轴向柱塞液压泵的电液比例控制变量机构的研究

刘峰

摘 要：文章论述了轴向柱塞液压泵的电液比例控制的变量机构，阐述了它的组成及工作原理，说明了它是一个闭环位置控制系统；它由电子放大器、二位二通电液比例阀、差动活塞、减压阀和位移传感器等构成，该系统的输入量是输入给比例阀的电信号，输出量是差动活塞的行程位移，差动活塞的行程与输给比例阀的电信号成比例的变化，由于液压泵排量是与差动活塞的行程成比例的，因此液压泵的排量就与输入给比例阀的电信号成比例，具有广泛的应用前景。

关键词：电液比例控制；变量机构；静态特性；动态特性；容積式传动

中图分类号：TH322 文献标志码：A 文章编号：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

电液比例控制技术[1]作为连接现代微电子、计算机和流体传动及控制技术的桥梁，在近20年来得到了迅猛发展，其性能有显著提高，应用领域得以迅速拓展，已成为机电一体化的基本技术构成之一。本文从实际需要出发，研制采用电液比例控制方式的变量的液压泵，对国产CY14-1B系列的轴向柱塞泵的变量机构[2]的形式进行了补充，已使其变量方式增加一种新的形式——电液比例控制方式，它将电子放大器、比例阀、减压阀、传感器和泵本体集成在一起形成了新型的泵——电液比例泵，已投入了使用并满足了实际需要。

2 电液比例泵变量机构的工作原理

电液比例泵的变量机构是使比例泵的排量随输入电信号成比例变化的，而本文是针对一种新形式的具有位移电反馈的变量机构做理论和试验研究。图1为变量机构的系统示意图。

它是一个带电位移传感器的位移控制系统，由减压阀、差动活塞、变量斜盘、阻尼孔、反馈连杆、位移动传感器、二位二通电液比例阀（单边阀）、电子放大器等组成。 该变量机构为“单边滑阀控制差动活塞系统”；图2表示了其工作原理的方框图。

图2中：Vr-给定电信号，Vf-反馈电信号，Xv-比例阀开口量，Xp-差动活塞位移量，qp-比例泵的排量。

在其结构上，采用差动活塞以铰接的方式与倾斜盘连接，差动活塞与位移传感器连杆为刚性连接。电液比例阀和减压阀以叠加方式连接，用连接块固定在变量活塞缸体的一端，使得整个变量机构的结构更为紧凑。

3 变量特性的理论分析

静态特性：这里从实用出发，将变量机构与相应的液压泵的本体组装后来进行变量特性的分析[2]，确定输入量和输出量在稳态状态下的变化规律，输入量为Vi，输出量为qp。首先列写各环节的静态特性方程：包括比例电磁铁输出力方程、放大器特性方程、位移传感器特性方程、比例阀力芯力平衡方程、泵的排量方程。

4 电液比例泵的变量特性试验

本文电液比例泵[3]的变量特性试验的内容：一是静态控制特性，二是负载特性。

图3 表示了电液比例泵特性试验的液压系统图。

4.1 静态控制特性试验

输入信号由BT6频率特性分析仪给出三角波信号并接入X-Y函数记录仪的X轴，输出信号取自位移传感器输出端并接入X-Y函数记录仪的Y轴，测得特性曲线[4]，如图4所示。

图中横轴Vi/Vio表示输给比例泵放大器的电压无因次量，纵轴Xp/Xpmax表示变量活塞位移的无因次量，试验时负载压力调为：P=10Mpa（由比例溢流阀6设定），油温=30℃。

从图中得出：滞环为△1=5%（图4的上图），重复精度△2=3%（图4的下图）。

4.2 静态负载特性

图5表示了当输入给比例泵放大器的电压为三个不同的设定值时，随输入给比例加载阀6的电压值的增加，变量活塞位移的变化规律；可见被试泵的负载压力增加时，变量活塞位移变化很小，说明了刚性比较好，这是由于系统是闭环控制系统，而开环增益又足够大，因此曲线近似一水平状。

图中1，2，3三条曲线表示输给比例泵放大器的各输入的电压无因次量Vi/Vi0与排量无因次量Xp/XPmax的变化规律曲线。

5 结束语

（1）本文对变量机构采用了二通电液比例阀控制差动活塞和电位移传感器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。

（2）电液比例泵的变量机构的静态特性的滞环小于4%，重复精度小于1%，线性较好，负载特性呈一水平线；动态阶跃响应时间小于0.4秒，超调量最大小于8%，特性指标比较好，完全满足了使用的需求。

（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].机械工业出版社，2005.

[2]熊诗波.液压测试技术[M].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，2002.

[4]王显正.控制理论基础[M].国防工业出版社，2006.