几种轴向柱塞式液压马达的变量调节原理

几种轴向柱塞式液压马达的变量调节原理

2014-8-7 10:18:13点击：3129

引言

液压马达的功率输出，取决于马达的流量和压差。液压马达的输出功率直接正比于转速。采用变量马达，可以达到功率匹配节能降耗的目的。此外，为了在不增加管路阻力的条件下提高液压马达的速度，也有必要为减少液压马达的排量而采用变量马达。这里，仅以轴向变量柱塞马达为研究对象，重点讨论几种液压马达的变量调节方式。

1 HD型液压控制调节原理

这是一种与先导压力相关的液压控制方式，马达的排量随液控先导压力信号无级变化，主要适用于行走的或固定的机械设备。图1为HD液压控制变量马达的工作原理图，液压马达起始排量为最大排量，排量随着X口先导控制压力在最大和最小之间无级变化。其原理为:向液压马达的A,B工作油口的任一油口提供压力油时，压力油都能通过单向阀2或3进入变量缸7的有杆腔，即变量缸小腔常通高压。当X口先导控制压力升高，先导控制压力油作用在先导压力控制伺服阀1阀芯上的力将克服调压弹簧4和反馈弹簧5的合力，推动先导压力控制伺服阀阀芯向右移动，当先导控制压力升高至液压马达变量起始压力时，阀1将处于中位。如果先导控制压力继续升高，伺服阀芯将进一步右移，伺服阀1处于左位机能，液压马达工作压力油经伺服阀1. 进入变量缸无杆腔。由于变量缸7中活塞两端面积不相等，当两端都受压力油作用时，变量缸7中活塞将向左运动，固定在变量活塞上的反馈杆6将带动配流盘及缸体摆动，使缸体与主轴之间的夹角减小，从而使液压马达排量减小。同时，反馈杆6压缩反馈弹簧5，迫使伺服阀1的阀芯向左移动直到伺服阀1回到中位，变量缸无杆腔的油道被封闭，液压马达停止变量将处于一个与先导控制压力相对应的排量位置。这属于位移—力反馈，利用变量活塞的位移，通过弹簧反馈使控制阀芯在力平衡条件下关闭阀口，从而使变量活塞定位。

当X口的控制压力降低，伺服阀芯上的力平衡被打破，弹簧力大于液压力，伺服阀1将由中位机能变为右位机能，变量缸无杆腔变为低压，在有杆腔压力油的作用下，变量活塞将向右运动，固定在变量活塞上的反馈杆6将带动配流盘及缸体摆动，使缸体与主轴之间的夹角增大，从而使液压马达排量增大。同时，由于反馈杆6随变量活塞向右移动，反馈弹簧5压缩量将减少，反馈弹簧作用在伺服阀1阀芯上的力将减小，伺服阀芯向右移动直到伺服阀1处于中位(在图1中未画出)，变量缸7大腔的油道被封闭，液压马达停止变量。综上所述，当先导控制压力在变量起始压力和变量终止压力之间变化时，液压马达排量将在最大和最小之间相应变化。

2 HD1D型液压控制+恒压变量控制

HD1D型控制是在HD型控制基础上增加了一台压力切断阀7而成的，见图2。当液压马达工作压力低于切断压力设定值时，压力切断阀7处于左位机能，此时压力切断阀7仅相当于是伺服阀1与变量缸5大腔之间的一段油液通道，液压马达完全受先导压力的控制。当液压马达工作压力升高，达到切断压力设定值时，压力切断阀7将处于中位机能位置，此时，变量缸无杆腔油路被封闭，液压马达将保持当前的排量。当液压马达工作压力继续升高，压力切断阀7将处于右位机能位置，使变量缸无杆腔与低压油路接通，变量缸活塞6将在小腔压力油的作用下向右移动，使液压马达排量增大。

如果由于负载转矩的缘故或由于液压马达摆角减小而造成系统压力升高，在达到恒压控制的设定值时，液压马达摆向较大的摆角。由于增大排量导致压力减小，控制器偏差消失。随着排量的增加，液压马达产生较大的转矩，而压力保持常值，此值的大小可通过改变伺服阀1上弹簧的预压缩值确定。

液压马达的输出转矩是根据负载的需要而决定的，即对于一个确定的负载来说，所需的马达扭矩也是确定的，而液压马达输出转矩是其排量与进出口压差的乘积，在液压马达工作压力高于切断压力设定值的情况下，压力切断阀7一直处于右位机能，液压马达排量持续增大，直到液压马达工作压力下降到与切断压力设定值相等，压力切断阀7回到中位机能位置，液压马达停止变量。当外部负载减小时，液压马达的控制过程与上述过程相反，这里不再赘述。总之，液压马达的压力切断控制功能就是根据外部负载的变化自动改变液压马达排量，从而使液压马达的工作压力保持在设定范围之内。

先导压力控制与压力切断控制之间的关系是:先导压力控制和压力切断控制不能同时对液压马达起控制作用，在液压马达工作压力低于切断压力设定值时，液压马达将完全由先导压力来控制;当液压马达工作压力达到切断压力设定值后，液压马达将由压力切断控制阀自动控制。

这种具有压力切断功能的先导压力控制变量柱塞液压马达，将人工控制和自动控制有机地结合起来，克服了传统变量液压马达单一控制方式的缺点，大大地提升了主机系统的操控性能和安全性能，从而提高了工作效率。

3 HS型液压两点变量控制

这种控制方式与HD控制方式的区别在于前者没有反馈弹簧，只按外控油的先导压力来两点式控制液压马达排量，变量控制的原理以及先导压力与排量之间的关系曲线见图3。这种变量方式，就是从X油口通

入先导控制压力油，只要先导油压力超过调压弹簧的设定压力，就会推动控制滑阀在左位工作，从负载口来的压力油进入变量缸活塞的右腔，推动液压马达斜盘倾角减小，由于无反馈弹簧的控制作用，变量活塞将一直向左运动到排量限定位置，液压马达将处在最小排量工作模式。而当先导压力油卸载，控制滑阀在弹簧的作用下回到右位，变量缸活塞右腔回油箱，在高压油的作用下，液压马达处在最大排量模式，实现两点式控制。

4 ES型电动双速两点排量控制

液压马达排量处于v gmin或v gmax是由控制电磁铁通断来实现。对于图4所示结构，电磁铁断电时，在压力油的作用下，变量缸有杆腔通压力油，无杆腔接回油，此时液压马达的排量最大，液压马达输出最大转矩和最低转速。当电磁铁通电时，控制滑阀左位工作，变量缸无杆腔进油，由于变量缸的作用面积不一样，在油压的作用下，变量活塞向左移动，马达排量最小，此时液压马达输出最小转矩和最高转速。有两种标准结构，控制起点在V gmax(最大转矩·最低转速)和控制起点在Vgmin(最小转矩、最高转速)

同样，所需的控制油来自高压侧，因此需要最低为1. 5 MPa的工作压力。假如工作压力小于1. 5 MPa 时，必须在G口供入1. 5 MPa的辅助压力。