摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，液压传动技术的应用也越来越广泛。文章中作者根据自身的工作经历简要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；容积式传动
引言
在变量柱塞泵中，斜盘式轴向变量柱塞泵具有优良的静、动态特性，能较好地与各种控制方式结合，又因其结构紧凑、压力高、重量轻、功率大、容积效率高、变量机构布置方便和寿命长等优点，广泛应用于工程机械的液压系统中。本文以位移-电反馈闭环双向电液比例变排量轴向柱塞泵为研究对象，分析了排量控制过程中最大的扰动-斜盘的变量阻力矩和影响控制特性的主要决定参数变量缸的控制压力和变量活塞直径，提出了两者合理的匹配。研究结果为变量机构的设计研发和优化改进提供了理论基础和试验依据，应用于轴向变量柱塞泵实际生产开发，具有重要的工程价值。
1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。
图2工作原理的方框图
2柱塞式静液压变矩器的特点
1)传动稳定、效率高。液力变矩器依靠主、被动元件之间的滑差进行调速和变矩，这种调节方式缺乏固定速比，不能进行准确调速。液力变矩器传递扭矩的大小与发动机转速的平方成正比，为获得所需扭矩，必须输入大功率，多余的功率则转化为热量。其次由于液体具有黏性，必然存在摩擦损失，速度越大摩擦损失越大，并且在涡轮与导轮进口处存在冲击损失。柱塞式静液压变矩器，靠液体压力能来传递扭矩，而压力取决于负载，输出转速取决于流量，速度与负载没有必然联系。在工作过程中，柱塞式静液压变矩器主要存在流量损失(内部泄漏)，该流量损失在扭矩不变的情况下，在整个转速范围内基本为定值，因此整体传动比更稳定，效率也要更高一些。2)转速范围宽。液力变矩器靠液体动能来传递扭矩，当原动机转速较低时，泵轮带动的液体产生的动能无法推动涡轮旋转而无法正常使用，因此液力变矩器主要用于高速场合。而对于该静液压变矩器来说，在传动过程中，由于通过静压传递扭矩，而压力的建立与转速无关，只取决于负载，即使在低速时，也能建立起压力，因此可以在从低速到高速较宽的转速范围内长久稳定工作。3)可在线调节，容易与原动机匹配。当把固定在后端盖上溢流阀换成电液比例溢流阀时，通过调节输入电液比例溢流阀的电流可实现在线调节扭矩大小的功能。由于柱塞式静液压变矩器压力的建立与发动机转速无关，仅取决与负载，因此在各种工况下能够建立起相应的工作压力并保持与发动机功率相匹配。
3电液比例泵的变量特性试验
本文电液比例泵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。
图3特性试验液压原理图
3.1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％。
4基于SimulationX的电液比例变排量轴向柱塞泵仿真分析
4.1辅助泵控制压力对排量控制特性的影响
当使用节流阀加载使泵最大负载压力为20MPa，控制柱塞的直径为准60mm时，设定控制压力分别10MPa和20MPa。当变量活塞的直径不发生变化，变量缸的控制压力对泵的排量控制特性有影响，随着变量缸控制压力的提高，泵排量的响应时间减小，同时伴随着超调量的增大。
4.2变量活塞直径对恒排量控制特性的影响
当使用节流阀加载使系统最大负载压力为20MPa，选择不同的控制活塞的直径分别为准40mm、准60mm和准80mm，选取变量缸控制压力为20MPa，变量活塞直径的大小对排量的响应速度也有明显的影响，当变量活塞的直径增大时，响应速度变慢；当变量活塞直径减小时，响应速度加快，超调量也随之增大，进一步减小则由于控制压力有限而达不到变量的目的。
结语
综上所述，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。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。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.
论文作者:张成春,江凌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/22
标签：变量论文; 活塞论文; 比例论文; 特性论文; 排量论文; 压力论文; 机构论文; 《基层建设》2019年第4期论文;