变量泵控制方式及其应用
分类方式一：
变量泵可以通过排量调节来适应机械在作业时的复杂工况要求，由于其具有明显的优点而被泛使用。变量泵的控制方式多种多样，主要有压力切断控制、功率控制、排量控制和负载敏感控制四基本控制方式。通过这四种基本控制方式的组合，可以得到具有复杂输出特性的组合控制。
1.1 压力切断控制
压力切断控制是对系统压力限制的控制方式，有时也简称为压力控制。当系统压力达到切断压力值，排量调节机构通过减小排量使系统的压力限制在切断压力值以下，其输出特性如图1-1a所示。如果切断力值在工作中可以调节则称为变压力控制，否则称为恒压力控制。图1-1b所示为压力切断控制的典型实方式。当系统压力升高达到切断压力时，变量控制阀阀芯左移，推动变量机构使排量减小，从而实现压力断控制。阀芯上的Pr为液控口，可以对切断压力进行液压远程控制和电液比例控制。
一些液压工况复杂，作业中执行机构需要的流量变化很大，压力切断控制可以根据执行机构的调速要按所需供油，避免了溢流产生的能量损失，同时对系统起到过载保护的作用。
a输出特性 b典型实现形式
图1-l 压力切断控制变量泵
1.2 功率控制
功率控制是对系统功率限制的控制方式。当系统功率达到调定的功率值时，排量调节机构通过减小排量使系统的功率限制在调定功率值以下。如果功率限制值在工作中可调则称为变功率控制，否则称为恒功率控制。图1-2中所示为力士乐(Rexroth)A11VO恒功率泵的输出特性和具体实现结构。其工作原理如下：
变量油缸和复位油缸分别布置在泵体两侧，对变量机构进行差动控制，其中面积较大的变量油缸的压力受到变量控制阀的控制。作用在小活塞上的系统压力经摇杆在控制阀芯左侧作用推力F，而阀芯右侧受到弹簧力的作用。由于小活塞装在与变量机构一起运动的复位活塞上，所以摇杆对阀芯的推力为
F=PALl/L2 (1)
式中：P为系统压力；A为小活塞面积；L1为小活塞到摇杆铰点的距离；L2为变量控制阀杆到摇杆铰点的距离。
当摇杆推力大于弹簧推力时，阀芯右移，使泵的排量减小，从而维持摇杆推力为近似常数。根据式(1)可知，摇杆推力正比于PL1，而L1正比于油泵排量，因此实现了对变量泵的功率的限制(假定油泵转速不变)。有时为了简化控制结构，常采用近似功率控制方式，常用双弹簧结构控制变量机构位置。 图9-3所示为川崎(Kawasaki)K3V系列变功率控制泵的输出特性和具体实现结构。其中控制阀阀芯位置是通过系统压力与双弹簧弹力的平衡决定的，而变量机构跟随阀芯一起运动，这样就可以利用双弹簧的变刚度特性用折线近似双曲线。
图1-2 恒功率控制变量泵
图1-3 变功率控制变量泵
功率控制能够充分发挥原动机的功率，达到按能力供油的目的，避免原动机因过载而停车或损坏。
1.3 排量控制
排量控制是指对变量泵的排量进行直接控制的控制方式，施加一个控制压力就可以得到一个相应的排量值。图1-4所示为川崎(Kawasaki)K3V系列负流量控制(指流量变化与先导控制压力成反比)的输出特性和具体控制方式。当先导控制压力Pr增大时，变量控制阀阀芯右移，使泵的排量减小，从而使泵的流量Q随着Pr的增大成比例地减小。
图1-4 负流量控制变量泵
图1-5所示是HYUNDAI液压挖掘机的负流量控制系统的局部简化原理图。当所有多路换向阀位于中位时，从液压泵排出的压力油经多路换向阀的直通供油道和节流孔回油箱，将节流孔的回油流量作为控制量，通过排量调节机构来控制泵的排量。当通过节流孔回油的流量达到一定值时(设定值远小于系统总流量)，节流孔前的先导压力Pr就开始调节变量泵，使泵的排量仅提供运动速度所需的流量，即通过多路阀对执行元件进行调速时，变量泵具有自动调节排量按需供流的功能。
图1-5 EHYUNDAI液压挖掘机负流量控制系统
1.4 LS(负载敏感)控制
LS控制方式是对变量泵排量变化率控制的控制方式。LS控制变量泵的输出特性与排量控制相同，但其控制信号反映的不是排量本身，而是排量的变化值。图1-6所示是LS控制的典型实现形式，它过压力差对泵的排量进行控制，当△P与阀芯弹簧压力不平衡时，变量控制阀阀芯偏移，使泵排量发生相应变化。
图1-6 LS控制变量泵的典型实现形式 图1-7 LS调速控制系统
图1-7所示是采用LS控制变量泵实现的LS调速系统的基本原理。△P为节流口前后压力差，△P=PA-PL，其中PA为泵口压力，PL为负载压力，其最大的特点就是可以根据负载大小和调速要求对泵进行控制，从而实现在按需供流的同时，使调速节流损失△P控制在很小的固定值。
负载敏感变量泵与压力补偿阀配合使用可以实现单泵驱动多个执行机构的独立调速，各执行元件不受外部负载变动和其他执行元件的干扰。由于LS调速系统不仅实现按需供油，同时也是按需供压，是能量损失很小的调速方案。
