论文部分内容阅读
摘 要：本文论述了液压泵的电液比例位移-力反馈式排量调节机构的组成及工作原理，它由电子放大器、电液比例三通阀—差动活塞，反馈弹簧等件构成了一个具有位移反馈的闭环控制系统，该机构的输入量为输给电液比例阀三通阀的电信号，输出量为差动活塞的位移，它转化为排量，以此做输出量跟踪输入信号。该变量机构与相应的液压泵的本体部分组装一起，形成了一个电液比例控制排量的液压泵。本文对其变量特性进行了分析和试验获得了较好结果，由于变量机构结构简单、廉价、制作容易，能满足要求，因此具有很好的应用前景。
关键词：位移-力反馈 电液比例三通阀—差动活塞 变量机构 变量特性
中图分类号：TH13 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（c）-0104-02
电液比例控制技术作为连接现代微电子、计算机和液压技术的桥梁，在近20年来得到了快速地发展，应用领域得以拓展，已成为机电一体化的基本技术构成之一[1]。而做为构成电液比例技术的液压传动及控制系统的基础元件（泵、阀、液压缸和液压马达等）的研究开发是至关重要的。针对这种情况和用户的要求，本文作者团队研制出一种采用液比例控制排量的液压泵，它的特点是：（1）控制精度高，液压泵既是动力元件又是控制元件，可与电子技术，计算机技术配合控制灵活，可达到功率匹配的要求，高效节能；（2）它廉价于电液伺服控制；（3）抗油污染能力强于电液伺服控制机构[2]；（4）由于变量机构结构简单、廉价和制造容易，易于推广。该泵已应用于石油勘探工程车上的液压发电机系统上，获得了很好的应用，图1为电液比例排量调节压泵的图片。
1 电液比例位移-力反馈式排量调节机构的组成及工作原理
调节机构由图2的右部的件2、3、4、5、6、7组成；其工作原理如下：调节机构初始处于一个平衡状态，当电子放大器输给比例电磁铁一电流信号i增大时，比例电磁铁的推力使三通阀5（为双边滑阀）下移，将三通阀的B口打开，差动活塞上腔的压力降低，液压油经B口流回油箱，此时在差动活塞下腔压力Ps作用下使差动活塞上移，经它反馈弹簧作用将三通阀5的B口关闭，此时差动活塞3上移的距离就是反馈弹簧4的压缩量，即差动活塞3的位移Xp，它使变量斜盘2的倾角α增加，随之泵的排量增加。此排量与输给比例电磁铁一电流信号i相对应。反之当电子放大器输给比例电磁铁一电流信号i时减小时，比例电磁铁的推力减小，在反馈弹簧作用下使三通阀5上移，将三通阀的A口打开，B关死，压力油进入差动活塞上腔推动差动活塞下移，反馈弹簧4的压缩量减小，活塞上腔的压力降低，液压油经B口流回油箱，反馈弹簧4的压缩量下腔压力Ps作用下使差动活塞上移使反馈弹簧4有一个压缩量，经它的作用将三通阀5的B口关闭，此时差动活塞3上移的距离为Xp，此Xp就是反馈弹簧4的压缩量即差动活塞3的位移量。说明了输入电流与差动活塞位移一一对应。
2 电液比例排量调节机构的特性的分析和试验
2.1 静态特性的分析和试验
2.2 调节机构动态特性试验
该调节机构的动态方框图如图5所示。
图5中，Qp为液压泵排量。
对该调节机构做了阶跃响应试验[4]。
圖6为调节机构的阶跃响应曲线，红色图线为输入的电流i阶跃信号，其幅值为全程阶跃信号的90%，输入信号i和输出量Xp由16线光电示波器记录。
从图6看出，当输入电流信号由0.2阶跃到0.9时，输出量位移从全行程的0.2上升到全行程的90%稳定下来时的过渡过程时间为ts1=0.35s，当输入信号从0.9阶跃下降到0.2时则输出量位移从全行程的90%下降到原来位置，此过渡过程时间ts2=0.3s；上升时的超调量约为Mp1=5%，下降时的超调量为Mp2=2.5%。
3 结论
（1）本文对调节机构采用了电液比例三通阀控制差动活塞和位移力反馈组成的闭环控制系统进行了探讨，经过理论的分析和试验，均获得比较满意的结果；该调节机构与相应的液压泵的本体部分组装一起形成的电液比例位移-力反馈式排量调节液压泵，为国产CY14-1系列轴向柱塞泵增添一种新的变量机。
（2）经过理论分析和实验研究证明本文所设计的排量调节机构设计方案合理正确，结构简单，工作可靠，在工程中得到了很好的应用。
（3）由于变量机构结构简单、廉价、制作容易，已获得了应用，能满足一般工业的需求，特别是对大功率容积式传动系统更适宜，因此具有广泛的应用前景。
参考文献
[1] 顾瑞龙.控制理论及电液控制系统[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2] 熊诗波.液压测试技术[M].北京：机械工业出出版社，2003.
