A10VSO—DFR1系列轴向柱塞泵原理及调节

A10VSO—DFR1系列轴向柱塞泵原理及调节
【摘要】德国力士乐公司的A10VSO-DFR1系列液压泵应用广泛，很多进口设备液压站都使用该液压泵。

本文介绍了该系列液压泵的工作原理和现场调节。

【关键词】斜盘轴向柱塞泵；负载敏感；恒压控制阀；恒流控制阀
0 概述
A10VSO-DFR/DFR1系列斜盘轴向柱塞泵是德国力士乐公司研制的新型柱塞泵，由于其结构紧凑、节能、工作稳定、寿命高等特点在工业生产中得到广泛的应用，特别是现在越来越多的公司都使用进口设备，进口设备中很多液压站都使用该液压泵，我公司主要使用SMS-Meer西马克-梅尔设备，其中多台液压站就是使用这种A10VSO-DFR1液压泵（X口与油箱无连接），下面就该液压泵原理、调节及负载敏感节能技术进行阐述。

该柱塞泵属于斜盘变量柱塞泵，流量正比于驱动转速和排量，并通过调节斜盘倾角实现无级变量。

除了压力控制功能外，借组于负载（如小孔）压差，可以改变泵的流量。

泵仅提供执行机构的实际流量。

图1 A10VSO-DFR1原理图
1 工作原理
负载敏感DFR的原理，DFR分两个部分，一个是压力控制DR，一个是流量控制FR。

DR恒压控制，即通过阀控变量油缸来保证出口压力基本不变，就是压力控制阀（原理图下面的三通阀）控制变量油缸，出口压力在稳态时与压力控制阀右端的可调弹簧力相平衡，变量泵的变量压力PP通过调节压力阀的弹簧设定，当系统压力没有达到调定的恒压压力时，泵排出最大流量，相当于一个定量泵。

当系统压力达到所调的恒压压力时，泵进入恒压工况，负载的速度进入可调阶段。

速度进入可调阶段，流量即发生变化，该变化是系统要求泵输出的流量要有所变化的。

例如开始阶段油缸是快速动作，泵提供最大流量例如150L/min，下一个阶段系统只要求50L/min的流量就够了，这个时候，泵输出流量相当于负载的速度要求要大，如果泵不改变输出的150L/min流量，就会出现供（150）过于求（50），根据压力流量基本公式，系统压力就会升高，在节流阀上的压力损失将增加，压力阀的弹簧被压缩，阀芯右移，泵主动变量缸推动斜盘使角度减小，输出流量相对减小，直到泵打出去的流量正好是50L/min，系统压力恢复到设定值，下面这个恒压控制阀就回到中位初始位置，泵稳定在输出50L/min的斜盘位置上。

这样变量泵的供油流量可以适应于负载流量需求，没有流量损失。

FR恒流控制，即泵的输出压力Pp随负载压力Pl变化而变化，从而使节流阀前后的压差△P保持一个常数，根据流量压力公式，压差不变，阀开度也不变，流量也就不变，也就使通过节流阀的流量不受负载影响，始终保持在节流阀的设定值。

我们假设压力控制阀暂不参与工作，即阀芯处于右位，即液压力小于弹簧力，阀芯被弹簧压在左侧，右工作位起作用，此时就是典型的FR控制，此时流量控制阀（原理图上面的三通阀）起用去控制变量油缸，实现流量控制，原理如下，稳态时，流量控制阀两端的压力差与阀的可调弹簧力相平衡，流量阀的弹簧力较小，一般约相当于1-2MPa，可以近似认为弹簧力保持恒定不变，也就是说阀两侧的压力差保持恒定不变，这个压力差实际就是节流阀（泵的正上方）两端压差，那么，节流阀压差不变，其流量就只与节流阀的阀口开度相关，与负载压力无关，调节开度即可调流量（对应负载的速度）。

如当输出的负载流量偏离设定值，负载流量偏大，这时通过主油路节流阀的压差就会增大，从而推动流量阀的阀芯右移，从而斜盘角度减小，直到输出的负载流量在节流阀上的压差重新与流量阀的弹簧力达到平衡为止。

在调节瞬间，阀芯的位置有三种状态（在此，设压差的设定值为K）：
当△P=K，阀芯中位（在中位作微小调整）；当△P>K，即负载压力降低（或泵的压力升高），阀芯右移，P控升高，泵斜盘摆角减小；当△P<K，即负载压力升高（或泵的压力降低），阀芯左移，P控降低，泵斜盘摆角增大。

