变量缸无杆腔。由于变量缸7中活塞两端面积不相等，当两端都受压力油作用时，变量缸7中活塞将向左运动，固定在变量活塞上的反馈杆6将带动配流盘及缸体摆动，使缸体与主轴之间的夹角减小，从而使液压马达排量减小。同时，反馈杆6压缩反馈弹簧5，迫使伺服阀1的阀芯向左移动直到伺服阀1回到中位，变量缸无杆腔的油道被封闭，液压马达停止变量将处于一个与先导控制压力相对应的排量位置。这属于位移—力反馈，利用变量活塞的位移，通过弹簧反馈使控制阀芯在力平衡条件下关闭阀口，从而使变量活塞定位。当X口的控制压力降低，伺服阀芯上的力平衡被打破，弹簧力大于液压力，伺服阀1将由中位机能变为右位机能，变量缸无杆腔变为低压，在有杆腔压力油的作用下，变量活塞将向右运动，固定在变量活塞上的反馈杆6将带动配流盘及缸体摆动，使缸体与主轴之间的夹角增大，从而使液压马达排量增大。同时，由于反馈杆6随变量活塞向右移动，反馈弹簧5压缩量将减少，反馈弹簧作用在伺服阀1阀芯上的力将减小，伺服阀芯向右移动直到伺服阀1处于中位(在图1中未画出)，变量缸7大腔的油道被封闭，液压马达停止变量。综上所述，当先导控制压力在变量起始压力和变量终止压力之间变化时，液压马达排量将在最大和最小之间相应变化。2HD1D型液压控制+恒压变量控制HD1D型控制是在HD型控制基础上增加了一台压力切断阀7而成的，见图2。当液压马达工作压力低于切断压力设定值时，压力切断阀7处于左位机能，此时压力切断阀7仅相当于是伺服阀1与变量缸5大腔之间的一段油液通道，液压马达完全受先导压力的控制。当液压马达工作压力升高，达到切断压力设定值时，压力切断阀7将处于中位机能位置，此时，变量缸无杆腔油路被封闭，液压马达将保持当前的排量。当液压马达工作压力继续升高，压力切断阀7将处于右位机能位置，使变量缸无杆腔与低压油路接通，变量缸活塞6将在小腔压力油的作用下向右移动，使液压马达排量增大。如果由于负载转矩的缘故或由于液压马达摆角减小而造成系统压力升高，在达到恒压控制的设定值时，液压马达摆向较大的摆角。由于增大排量导致压力减小，控制器偏差消失。随着排量的增加，液压马达产生较大的转矩，而压力保持常值，此值的大小可通过改变伺服阀1上弹簧的预压缩值确定。液压马达的输出转矩是根据负载的需要而决定的，即对于一个确定的负载来说，所需的马达扭矩也是确定的，而液压马达输出转矩是其排量与进出口压差的乘积，在液压马达工作压力高于切断压力设定值的情况下，压力切断阀7一直处于右位机能，液压马达排量持续增大，直到液压马达工作压力下降到与切断压力设定值相等，压力切断阀7回到中位机能位置，液压马达停止变量。当外部负载减小时，液压马达的控制过程与上述过程相反，这里不再赘述。总之，液压马达的压力切断控制功能就是根据外部负载的变化自动改变液压马达排量，从而使液压马达的工作压力保持在设定范围之内。先导压力控制与压力切断控制之间的关系是:先导压力控制和压力切断控制不能同时对液压马达起控制作用，在液压马达工作压力低于切断压力设定值时，液压马达将完全由先导压力来控制;当液压马达工作压力达到切断压力设定值后，液压马达将由压力切断控制阀自动控制。这种具有压力切断功能的先导压力控制变量柱塞液压马达，将人工控制和自动控制有机地结合起来，克服了传统变量液压马达单一控制方式的缺点，大大地提升了主机系统的操控性能和安全性能，从而提高了工作效率。