電液比例負載敏感控制變量徑向柱塞泵工作原理

液壓泵的負載敏感控制以其對流量和壓力的復合控制，使流量和壓力自動適應負載的需求而達到節能目的，因此日漸受到重視。

1．徑向柱塞泵工作原理

配流式徑向柱塞泵如圖13所示，新型徑向柱塞泵主要由定子、連桿、柱塞、轉子、配油軸及左右兩側的變量機構構成。轉子和定子之間存在一個偏心量，連桿瓦面緊貼定子內圓，連桿和柱塞通過球鉸相連。輸入軸通過十字鍵帶動轉子轉動，通過連桿一柱塞組件相對于轉子的相對運動，完成吸排油過程。通過兩側的變量機構可以改變定子和轉子之間的偏心量，從而改變泵的輸出流量。新型徑向柱塞泵具有結構緊湊、參數高、變量形式多樣、壽命長、噪聲低等優點。

2．負載敏感控制結構及工作原理

(1)負載敏感控制結構。如圖14所示，負載敏感控制機構主要由泵出口節流閥、先導壓力閥和二級公用閥構成。節流閥和二級公用閥完成恒流調節過程，先導壓力閥和二級公用閥完成恒壓調節過程。此種結構由于采用了公用二級閥，因此結構簡單，調節方便，實現較為容易。

(2)流量敏感工作原理。二級公用閥閥心上腔接節流閥出口，下腔接節流聞人口，即泵出口，與節流閥一起構成一個特殊的溢流節流閥。在負載壓力p_L小于先導壓力閥設定值p_y時，先導壓力閥不工作。此時負載壓力p_L的任何變動必將使通過節流閥的流量發生變化，導致節流閥的前后壓差△p=p_P-pL發生變化，從而打破了二級公用閥閥心的平衡條件，使閥心產生相應的動作，進而使定子位置發生一定的變化，使泵的輸出流量穩定在變化之前的流量，因此進入系統的流量不受負載影響，只由節流閥的開口面積來決定。泵的出口壓力p_P追隨負載壓力p_L變化，兩者相差一個不大的常數△p，所以它是一個壓力適應的動力源。

(3)壓力敏感工作原理。當負載壓力達到先導壓力閥的調定壓力p_y時，先導壓力閥開啟，液阻R后關聯兩個可變液阻——先導閥的閥口和二級公用閥閥口，液阻R上的壓差進一步加大，因此二級公用閥心迅速上移，使定子向偏心減小的方向運動，使輸出流量迅速降低，維持負載壓力近似為一定值，在此過程中由于先導閥的定壓作用，流量檢測已不起控制作用。

3．負載敏感控制的性能

負載敏感控制過程主要有流量敏感調節過程和壓力敏感調節過程。

(1)流量敏感特性。由其工作原理可得到閥心的力平衡方程（忽略穩態軸向態液動力），即

p_PA_R=p_LA_R+K(y₀+y)

式中：p_P為泵出口壓力；A_R為二級公用閥閥心端面積；p_L為負載壓力；K為彈簧剛度；y為彈簧預壓縮量。

其增量方程為

△R_pA_R=△p_LA_R+K△y

(△p_P-△p_L)A_R=K△y

從上式可以看出只有在△p_P=△p_L時閥心才能保持對中位置，但此時只能是R上無壓差，對應狀態是流量穩定狀態即流過R的流量為零。只要在流量調節狀態，R上總會有壓差，增量△p_P總是大于增量△p_L。因此隨著p_P的增大，閥心向上偏移，使泵的偏心距減小。△p_P越大，泵的流量偏差也越大。從分析可知，欲提高恒流精度，需減小在液阻R上的壓降，即增大液阻R的尺寸。同時適當提高彈簧剛度也可達到同樣的效果。

(2)壓力敏感特性。當負載壓力p_L大于等于先導壓力閥調定壓力聲，時，先導壓力閥開啟。設先導壓力閥閥口控制壓力恒定為p_y，在忽略穩態軸向液動力時，可得二級公用閥閑心的力平衡方程為

(p_P-p_Y)A_R=(p₁+p₂)A_R=K(y₀+y)

式中：p₁為油液流經節流閥產生的壓降；p₂為油液流經液阻R產生的壓降。

其增量方程為

△p=△p₁+△p₂=K△y/A_R

在壓力敏感過程中，隨著p_P的增大，p₁減小，而p₁增大。因此△p₁為負，△p₂為正，所以合理選擇R可以獲得最小的恒壓誤差。從增量方程也可看出，減小彈簧剛度K也可提高恒壓精度。

4．負載敏感控制變量泵應用實例

在某單位研制開發的負載敏感控制變量徑向柱塞泵中，應用上述原理進行了優化設計。先導壓力閥、節流閥均采用比例電磁鐵控制在先導壓力閥中，利用閥心面積差獲得的小液壓力和電磁力平衡，提高了先導壓力控制精度；比例節流閥采用力反饋控制形式，有效消除了液動力等的干擾。在二級公用閥中，合理設計閥心結構，通過大量計算、實驗確定彈簧剛度、液阻R的尺寸。實驗結果如圖15所示，可看出，新型負載敏感控制變量徑向柱塞泵控制精度較高。