變量泵控制技術(shù)介紹

變量泵通過(guò)排量調(diào)節(jié)來(lái)適應(yīng)機(jī)械在作業(yè)時(shí)的復(fù)雜工況要求，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用。

一、變量控制的途徑

變量泵的控制方式多種多樣，主要有壓力切斷控制、功率控制、排量控制和負(fù)載敏感控制四種基本控制方式。通過(guò)這四種基本控制方式的組合，可以得到具有復(fù)雜輸出特性的組合控制。

電液控制變量泵可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)流量、壓力等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制，以合理的負(fù)載功率匹配和軟起動(dòng)，并自動(dòng)保持最佳狀態(tài)，達(dá)到提高控制性能和節(jié)能的目標(biāo)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)或其他電子控制器的通信，實(shí)現(xiàn)一定的網(wǎng)絡(luò)化功能和故障診斷功能。

數(shù)字控制液壓泵能夠接收數(shù)字量的控制信號(hào)，以改變液壓泵的輸出參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制和調(diào)整。目前主要有變頻控制和變排量控制兩種方式。其中變頻控制是通過(guò)變頻電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)改變液壓泵的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。對(duì)變排量控制而言，所有的變量類型都是靠改變斜盤傾角或定子偏心實(shí)現(xiàn)，因此有可能采用同樣的硬件結(jié)構(gòu)，利用傳感器的檢測(cè)，采用不同的軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)多種控制形式。基于這一思想，數(shù)字控制變量泵應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字控制變量泵的電機(jī)械轉(zhuǎn)換器可以通過(guò)多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，如采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、高速開(kāi)關(guān)閥、高響應(yīng)比例閥、伺服閥等元件。在目前的技術(shù)水平下，采用比例閥的形式較多。比例放大器接收數(shù)字控制信號(hào)，輸出PWM信號(hào)控制比例閥的動(dòng)作，由比例閥驅(qū)動(dòng)變量活塞的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)變量，同時(shí)將變量活塞的運(yùn)動(dòng)反饋回控制器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

二、國(guó)外研究現(xiàn)狀

1.國(guó)外研究現(xiàn)狀

早在1981年日本制鋼所就展出一臺(tái)比例變量泵，其上采用了CPU中央處理器、壓力傳感器、比例溢流閥、變量活塞行程檢測(cè)裝置，通過(guò)將壓力、流量、電動(dòng)機(jī)功率三種信號(hào)反饋給CPU使泵的輸出可實(shí)現(xiàn)比例流量、恒壓、恒功率三種控制形式。其后國(guó)際上各大公司相繼開(kāi)發(fā)了類似產(chǎn)品，目前典型的產(chǎn)品主要有德國(guó)博世力士樂(lè)的A4VSO型號(hào)，如圖1所示。

A4V主泵集成了位移傳感器、壓力傳感器、控制閥和專用的數(shù)字控制器，另外還有專門開(kāi)發(fā)的最小值程序控制器（固化在電子控制器VT12350內(nèi)），實(shí)現(xiàn)壓力、流量和功率的優(yōu)先權(quán)選擇判斷。A10VO數(shù)字控制變量泵內(nèi)部集成了變量控制閥和斜盤角度傳感器，也可選配壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器及其他設(shè)定指令輸入器件，通過(guò)不同組合和程序的調(diào)整可實(shí)現(xiàn)流量、壓力、功率、負(fù)載敏感等多種控制形式。意大利ATOS公司的PVPC電液比例控制泵，通過(guò)集成PES數(shù)字控制器，可實(shí)現(xiàn)流量和壓力的閉環(huán)控制，同時(shí)可限制最大功率，允許系統(tǒng)最小壓力接近于零，并提供了較為豐富的數(shù)據(jù)接口種類，包括RS232串行數(shù)據(jù)接口、CAN和ROFIBUS-DP總線接口。PARKER公司PV系列柱塞泵產(chǎn)品開(kāi)發(fā)了專門的數(shù)字控制器，它通過(guò)RS232總線進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，能夠使用基于PC的軟件編程，能夠設(shè)定斜坡時(shí)間，能覆蓋全系列不同規(guī)格液壓泵。通過(guò)該控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)排量控制、壓力控制和功率控制。這幾種方案都是通過(guò)位移傳感器檢測(cè)斜盤傾角來(lái)間接對(duì)流量進(jìn)行表達(dá)，對(duì)流量的控制均是通過(guò)排量來(lái)體現(xiàn)，因容積效率的影響，在流量控制方而均存在一定的誤差。日木川崎公司開(kāi)發(fā)的數(shù)字控制變量泵采用專門的流量傳感器實(shí)現(xiàn)流量的直接檢測(cè)，因此在流量控制方面效果好。

2．國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)研究主要集中在各大院校和研究院所。北京航空航天大學(xué)開(kāi)展了智能泵的研究，在泵中集成了壓力傳感器、位置傳感器、溫度傳感器等，利用獨(dú)立供油的伺服閥對(duì)變量泵進(jìn)行控制，如圖2所示。該智能泵的方案能夠按照要求選擇工作模式和被調(diào)節(jié)量，然后采集對(duì)應(yīng)的被調(diào)量實(shí)現(xiàn)反饋控制，表現(xiàn)了非常強(qiáng)的柔性和適應(yīng)性。其控制器基于89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)1553B總線與機(jī)載公共設(shè)備管理系統(tǒng)液壓子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)相連。該方案能夠很好地實(shí)現(xiàn)飛行器飛行狀態(tài)與液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)的匹配，在節(jié)能方面有了很大的改善。哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用快速控制原型技術(shù)進(jìn)行了數(shù)字控制柱塞泵的研究，其數(shù)字控制泵由數(shù)字控制器（包括功能控制器、邏輯控制器）、主液壓泵、電液伺服閥、傳感器（包括位置傳感器、壓力傳感器）組成，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力、流量、功率等多種功能的調(diào)節(jié)。太原科技大學(xué)基于自主開(kāi)發(fā)研制的新型徑向柱塞泵，利用比例技術(shù)開(kāi)發(fā)了相關(guān)的數(shù)字控制變量徑向柱塞泵。貴州力源液壓有限公司正在從事數(shù)字控制液壓泵的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)。