恒压变量泵的恒压控制系统的动,静态特性分析

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1、第13卷第2期厦门水产学院学报Vo1．13№2f991年12月JOURNALOFXIAMENFISHERIESCOLLEGEDec．1991恒压变量泵的恒压控制系统的动、静态特性分析许锦宗(厦1术产学腕机电工程系，厦门361021)．摘薹本文夼绍了在航空恒压变量泵上广泛采用的恒压控1}j系统的工作鼯c罂‘建立了这种-蕞统的数学棋孤对幂绪的动，静态性掘进址了分析-并提出改善系统性静的途径。·“央t蔼。恒压控制系统，数学模型，曲静卷性‘。，自从5O年代以来，航空飞行器上的液压系统就广泛地采用恒压变量泵做为液压能源。近些年来

2、，随着液压传动和控制系统朝着高压、大功率的方向发展，这种恒压能源又迅速地应用在冶金机械，重型机械、工程机械化工机械等工业领域中。原因是，这种恒压能源与定量泵一溢流阀恒压能源相比较具有救率高、节约能源，系统的发热量步从而可靠性提高等一系列优点。由于液压系统日趋要求高性能和高可靠性，所以其对恒压变量泵的动、静态性能的要求也越来越高，从美国军用规范一变量液压泵通用规范MIL—P一19692各版本的演变过程，可以清楚地看出这一点。然而，现有的恒压变量泵的恒压控制机构，无论在动态品质方面，还是在稳定性方面都尚存在一些问题，特别是

3、稳定性方面，较为普遍存在的问题是，在零流量压力工况下，在某些转速范围内，出口压力出现低频等幅振荡现象。它严重地影响液压系统的性能和可靠性。基于上述原因，近十多年来，对恒压变量泵的动、静态特性的研究已逐步在开展。本文建立了恒压变量泵恒压控制系统的数学模型，并对影响系统动，静态性能的主要参数进行了初步的分析，进而提出改善系统性能舶途径。1恒压控制机构的工作原理圉1为恒压变量泵的原理图，它是由变量泵和恒压控制机构组成的。所讨论的变量泵是斜盘式轴向柱塞泵，它是莉用改变斜盘倾角来实现变量的。恒压控制机构是由恒压控制阀(包括阀芯和

4、阀套)、调压弹簧，变量活塞和回位弹簧等组成，它实质上是一个奉支1991年l胃8日收封．第2期许锦宗c恒压变量泵的恒压控制系统的动、静态特性分析57以液压泵出口的压力油液为动力驱动的单边滑阀控制的液压缸。拄制阀下端受调压弹簧的作用，而上端感受泵的出口压力。变量活塞是单作用的柱塞，其推动斜盘减小角度。而斜盘的回程(加大角度)是由回位弹簧实现的变量活塞的油室由恒压控制阀控制，或与泵的出口相通，或直接与泵的壳体腔(通回油口)相接通。／圈1恒压变量泵能鼍圈2恒压变量幕的压力——逮t特性庙墁图2为选种泵的压力——流量特性曲线。图中

5、AB段为恒压控制机构未工作时的特性曲线，BC段为恒压控制机构工作时的特性曲线。在负载流量小于变量泵的全流量的情况下，当油泵的输出流量与负载流量相一致时，泵的出口压力P；为调压弹簧设定的压力值，此时恒压控制阀处于某一开度，泵出口的压力油液经控制阀口降压后进入变量活塞油室，作用在变量活塞上的液压力与网位弹簧力相平衡，斜盘处于某一角度下王惰。如果负载的流量要求碱小，在斜盘的倾角尚来不及变化时，泵的出口压力P瞬时升高，作用在阀芯上的液匿力超过调压弹簧的预定力，阀芯下移。此时，控制阀口的通流面积加大，液阻减小，变量活塞油室中的压

6、力升高，作用在变量活塞上的液压力大于回位弹簧力，因而推动斜盘藏小倾角，使泵的输出流量与负载流量相适应。如果负载的流量要求增加而使泵的出口压力P降低时，阀芯上移，阀口的液阻加大，变量活塞油室的压力降低，斜盘在回位弹簧推动下，倾角加大，泵的输出流量重新与负载的流量要求根适应。可见，这种泵能够自动改变斜盘倾角，以保汪泵的输出流量与负载的流量要求相一致，同时保持泵的出口压力P；基本恒定2动态数学模型由前面的分析可见，恒压变量泵本身就是一个由恒压控制机构和变量泵组成的闭环控制系统。这个系统的输出量是泵的出口压力P。，而输入量有两

7、个；一个是给定输入，即由调压弹簧瀚定的预压紧力}另一个是干扰输入，即负载的流量要求由于给定输入(调压弹簧的预压缩量)为恒值，因此本系统为恒值控制系统。对于这种系统的特性就是泵出口压力对负载流量的响应特性由于描述系统的一些方程是非线性的，为了能够运用线性控制系统理论对系统进行分析，下面用线性化的方法来建立其数学模型58厦门水产学院学报第l3卷2．，动态方程组2．T．1控恻门口的流量方程Q=KX+K。P，一K。P。(I)式中Q通过控制阎口的流量，m。／s，X，一阀口的开度，m；P；一油泵的出口压力，N／mt，P。一变量活塞

8、油室的压力，Nlm2，Kq一滑阀的流量增益，nl／sKI)=-：曼-cdw√吾(Pc)(2)K一滑阀的流量一压力系数，m／(N·S)w—OQ，0Q，CdWX，(3)“。一可：一百√Qi一阀口的流量系数，无因次fW一阀口的面积梯度，，p一油液的密度，kg／m0。式(1)的拉氏变换式为Q，(S)=K。X(S)4-K。P。(S)一K。P