1负载敏感泵自动调节原理

1 负载敏感泵自动调节原理

负载敏感泵控系统原理图如图1所示，PL 为负载需要的压力，通过流量控制阀5泵的流量QL 为负载需要的流量。当阀5的开

度减小，表明负载需求流量减小，此时泵输

出的流量大于负载所要求的流量，则阀5进出口压力降

L

S p p p -=∆增大，推动敏感阀1

阀芯向右运动，使泵出口通过阀1左位与变量缸的大腔，由于变量缸大腔、小腔之

间的面积差，推动变量斜盘角减小，使泵的流量减小，直到达到负荷所需求的流量为止。反之，阀5的开度增大，泵输出流量小 于负载所要求的流量，则

L

S p p p -=∆减小，阀1阀芯向左运动，变量缸大腔经过阀

1

2

3

4

5

X

P S

P L

1、负载敏感阀，

2、恒压阀，

3、变量缸大腔，

4、变量缸小腔，

5、外接流量控制阀

图1 负载敏感泵控系统原理图

1右位通油箱，泵的斜盘角增大，流量增大。

当负载保压时，L S p p =，这时负载敏感阀1无法开启，P S 推动恒压阀2阀芯向右运动，油液通过阀2左位进入变量缸的大腔，使泵的流量减小到仅能维持系统的压力，斜盘角近零偏角，泵的功耗最小。

当阀5关死，即负载停止工作，泵出口压力仅需为阀1弹簧设置压力，一般只有14bar 左右，流量接近为零。

以上的分析说明：

（1）该泵的输出压力和流量完全根据负载的要求变化。 （2）保压时，泵的输出流量仅维持系统的压力。 （3）空运转时，泵的流量在低压、零偏角下运转。 2 负载敏感泵数学建模

为了进一步深入的分析研究负载敏感泵，首先必须要对负载敏感泵进行数学建模。 从上部分的原理分析得知，负载敏感泵有三种状态，即一般工作状态、保压工作状态、和空运转状态，其中一般工作状态和空运转状态由负载敏感阀感应负载需求产生

阀芯运动使泵流量变化来满足负载要求，保压工作状态由恒压阀感应负载敏感阀感应负载需求产生阀芯运动使泵流量变化来满足负载要求，系统模型需要分开建立。由于负载敏感阀和恒压阀结构相似运动过程也类似，本文下面将只建立负载敏感阀动作时的数学模型。

（1）负载敏感阀的动态特性 负载敏感阀芯运动的微分方程：

()v s v

v v L S x K dt

x d M F A p p +=--220

（1）

式中

v M ——负载敏感阀弹簧质量加三分之一弹簧质量（kgf ·s 2/cm ）；

S p ——泵的输出压力（kgf/cm 2）； v A ——负载敏感阀的控制面积（cm 2）；

L p ——负载压力（kgf/cm 2）；

0F ——负载敏感阀弹簧预调力（kgf)； v x ——负载敏感阀芯位移，设向右为正（cm ）； s K ——负载敏感阀弹簧刚度（kgf/cm ）。

对上式进行拉式变换并整理，得到负载敏感阀芯的传递函数：

1/1)

()()(2

21+==

nv

s

v s K s E s x s W ω （2）

式中

v

s nv M K =

ω——负载敏感阀的固有频率（s -1

）； 其中 ()v L S A s p s p s E )()()(-=为压力偏差信号。

（2）斜盘的动态方程 负载敏感阀的流量方程：

ρ

p

wx c Q v

d ∆=2

（3）

式中

d c ——流量系数（cm 3·s -1/( kgf/ cm 2)）； w ——负载敏感阀开口面积梯度（cm ）；

ρ——工作介质密度（kgf ·s 2/cm 4）

； p ∆——阀口前后的压降（kgf/cm 2）

。 故负载敏感阀的流量增益：

()0)(21≥-=∂∂=v S v

d v q x p p wx c x Q

K ρ 或 ()022

≤=v v

d q x p wx c K ρ

（4）

负载敏感阀的流量压力系数：

()0)(21≤-=∂∂-

=v S v d p x p p wx c p

Q

K ρ

或 ()022≥=v v d p x p wx c K ρ

（5）

式中

p ——阀口前后压差（kgf/cm 2）

； 21p p 、——变量活塞左移和右移时大腔压力（kgf/cm 2）。

则负载敏感阀的线性化流量方程，当负载需求流量减小时：

11p K x K q p v q v -= 反之，

2

1p K x K q p v q v +=

斜盘运动的微分方程，偏角减小时：

()2

2002111dt

x d r J r A p A p p

s =- 偏角增大时：

()2

2002211dt

x d r J r A p A p p

s =- （6） 式中 J ——斜盘和变量活塞绕斜盘旋转中心的转动惯量（kgf ·cm ·s 2

）；

r ——变量活塞中心至斜盘旋转中心的距离（cm ）； 1A ——变量缸大腔的面积（cm 2）；

2A ——变量缸弹簧腔的面积（cm 2）；

p x ——变量活塞的位移，设向左为正（cm ）。

流量连续性方程，斜盘偏角减小时：

101

1

1p c dt

dp V dt dx A q p v ++

=β 偏角增大时：

202

1

2p c dt

dp V dt

dx A q p v --

=β （7）

式中

V ——变量缸大腔的容积（cm 3）； β——有效体积弹性模量（kgf/cm 2）

； 0c ——变量缸大腔的泄漏系数，（cm 3·s -1/( kgf/ cm 2

)）。

联解式（3），（4），（5），（6），（7）得：

2

2

20103

3

20112)

(222dt x d r A J c K dt x d r A J V dt dx A x K p p p

p

v q +++

=β

（8）

对上式进行拉式变换并整理，得到斜盘运动的传递函数：

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛++=

=

12/)

()()(22

1

2s s s A K s x s x s W n n

n q v p ωδω

（9）

式中

VJ

r A n 2

01βω=

——斜盘的固有频率（s -1）； ()2

2102r A J

c K p n n +=ωδ——阻尼系数（无因次）； （3）泵的流量和压力输出特性

泵的流量增量方程：

p Q p nx K Q -= (10)

式中

n ——泵的转速（r/s ）；