[3] 刘玉琦.电液比例控制叶片泵的工作原理及其变量特性分析[J].沈阳机电学院学报，1982（2）：113-126.
[4] 王显正.控制理论基础[M].北京：国防工业出版社，2006.
关键词：位移-力反馈 电液比例三通阀—差动活塞 变量机构 变量特性
中图分类号：TH13 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（c）-0104-02
电液比例控制技术作为连接现代微电子、计算机和液压技术的桥梁，在近20年来得到了快速地发展，应用领域得以拓展，已成为机电一体化的基本技术构成之一[1]。而做为构成电液比例技术的液压传动及控制系统的基础元件（泵、阀、液压缸和液压马达等）的研究开发是至关重要的。针对这种情况和用户的要求，本文作者团队研制出一种采用液比例控制排量的液压泵，它的特点是：（1）控制精度高，液压泵既是动力元件又是控制元件，可与电子技术，计算机技术配合控制灵活，可达到功率匹配的要求，高效节能；（2）它廉价于电液伺服控制；（3）抗油污染能力强于电液伺服控制机构[2]；（4）由于变量机构结构简单、廉价和制造容易，易于推广。该泵已应用于石油勘探工程车上的液压发电机系统上，获得了很好的应用，图1为电液比例排量调节压泵的图片。
1 电液比例位移-力反馈式排量调节机构的组成及工作原理
调节机构由图2的右部的件2、3、4、5、6、7组成；其工作原理如下：调节机构初始处于一个平衡状态，当电子放大器输给比例电磁铁一电流信号i增大时，比例电磁铁的推力使三通阀5（为双边滑阀）下移，将三通阀的B口打开，差动活塞上腔的压力降低，液压油经B口流回油箱，此时在差动活塞下腔压力Ps作用下使差动活塞上移，经它反馈弹簧作用将三通阀5的B口关闭，此时差动活塞3上移的距离就是反馈弹簧4的压缩量，即差动活塞3的位移Xp，它使变量斜盘2的倾角α增加，随之泵的排量增加。此排量与输给比例电磁铁一电流信号i相对应。反之当电子放大器输给比例电磁铁一电流信号i时减小时，比例电磁铁的推力减小，在反馈弹簧作用下使三通阀5上移，将三通阀的A口打开，B关死，压力油进入差动活塞上腔推动差动活塞下移，反馈弹簧4的压缩量减小，活塞上腔的压力降低，液压油经B口流回油箱，反馈弹簧4的压缩量下腔压力Ps作用下使差动活塞上移使反馈弹簧4有一个压缩量，经它的作用将三通阀5的B口关闭，此时差动活塞3上移的距离为Xp，此Xp就是反馈弹簧4的压缩量即差动活塞3的位移量。说明了输入电流与差动活塞位移一一对应。
2 电液比例排量调节机构的特性的分析和试验
2.1 静态特性的分析和试验
2.2 调节机构动态特性试验
该调节机构的动态方框图如图5所示。
图5中，Qp为液压泵排量。
对该调节机构做了阶跃响应试验[4]。
圖6为调节机构的阶跃响应曲线，红色图线为输入的电流i阶跃信号，其幅值为全程阶跃信号的90%，输入信号i和输出量Xp由16线光电示波器记录。
从图6看出，当输入电流信号由0.2阶跃到0.9时，输出量位移从全行程的0.2上升到全行程的90%稳定下来时的过渡过程时间为ts1=0.35s，当输入信号从0.9阶跃下降到0.2时则输出量位移从全行程的90%下降到原来位置，此过渡过程时间ts2=0.3s；上升时的超调量约为Mp1=5%，下降时的超调量为Mp2=2.5%。
3 结论
（1）本文对调节机构采用了电液比例三通阀控制差动活塞和位移力反馈组成的闭环控制系统进行了探讨，经过理论的分析和试验，均获得比较满意的结果；该调节机构与相应的液压泵的本体部分组装一起形成的电液比例位移-力反馈式排量调节液压泵，为国产CY14-1系列轴向柱塞泵增添一种新的变量机。
（2）经过理论分析和实验研究证明本文所设计的排量调节机构设计方案合理正确，结构简单，工作可靠，在工程中得到了很好的应用。
（3）由于变量机构结构简单、廉价、制作容易，已获得了应用，能满足一般工业的需求，特别是对大功率容积式传动系统更适宜，因此具有广泛的应用前景。
参考文献
[1] 顾瑞龙.控制理论及电液控制系统[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2] 熊诗波.液压测试技术[M].北京：机械工业出出版社，2003.
[3] 刘玉琦.电液比例控制叶片泵的工作原理及其变量特性分析[J].沈阳机电学院学报，1982（2）：113-126.
[4] 王显正.控制理论基础[M].北京：国防工业出版社，2006.