3HS型液压两点变量控制这种控制方式与HD控制方式的区别在于前者没有反馈弹簧，只按外控油的先导压力来两点式控制液压马达排量，变量控制的原理以及先导压力与排量之间的关系曲线见图3。这种变量方式，就是从X油口通入先导控制压力油，只要先导油压力超过调压弹簧的设定压力，就会推动控制滑阀在左位工作，从负载口来的压力油进入变量缸活塞的右腔，推动液压马达斜盘倾角减小，由于无反馈弹簧的控制作用，变量活塞将一直向左运动到排量限定位置，液压马达将处在最小排量工作模式。而当先导压力油卸载，控制滑阀在弹簧的作用下回到右位，变量缸活塞右腔回油箱，在高压油的作用下，液压马达处在最大排量模式，实现两点式控制。4ES型电动双速两点排量控制液压马达排量处于vgmin或vgmax是由控制电磁铁通断来实现。对于图4所示结构，电磁铁断电时，在压力油的作用下，变量缸有杆腔通压力油，无杆腔接回油，此时液压马达的排量最大，液压马达输出最大转矩和最低转速。当电磁铁通电时，控制滑阀左位工作，变量缸无杆腔进油，由于变量缸的作用面积不一样，在油压的作用下，变量活塞向左移动，马达排量最小，此时液压马达输出最小转矩和最高转速。有两种标准结构，控制起点在Vgmax(最大转矩·最低转速)和控制起点在Vgmin(最小转矩、最高转速)同样，所需的控制油来自高压侧，因此需要最低为1.5MPa的工作压力。假如工作压力小于1.5MPa时，必须在G口供入1.5MPa的辅助压力。5EP型电液比例控制电子控制使用比例电磁铁或者比例阀，根据电信号对排量进行连续的控制，被控制量正比于所施加的控制电流。控制原理参见图5。根据电信号可以无级或者两点控制液压马达排量，其工作原理是向液压马达的A,B工作油口的任一口提供压力油时，压力油都能通过单向阀进入变量缸的有杆腔，即变量缸有杆腔常通高压。当比例电磁铁的电流增加时，电磁力作用在比例阀阀芯上，克服调压弹簧和反馈弹簧的合力，推动比例阀阀芯向右移动，比例阀处于左位机能，液压马达工作压力油经比例阀进入变量缸无杆腔。由于变量活塞两端面积不相等，当两端都受压力油作用时，变量活塞将向左运动，固定在变量活塞上的反馈杆将带动配流盘及缸体摆动，使缸体与主轴之间的夹角减小，从而使马达排量减小。同时，反馈杆将压缩反馈弹簧，反馈弹簧作用在比例阀阀芯上的力增大，迫使阀芯向左移动，直到与电磁力平衡，比例阀回到中位，变量缸无杆腔的油道被封闭，液压马达停止变量。此时，液压马达将处于比例阀电流相对应的排量位置;当控制电流降低，比例阀芯上的力平衡被打破，弹簧力大于电磁力，比例阀将由中位机能变为右位机能，变量缸无杆腔变为低压，在有杆腔压力油的作用下，变量活塞将向右运动，固定在变量活塞上的反馈杆将带动配流盘及缸体摆动，使缸体与主轴之间的夹角增大，从而使液压马达排量增大。同时，由于反馈杆随变量活塞向右移动，反馈弹簧压缩量减小，反馈弹簧作用在比例阀阀芯上的力减小，比例阀芯向右移动直到比例阀处于中位，变量缸大腔的油道被封闭，液压马达停止变量。综上所述，当控制电流在变量起始压力和变量终止压力之间变化时，液压马达排量将在最大和最小之间相应变化。另有一种电控方式EP.D液压比例控制，还具有恒压力控制功能，见图6.恒压控制覆盖EP液压比例控制功能，如果系统压力由于负载转矩(例如负载瞬变)的缘故或由于液压马达摆角减小而升高，当压力达到了压力控制阀3的恒压设定值时，压力控制阀3上位工作，压力油推动变量缸6中活塞使液压马达开始摆动到一个较大的排量角度。