只要△P≠K，阀芯就进入调节状态，直至△P=K，调节才完成。

由于节流阀的存在，泵压力的变化一般要滞后于负载压力的变化，由于存在滞后，使控制阀芯及泵斜盘首先被各自的一个力推离原位，随后又被各自的另一个力推回原位。

推离使泵斜盘摆角增大或减小（以适应泵内泄变化的需要），泵的压力升高或降低；推回使泵的流量及控制阀两端的压差△P恢复原值，泵的压力保持新值（=负载压力+△P）。

例如，负载压力PL升高，先是控制阀芯离开中位左移，其结果是泵斜盘摆角增大，泵的排量增大（增加值=泵压升高而增大的内泄量），泵的压力PP升高；随后由于泵压升高，控制阀芯又将右移回到中位。

其结果是泵的流量恢复原值（但泵斜盘摆角不是原值），泵的压力PP保持新值.压差△P也恢复原值。

当负载压力为零时，泵压力=△P，泵的流量降为零。

因此，泵的压力随负载压力变化的前后，泵的输出流量是相同的。

由上可知，DFR控制就是DR和FR的结合，恒压恒流各自起作用，并不矛盾。

恒压是系统要求的流量变化时，通过自动改变排量（恒压控制阀在自动起作用），以保持系统压力为恒压调定值不变。

恒流是调定恒流流量后，在负载压力发生变化情况下，通过自动改变排量（恒流控制阀自动在起作用），使输给系统的流量保持为恒流调定值不变。

当泵的出口压力没有达到恒压控制阀的设定压力时，压差控制阀起作用，保证节流阀两端的压差恒定，从而保证通达节流阀的流量恒定；当泵的出口压力达到或超过恒压控制阀时，其进行压力切断，压差控制阀不起作用，实现恒压控制。

2 Q-P图分析
图2
对于A10VSO-DFR1压力流量复合控制泵，有以下分析。

例如，下图性能曲线上恒压压力是从左数起的第4条（垂直线，例如120bar），恒流流量是从下数起的第4条（水平线，例如100L/min）。

这样一来，就是说恒压设定120bar，恒流设定100L/min。

当泵一起动，由于这个自控式（控制油来自泵本身的出口）泵的原始状态是排量最大，所以泵的流量先是达到最大值（比第6根水平线还高一点的斜线与纵坐标的交点附近）。

但由于泵内设定了恒流流量为第4根水平线（100L/min），这时恒流控制阀开始工作，将泵的流量减小到100L/min。

这个时候由于没有负载，泵的压力接近于0。

如果在泵的出口加上负载（例如用节流阀作为假负载），则随着压力的升高，泵内漏增大，如果不改变泵的排量，则供往系统的流量将减小。

由于设置了恒流机构，这个流量就可以大体上保持不变，一直保持到所调定的恒压压力为止。

也就是说，在系统压力达到恒压压力之前，只有恒流机构起作用，保持油缸流量不变。

一旦达到恒压压力，恒压机构开始起作用，不管负载压力升高，泵输出压力始终保持在120bar。

这个时候如果系统还是要求100L/min流量，则变量泵就提供100L/min（不可能大于100L/min），如果系统要求的流量降低为50L/min，则泵就提供50L/min，而保持压力120bar不变。

通过以上可以看出，恒压恒流分段工作，互不干扰，只在从恒流转换到恒压，或者反过来的交叉位置上，交接班的地方有点干扰，所以在交叉位置上曲线是圆弧形的。

3 现场调节DFR1泵
对于该系列泵压差△P在10到20bar之间调节，标准设定为14bar，恒压控制阀DR调节每圈大约50bar，调泵前把恒压控制阀的调节螺钉和恒流控制阀的压差调节螺钉全部松开，启动泵后先把恒流控制阀的压差调节螺钉右旋2-3圈，再把恒压控制阀的调节螺钉右旋1-2圈，如果压力无上升，则再把恒流控制阀的压差调节螺钉右旋1-2圈，然后再把恒压控制阀的调节螺钉右旋1圈，直到能使压力上升为止就不再调节恒流控制阀的压差调节螺钉，继续右旋调节恒压控制阀的调节螺钉使压力上升，如果压力未上升到预定值就不能继续上升了，则再把调节恒流控制阀的压差调节螺钉右旋4分之一至半圈，再调节恒流控制阀的压差调节螺钉，直至压力到预定压力为止。

总的来说就是两个调节螺钉交替调节，使恒流控制阀不影响恒压控制阀的工作即可。

【参考文献】
[1]张利平.液压泵及液压马达原理、使用与维护[M].北京：化学工业出版社，2008，10.。