A4V系列伺服变量泵

德国力士乐公司生产的A4V变量柱塞泵属斜盘结构轴向柱塞变量泵，其排量从零到最大无级可调，改变斜盘倾角方向，可改变输出流量。工程应用一般采取闭式回路，通过自带并联齿轮泵作为辅助泵供應备压，进行补油。其控制方式主要包括：与压力有关的液压控制HD、液压手动伺服控制HW、电气控制EL、与速度有关的液压控制DA。

1.伺服变量原理

A4V系列泵的伺服变量系统通过伺服阀，把控制压力转变为驱动液压缸伸出杆的位移，再推动斜盘转动，以改变泵的排量。因此，该系统为力反馈闭环控制回路。控制油压力在变化范围内对应于斜盘倾角（泵的流量）的改变。该伺服系统有结构紧凑、响应快速等优点，易于实现远程控制。

伺服阀是变量系统中的核心元件，其作用是根据输入油压的变化导通控制油路与变量液压缸的油路，推动变量液压缸的活塞做直线运动。伺服阀内部结构如图5所示。

伺服阀为O形三位四通换向阀。主阀心2的中位为关闭状态，a-Y1、b-Y2都不通，该位变量液压缸处于静止状态，泵不变量；左位（阀心右移）时，导通a-Y1及Y2与回油口；右位时，导通b-Y2及Y1与回油口。力反馈机构主要包括弹簧4、弹簧拉杆3、反馈杠杆8。反馈杠杆将变量液压缸的位移通过反馈杠杆8、弹簧拉杆3、弹簧4转变成作用在主阀心上的反馈力F_f。A4V变量泵的变量系统是闭环控制系统，通过力反馈实现斜盘的位置控制。图6是其变量系统原理图。

设F_f为弹簧拉力，A₀为控制油作用于推杆的有效面积。为了便于说明其工作原理，忽略作用在阀心上的黏性摩擦力、瞬态液动力和稳态液动力的影响，则当主阀心的平衡条件ΔpA₀=F_f满足时，处于中间位置，控制油压p。不能进入伺服液压缸；当ΔpA₀=F_f=0时，x_p=0，则斜盘倾角θ=0，泵的输出流量为0。

当ΔpA₀＞F_f时，平衡破坏，主阀心向右运动，伺服阀处于左位机能，压力为声。的控制油进入液压缸左腔，推动活塞向右走；同时，活塞杆推动反馈杠杆逆时针绕C点的固定销转动，反馈杠杆带动左弹簧拉杆向左摆。A点与主阀心固定，因此弹簧拉伸，与Δp方向相反的弹簧力F_h增加，作用在主阀心上的反馈力F_f也增加。当再次达到ΔpA₀=F_f时（实际上F_f稍大一些），主阀心回到平衡位置，截断油路，伺服液压缸停止运动，斜盘摆角日稳定，液压泵稳定在某一稳定输出流量下工作。

当ΔpA₀＜F_f时，同理可得到类似的结果，只是运动方向相反。

总之，在Δp变化时，主阀心向不同的方向运动，导通不同的油路，使伺服液压缸做出相应的运动，调节弹簧的拉力，使反馈力F_f与液压力△pA₀最后达到新的平衡。在此平衡后，液压缸位移Xp和斜盘倾角日得到新的值，液压泵获得对应流量的工况与Δp的值一一对应。

2．伺服变量控制模型

从图6中可以看出，伺服变量机构为阀控液压缸系统，系统输入为控制压力Δp，输出为伺服液压缸活塞位移X_p，因此可以建立该伺服系统的动态方程组Laplace变换式，即

         (9-1)

式中：Q_L为泵的输出流量；A_P为伺服液压缸有效截面积；X_v为伺服阀心位移；C为液压缸的阻尼系数；k_s为复位弹簧的刚度；F_L为反馈杆作用力；m为伺服液压缸活塞质量。

另外，根据伺服阀心的受力平衡，可建立阀心运动方程的Laplace变换式为

     (9-2)

式中：ξ₀为阀心阻尼比；m为阀心质量；k_h为拉杆弹簧刚度；ω_n0为阀心固有振荡频率，ω_n0=√（k_h/m）。

该伺服系统的输入开环传递函数为两个振荡环节和两个比例环节的串联，负载开环传递函数为一个比例环节和一个振荡环节串联。系统开环增益大，响应速度快，但参数选择不当，可能引起超调量过大，稳定速度变慢，甚至产生振荡，使系统不稳定。

出泵的排量q与斜盘倾角日成正比，θ与伺服液压缸位移活塞X_p成正比，X_p受压力△p控制，因此排量q是受△p控制的对象。泵在一定的转速n下，流量Q与排量q成正比关系。