1.5 基本控制方式的组合及其应用
系统的压力限制、原动机的功率限制以及对执行元件的可调速性，往往对同一台机械的液压系统是同时需要的，因此需要对多种控制方式进行组合，以便使变量泵能够满足机械设备的复杂工况要求，控制方式的组合应根据具体的应用要求而定。图1-8所示为力乐士(Rexroth)压力切断控制、功率控制和LS控制组合的输出特性和具体实现结构。
图1-8 功率控制、压力切断控制和LS控制的组合
图1-8中，三个控制阀并联连接，当系统状态达到其中任一个限制条件时，对应的控制阀动作，使泵的排量减小，组合后的输出特性如图1-8a所示，兼具压力切断控制、功率控制和LS控制的特点，可以较好地满足复杂工况的要求。
分类方式二：
按照液压控制和电气控制分类如下：
2.1.液压控制：
2.1.1 压力控制DR
a.液压原理图 b.静态特性曲线
图2.1 DR控制原理示意图
应用：即使在流量变化的情况下，该压力控制也能保持液压系统中的压力恒定。变量泵只提供执行器所需的液压油。如果工作压力超过压力控制阀的设定压力，泵的排量自动摆回，知道压力偏差被纠正为止。
2.1.2两点式变量，直接控制DG
a.液压原理图 b.切换压力曲线
图2.2 DG控制原理示意图
应用：通过在油口x施加一外部切换压力使变量泵达到最小摆角。控制油可直接供给控制活塞。
2.1.3流量控制FR
图2.3 FR控制原理示意图
应用：在液压系统中保持恒定的流量
2.1.4恒功率控制LR
a.液压原理图 b.静态特性曲线
图2.4 LR控制原理示意图
应用：功率是根据工作压力调节泵的排量，使功率在恒定驱动转速下保持预设的驱动功率恒定。通过准确控制功率特性双曲线，得到最佳的功率利用。
2.1.5与位置有关的液压控制HW
图2.5 HW控制原理示意图
应用：改变转动销的角度进行流量（排量）的无级调节。
2.1.6与先导压力有关的液压控制HD
a.液压原理图 b.静态特性曲线
图2.6 HD控制原理示意图
应用：泵流量（排量）的无级调节与先导压力有关，调节与所施加的先导压力成正比。
2.1.7液压控制，与转速有关DA
DA控制是一种与发动机转速或自动行驶有关的控制系统。内置DA控制阀芯产生一个与泵（发动机）驱动转速成比例的先到压力。该先到压力通过一个由电磁铁操作的3位4通换向阀传至油泵的定位缸上。泵的排量在液流的各个方向均可无级调节，并同时受泵的驱动转速和排油压力的影响。液流方向（即机器向前或向后）由通电电磁铁a或b控制。
泵的驱动转速提高，DA阀芯产生的先导压力也会增大，从而使泵的流量或压力增大。根据所选择泵的工作特性，系统 压力升高使泵回摆至较小排量。发动机转速降低时，通过降低与压力有关的泵的行程和降低先导压力，达到发动机过载保护的目的。
图2.7 DA控制原理示意图
2.2电气控制
2.2.1电气两点控制，带开关电磁铁EZ
图2.8 EZ控制原理示意图
2.2.2带比例电磁铁的电液控制EP
a.液压原理图 b.静态特性曲线
或
a’.液压原理图 b’.静态特性曲线
图2.9EP控制原理示意图
应用：对泵排量的调节与电磁铁电流成比例
2.2.3电液压力控制（反比特性）ED
a.液压原理图
b.电流压力特性曲线 c.静态特性曲线
图2.10 EP控制原理示意图
应用：泵的最大输出压力取决于输入电磁铁的电流。如果泵压力下降到设定压力以下，泵会增加排量，以便提高流量满足系统要求。如果压力达到设定压力，泵会调节其排量以满足系统所需要流量。
调节电磁铁的电流可无级调整最大系统压力。由于反比例控制，泵在最大电磁铁电流下为备用压力，在零电流下则达到最大压力。
另：(以下分类采用统一样本)
1.DG，液压控制，直动式
使用直动式液压控制，可通过在油口X1，X2直接在行程缸上施加液压控制压力来调节泵的排量。这样，斜盘即在0和最大排量之间调节。每一个液流方向分配一个油口。
2.EZ，电气两点控制，带开关电磁铁
使用开关电磁铁a和b通电或断电，可有EZ的控制装置为油泵的行程油缸供油。这样，斜盘即在0和最大排量之间调节。每一个液流方向分配一个油口。
3.HD控制，与先导压力有关
取决于两条控制管路中的先导压力Pst的压差（油口Y1和Y2），油泵形成缸通过HD控制装置获得控制压力。这样，斜盘或排量可实现无级调节。
4.HW液压控制，机械伺服
取决于操纵杆的操作方向a或b，有泵行程缸通过HW控制装置获得控制压力。这样，斜盘或排量可实现无级调节。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/675362bf0a4e767f5acfa1c7aa00b52acfc79c99.html
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