基于作为控制油源摆线泵的变量柱塞泵变量控制研究.pdf

液丘气动与容封/2012年第12期
基于作为控制油源摆线泵的变量柱塞泵变量控制硏究
陈金华
(中航工业金城南京机电液压工程研究中心,江苏南京211106)
摘要:该文研究在恒压变量柱塞泵壳体腔内集成摆线泵、调速阀以及节流阀等使柱塞泵多次变量,实现节能,同时大大缩短泵的启动
时间。对变量控制机构和原理进行了重点研究,分析了摆线泵在变量控制中所起作用,在此基础上建立了交量控制机构的数学方程。本
文提出了一种新的液压柱塞泵变量控制途径。
关键词:变量柱塞泵;摆线泵;变量控制;数学方程
中阳分类号:TH137.5文献标识码:A文章编号:1008-0813(2012)12-0028-04
Variable Displacement Control Study of Piston Pump Based on
Gerotor Pump as Control Oil Supplying
CHEN in-hua
(AVIC Nanjing Engineering Institute of Aircraft Systems, Jincheng Co, Ltd, Nanjing 211 106, China
Abstract: This paper researches on inte rating the gerotor pump, control valve, throttle valve, etc. into the housing of variable delivery
pressure compensated hydraulic pump, so that piston pump realizes number of variables to achieve energy conservation, while greatly
shor en the star up time of he pump. This paper ocus on variable deliery control mechanism and principles, the role of gerotor pump in
he variable delivery control, and build up mathematics equations of the variable delivery control mechanism based on it. This paper
presents a new variable delivery control approach of the hydraulic piston pump
Key words: variable delivery piston pump; gerotor pump; variable delivery control; mathematics equations
0引言
回位弹簧回位活塞斜盆小随动活塞大随动活塞
液压系统中液压柱塞泵作为系统的原动力元件起
着举足轻重的作用,恒压变量柱塞泵以其结构紧凑、单
位功率体积小、工作压力高、容易实现变量等优点,在
液压系统中广泛应用。本文以斜盘式轴向恒压变量柱
塞泵作为基泵,通过在其泵腔内集成摆线泵、调速阀以
及节流阀等实现泵多次变排量。因摆线泵具有体积小、
重量轻、自吸性能好、对污染不敏感、工作可靠、寿命长
图1斜盘作用图
等优点,将其集成在恒压变量柱塞泵泵腔内来实现预
系统输出高压
离心涡轮泵
定功能,将较采用其它类型泵更具有优越性。
液压原理分析
系统进油低压
压力补偿阀
变量柱塞泵排量的变化由大随动活塞或小随动活
塞推动斜盘角度变化决定,如图1所示。
过压欠压
而大、小随动活塞分别由调速阀和压力补偿阀控
变排量活塞域小排量
制。摆线泵与变量柱塞泵同轴驱动,摆线泵输出油压作
调速阀
用于凋速阀,经过节流阀节流,在节流孔前后形成压
腔
差,这个压差与摆线泵输出流量成平方的比例关系,即
启动低速高速
与输人转速平方成正比。液压原理图如图2所示。
摆线泵
收稿日期:2012-05-24
作者简介:陈金华(1977-),女,湖南湘潭人,高级工程师,硕士,从事液压
变量柱塞泵
元件设计工作。
图2液压原理图
Hydraulics Pneumatics &Seals/No12.2012
2变量控制原理
压力补偿阀阀芯的液压泵高压能克服控制弹簧力推动
变量机构有互相独立的两套控制机构:一套是由芯移动时,使液压泵高压出口腔与小随动活塞腔相
摆线泵和调速阀组成的变量机构;一套是由恒压变量
通,如图4b所示,高压油进入小随动活塞腔推动斜盘
泵的压力补偿阀实现的压力补偿变量机构。下面对两向小角度方向摆动,直至液压泵出口压力升高至额定
套变量机构的工作原理分别进行详细分析介绍。
压力时(额定压力点通过调节另一调整螺钉使弹簧力
1)摆线泵和调速阀组成的变量机构工作原理
与液压泵输出油压平衡实现),斜盘角度为零,泵输出
变量过程原理见图3。液压泵未启动时,大随动活流量接近于零。
塞腔与壳体回油腔相通,见图3a,在回位弹簧力与大随
动活塞腔油压的共同作用下,斜盘处于最大摆角位置。
一旦液压泵启动时,便开始建压,推动调速阀阀芯移
动,使大随动活塞腔与液压泵出口油压相通,见图3b,
推动斜盘向小角度方向摆动,使斜盘角度为零,泵输出
流量接近于零。当液压泵转速升高至一定转速点时(该
低进口腔
小随动活腔
高压出口胫
转速点通过调节调整螺钉使弹簧力与摆线泵输出油压
(a)系出口压力未达到额定出口压力时
平衡实现),摆线泵输出的油压升高,推动阀芯至图3c
的位置,使大随动活塞腔与进口低压腔相通,回位弹簧
力推动斜盘往大角度方向摆动(回位弹簧腔始终保持
与壳体低压腔相通),使斜盘处于最大摆角位置,泵输
出流量最大。
(b)额定出口压力状态
图4压力补偿变量工作原理
(a)液压泵未启动时
整个过程泵实现了三次变量,如图5所示。
大排量
小排量
大排量
小排量
原始状な下し启动时)し超过定转速点」し定力点
图5泵的三次变量过程
3数学方程
在液压调节控制原理分析基础上,本文建立变量
(b)液压泵未启动时
液压柱塞泵的数学方程。
3.1液压柱塞泵的基本方程
(1)流量方程
Q
P-V。B.(dp/dt)
(c)液压泵转速升高至一定转速时
式中Q一流量,m/;
图3基于摆线泵和变量控制阀的变量工作原理
液压泵出口压力,Pa
液压泵的排量,m/r;
2)压力补偿变量控制原理
随着液压泵转速进一步提高,液压泵出口压力还
液压泵的转速,rads;
未达到额定出口压力时,压力补偿阀阀芯在控制弹簧
C一一系统的总泄漏系数,m(sPa);
力的作用下处于图4a所示位置,小随动活塞腔与低压
一液压泵的总初始容积,m3;
进口腔是相通的。当液压泵输出压力逐渐增大,作用于
液压油的体积弹性模量,Nm2。