恒功率液压控制系统设计

　　现代液压控制系统日趋于高压大功率,要求更多的使用功率调节,目的是为了实现动力源和负载之间的功率适应和功率匹配,使原动机能工作在最佳工况下。变量泵恒功率控制是根据负载的变化情况调整其输出流量,使泵的输出功率接近于负载所需要的功率,它的压力和流量之间满足双曲线函数关系。本文介绍一种基于压力反馈、流量泄漏补偿的恒功率控制系统的设计及系统工作原理。

　　1系统的结构组成及工作原理

　　1.1忽略泵内泄漏影响时控制系统设计

　　液压恒功率系统要求系统的输出流量Q与泵的出口压力P成反比。对于变量泵,其流量输出为:Q=Kqα,Kq为泵的流量系数,α为变量泵斜盘倾角,其值取决于控制油缸的位移量。而控制油缸的位移量又正比于控制信号u0。可见要实现系统输入流量与负载压力的反比关系,就必须要求控制系统中反映负载压力大小的up与反映系统流量大小的控制参数u0成反比关系。为了使液压系统中的压力与流量之间能自动调节形成恒功率特性,可采用图1中的电路来实现。

　　在图1中虚线所示的电路是一个反相输入比例放大器,改变给定电压Ug就可以改变放大器的静态输出电压U0(即静态工作点)。电路中晶体管的“集—射极”之间可以等效为一个电阻,由于这个等效电阻的大小正比于泵出口压力产生的电压信号up。于是改变后的放大器其输出电压u0不仅取决于给定电压Ug,而且还受控于液压系统压力产生的电压信号up。则

　　式中:R1(up)表示晶体管“基—射”等效电阻,其电阻值受控于压力产生的电压信号up,且两者之间为线性关系。在式(1)中,电阻R3和给定电压Ug均可为常数,则放大器的输出电压u0与油压产生的电压信号up形成反比关系。若经过电路的设计,使u0控制液压系统中的排油量Q。于是可将式(1)改写成设计与研究Design and Research

　　令-(R3·Ug)=Ki,Ki就是功率常数。则式(2)与恒功率特性的基本关系式:QP=Ki一致。这就是说图1中的电路能实现液压系统的恒功率控制。

　　1·2系统工作原理

　　当系统压力趋近于零时,泵出口压力产生的电压信号up为零。这时三极管处于导通状态,其等效电阻非常小,使放大器输出电压u0为最大。电磁铁得到的控制信号为最大,液压泵排油量也最大。

　　在图1系统中,控制信号u0经定时开关和保持电路后输出的信号是前一次放大器的输出信号un-10,此信号再与当放大器的输出信号un0一起送电压比较器进行比较,比较器便会输出一个高电平或低电平。用这个电平信号来控制PWM调制器工作或不工作。若将开关阀1侧的PWM调制器工作设置为高电平有效,则开关阀2侧的PWM调制器工作设置为低电平有效。当一次回路压力降低时,放大器的输出信号u0增大,使得un0>un-10,比较器输出一个高电平。则液压系统的二次回路中开关阀1工作,一次回路油泵斜盘倾角随之增大,使得一次回路油泵排油量增大。反之则液压系统的二次回路中开关阀2工作,使得一次回路油泵排油量减小,从而实现系统的恒功率控制。两个PWM调制器工作的输入信号均为控制信号un-10无论控制流量的增大还是减小,由于un-10≈un0,两路开关阀的导通时间完全一样,所以提高了一次回路的流量控制精度。系统功率输出的静态工作点取决于R3Ug的调节值。