电液比例负载敏感控制变量径向柱塞泵工作原理

液压泵的负载敏感控制以其对流量和压力的复合控制，使流量和压力自动适应负载的需求而达到节能目的，因此日渐受到重视。

1．径向柱塞泵工作原理

配流式径向柱塞泵如图13所示，新型径向柱塞泵主要由定子、连杆、柱塞、转子、配油轴及左右两侧的变量机构构成。转子和定子之间存在一个偏心量，连杆瓦面紧贴定子内圆，连杆和柱塞通过球铰相连。输入轴通过十字键带动转子转动，通过连杆一柱塞组件相对于转子的相对运动，完成吸排油过程。通过两侧的变量机构可以改变定子和转子之间的偏心量，从而改变泵的输出流量。新型径向柱塞泵具有结构紧凑、参数高、变量形式多样、寿命长、噪声低等优点。

2．负载敏感控制结构及工作原理

(1)负载敏感控制结构。如图14所示，负载敏感控制机构主要由泵出口节流阀、先导压力阀和二级公用阀构成。节流阀和二级公用阀完成恒流调节过程，先导压力阀和二级公用阀完成恒压调节过程。此种结构由于采用了公用二级阀，因此结构简单，调节方便，实现较为容易。

(2)流量敏感工作原理。二级公用阀阀心上腔接节流阀出口，下腔接节流闻人口，即泵出口，与节流阀一起构成一个特殊的溢流节流阀。在负载压力p_L小于先导压力阀设定值p_y时，先导压力阀不工作。此时负载压力p_L的任何变动必将使通过节流阀的流量发生变化，导致节流阀的前后压差△p=p_P-pL发生变化，从而打破了二级公用阀阀心的平衡条件，使阀心产生相应的动作，进而使定子位置发生一定的变化，使泵的输出流量稳定在变化之前的流量，因此进入系统的流量不受负载影响，只由节流阀的开口面积来决定。泵的出口压力p_P追随负载压力p_L变化，两者相差一个不大的常数△p，所以它是一个压力适应的动力源。

(3)压力敏感工作原理。当负载压力达到先导压力阀的调定压力p_y时，先导压力阀开启，液阻R后关联两个可变液阻——先导阀的阀口和二级公用阀阀口，液阻R上的压差进一步加大，因此二级公用阀心迅速上移，使定子向偏心减小的方向运动，使输出流量迅速降低，维持负载压力近似为一定值，在此过程中由于先导阀的定压作用，流量检测已不起控加工用。

3．负载敏感控制的性能

负载敏感控制过程主要有流量敏感调节过程和压力敏感调节过程。

(1)流量敏感特性。由其工作原理可得到阀心的力平衡方程（忽略稳态轴向态液动力），即

p_PA_R=p_LA_R+K(y₀+y)

式中：p_P为泵出口压力；A_R为二级公用阀阀心端面积；p_L为负载压力；K为弹簧刚度；y为弹簧预压缩量。

其增量方程为

△R_pA_R=△p_LA_R+K△y

(△p_P-△p_L)A_R=K△y

从上式可以看出只有在△p_P=△p_L时阀心才能保持对中位置，但此时只能是R上无压差，对应状态是流量稳定状态即流过R的流量为零。只要在流量调节状态，R上总会有压差，增量△p_P总是大于增量△p_L。因此随着p_P的增大，阀心向上偏移，使泵的偏心距减小。△p_P越大，泵的流量偏差也越大。从分析可知，欲提高恒流精度，需减小在液阻R上的压降，即增大液阻R的尺寸。同时适当提高弹簧刚度也可达到同样的效果。

(2)压力敏感特性。当负载压力p_L大于等于先导压力阀调定压力声，时，先导压力阀开启。设先导压力阀阀口控制压力恒定为p_y，在忽略稳态轴向液动力时，可得二级公用阀闲心的力平衡方程为

(p_P-p_Y)A_R=(p₁+p₂)A_R=K(y₀+y)

式中：p₁为油液流经节流阀产生的压降；p₂为油液流经液阻R产生的压降。

其增量方程为

△p=△p₁+△p₂=K△y/A_R

在压力敏感过程中，随着p_P的增大，p₁减小，而p₁增大。因此△p₁为负，△p₂为正，所以合理选择R可以获得最小的恒压误差。从增量方程也可看出，减小弹簧刚度K也可提高恒压精度。

4．负载敏感控制变量泵应用实例

在某单位研制开发的负载敏感控制变量径向柱塞泵中，应用上述原理进行了优化设计。先导压力阀、节流阀均采用比例电磁铁控制在先导压力阀中，利用阀心面积差获得的小液压力和电磁力平衡，提高了先导压力控制精度；比例节流阀采用力反馈控制形式，有效消除了液动力等的干扰。在二级公用阀中，合理设计阀心结构，通过大量计算、实验确定弹簧刚度、液阻R的尺寸。实验结果如图15所示，可看出，新型负载敏感控制变量径向柱塞泵控制精度较高。