排量增加导致系统压力的减小，从而引起控制器偏差增加。当压力保持常数值时，随着排量的增加马达的转矩也在增大。6DA型转速液压控制具有速度依赖于液压控制的变量液压马达，其与A4VG带有DA控制的变量泵一起用于静液传动。来自于A4VG变量泵的驱动速度的先导压力与工作压力一起，调节液压马达的排量。由A4VG变量泵的输出的转速和工作压力确定的液控先导压力(提高原动机的转速=提高泵的转速=提高先导压力)可控制液压马达的变量摆角。加载油口X1和X2上的液控先导压力依靠行驶方向而定。泵的输入转速增高时，引起液控先导压力升高，同时也使工作压力升高。将A4VG变量泵确定的先导压力引到X1或X2油口，如图7所示。例如，X2接通，行驶方向阀1左位工作，先导液压油通过行驶方向阀1作用在伺服滑阀2阀芯左腔，克服弹簧力伺服滑阀2左位工作，压力油推动变量活塞使马达向减小排量方向转变(转矩减小，转速增加)。假如工作压力升高到超过变量机构压力控制设定的压力值，则液压马达向增大排量方向转变(转矩增大，转速降低)。先导压力Pst与高压PH的比保持定值比为3/100。先导压力变化0.3MPa升或降)相应使工作压力升、降10MPa.设计带DA变量的驱动装置时，必须考虑A4VDA变量泵的技术数据。DA控制主要实现以下功能:①自动无级变速的车辆控制、怠速无排量、发动机升速(车提速)和爬坡自动降速;②自动功率匹配(高负载时自动降速)和合理的功率分配(行走与工作机构);③极限载荷调节(最大载荷限制);④人工功率分配;⑤其他如最佳油耗等。7MO型转矩变量控制转矩变量控制主要用来驱动绞车，产生恒定的牵引力，控制起点在Vgmin(最小转矩，最高转速)。这种变量控制方式通过改变液压马达的排量而得到恒定的转矩。如图8所示，工作原理是，固定节流口和控制滑阀的可变节流口组成了B型半桥，若工作压力比较低，那么滑阀左腔的控制压力也比较低，在控制滑阀弹簧的作用下，使得变量缸无杆腔接通油箱，此时变量活塞有杆腔在工作压力的作用下使液压马达排量增大，压力减小，可以保持转矩不变。当工作压力增加时，压力油会克服弹簧力推动阀芯向右移动，使来自于A或B的压力油进入变量缸的无杆腔，推动变量机构向减小排量的方向变化，与变量活塞杆连接的反馈杆压缩反馈弹簧形成力反馈，同时，阀芯位移增加使滑阀左腔通过滑阀阀口与回油相通，此时B型半桥的控制作用使控制腔的压力降低，阀芯上的受力平衡，阀口关闭排量减小至一定值。压力增加排量减小仍然保持输出转矩不变。它可根据需要进行改变，使绞车产生恒定的牵引力。如果卷筒上没有拉力，则液压马达在较低的压力下工作，从而先导压力也较低，液压马达排量增大，转速降低，绞车减速运转，直至达到绞车的拉力时保持拉力并停止运转。为限制液压马达的最高转速，在液压马达前面的回路中应设置流量阀或类似元件。作为转矩变量本身的先导控制压力，可采用一个溢流阀调节。X口的最大供油量约为5L/min，随先导压力与工作压力之间压差的降低，先导油液流量也减小。8结论轴向柱塞式液压马达的变量控制方式可以归结为排量控制、速度控制和转矩三大类，其中章节1-5为排量控制，章节6为速度控制，章节7为转矩控制，每种控制方式都有其适用的工作领域，读者可根据工作需要选择合适的变量马达的控制调节方式，通过正确设定液压马达，最大限度地满足工程应用的需要。