軸向柱塞液壓泵的電液比例控制變量機構的研究

劉峰

摘 要：文章論述了軸向柱塞液壓泵的電液比例控制的變量機構，闡述了它的組成及工作原理，說明了它是一個閉環位置控制系統；它由電子放大器、二位二通電液比例閥、差動活塞、減壓閥和位移傳感器等構成，該系統的輸入量是輸入給比例閥的電信號，輸出量是差動活塞的行程位移，差動活塞的行程與輸給比例閥的電信號成比例的變化，由于液壓泵排量是與差動活塞的行程成比例的，因此液壓泵的排量就與輸入給比例閥的電信號成比例，具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：電液比例控制；變量機構；靜態特性；動態特性；容積式傳動

中圖分類號：TH322 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0074-02

Abstract： This paper discusses the electro-hydraulic proportional control variable mechanism of the axial plunger hydraulic pump developed by the author， expounds its composition and working principle， and explains that it is a closed-loop position control system. It consists of an electronic amplifier， a two-position two-way electro-hydraulic proportional valve， a differential piston， a reducing valve and a displacement sensor. The input of the system is the electrical signal input to the proportional valve， and the output is the stroke displacement of the differential piston. The stroke of the differential piston is proportional to the telecommunication number supplied to the proportional valve. Because the displacement of the hydraulic pump is proportional to the stroke of the differential piston， the displacement of the hydraulic pump is proportional to the telecommunication number inputted to the proportional valve， so it has a wide range of application prospects.

Keywords： electro-hydraulic proportional control； variable mechanism； static characteristics； dynamic characteristics； volumetric transmission

1 概述

電液比例控制技術[1]作為連接現代微電子、計算機和流體傳動及控制技術的橋梁，在近20年來得到了迅猛發展，其性能有顯著提高，應用領域得以迅速拓展，已成為機電一體化的基本技術構成之一。本文從實際需要出發，研制采用電液比例控制方式的變量的液壓泵，對國產CY14-1B系列的軸向柱塞泵的變量機構[2]的形式進行了補充，已使其變量方式增加一種新的形式——電液比例控制方式，它將電子放大器、比例閥、減壓閥、傳感器和泵本體集成在一起形成了新型的泵——電液比例泵，已投入了使用并滿足了實際需要。

2 電液比例泵變量機構的工作原理

電液比例泵的變量機構是使比例泵的排量隨輸入電信號成比例變化的，而本文是針對一種新形式的具有位移電反饋的變量機構做理論和試驗研究。圖1為變量機構的系統示意圖。

它是一個帶電位移傳感器的位移控制系統，由減壓閥、差動活塞、變量斜盤、阻尼孔、反饋連桿、位移動傳感器、二位二通電液比例閥（單邊閥）、電子放大器等組成。 該變量機構為“單邊滑閥控制差動活塞系統”；圖2表示了其工作原理的方框圖。

圖2中：Vr-給定電信號，Vf-反饋電信號，Xv-比例閥開口量，Xp-差動活塞位移量，qp-比例泵的排量。

在其結構上，采用差動活塞以鉸接的方式與傾斜盤連接，差動活塞與位移傳感器連桿為剛性連接。電液比例閥和減壓閥以疊加方式連接，用連接塊固定在變量活塞缸體的一端，使得整個變量機構的結構更為緊湊。

3 變量特性的理論分析

靜態特性：這里從實用出發，將變量機構與相應的液壓泵的本體組裝后來進行變量特性的分析[2]，確定輸入量和輸出量在穩態狀態下的變化規律，輸入量為Vi，輸出量為qp。首先列寫各環節的靜態特性方程：包括比例電磁鐵輸出力方程、放大器特性方程、位移傳感器特性方程、比例閥力芯力平衡方程、泵的排量方程。

4 電液比例泵的變量特性試驗

本文電液比例泵[3]的變量特性試驗的內容：一是靜態控制特性，二是負載特性。

圖3 表示了電液比例泵特性試驗的液壓系統圖。

4.1 靜態控制特性試驗

輸入信號由BT6頻率特性分析儀給出三角波信號并接入X-Y函數記錄儀的X軸，輸出信號取自位移傳感器輸出端并接入X-Y函數記錄儀的Y軸，測得特性曲線[4]，如圖4所示。

圖中橫軸Vi/Vio表示輸給比例泵放大器的電壓無因次量，縱軸Xp/Xpmax表示變量活塞位移的無因次量，試驗時負載壓力調為：P=10Mpa（由比例溢流閥6設定），油溫=30℃。

從圖中得出：滯環為△1=5%（圖4的上圖），重復精度△2=3%（圖4的下圖）。

4.2 靜態負載特性

圖5表示了當輸入給比例泵放大器的電壓為三個不同的設定值時，隨輸入給比例加載閥6的電壓值的增加，變量活塞位移的變化規律；可見被試泵的負載壓力增加時，變量活塞位移變化很小，說明了剛性比較好，這是由于系統是閉環控制系統，而開環增益又足夠大，因此曲線近似一水平狀。

圖中1，2，3三條曲線表示輸給比例泵放大器的各輸入的電壓無因次量Vi/Vi0與排量無因次量Xp/XPmax的變化規律曲線。

5 結束語

（1）本文對變量機構采用了二通電液比例閥控制差動活塞和電位移傳感器組成的閉環控制系統進行了探討，經過理論的分析和試驗，均獲得比較滿意的結果。

（2）電液比例泵的變量機構的靜態特性的滯環小于4%，重復精度小于1%，線性較好，負載特性呈一水平線；動態階躍響應時間小于0.4秒，超調量最大小于8%，特性指標比較好，完全滿足了使用的需求。

（3）由于變量機構結構簡單、廉價、制作容易，已獲得了應用，能滿足一般工業的需求，特別是對大功率容積式傳動系統更適宜，因此具有廣泛的應用前景。

參考文獻：

[1]顧瑞龍.控制理論及電液控制系統[M].機械工業出版社，2005.

[2]熊詩波.液壓測試技術[M].機械工業出出版社，2003.

[3]劉玉琦.電液比例控制葉片泵的工作原理及其變量特性分析[J].沈陽機電學院學報，2002.

[4]王顯正.控制理論基礎[M].國防工業出版社，2006.