電液比例柱塞泵的動態階特性研究

劉峰

摘 要：本文論述了電液比例柱塞泵的動態階躍響應特性，闡述了它的組成及工作原理，它由電子放大器、二位二通電液比例閥、差動活塞、減壓閥和位移傳感器等構成，該系統的輸入量是輸入給比例閥的電信號，輸出量是差動活塞的行程位移，差動活塞的行程與輸給比例閥的電信號成比例的變化，由于液壓泵排量是與差動活塞的行程成比例的，因此液壓泵的排量就與輸入給比例閥的電信號成比例。試驗結果表明，其變量特性與理論分析一致，且變量特性比較先進。本文指出，它與相應的液壓泵的本體部分組裝在一起，形成了電液比例柱塞泵，由于變量機構結構簡單、廉價、制作容易，已獲得了應用，能滿足了工業的需求，特別是對大功率容積式傳動系統更為適宜，因此電液比例柱塞泵具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：電液比例控制 變量機構 靜態特性 動態特性 容積式傳動

中圖分類號：TH137.51 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（c）-0107-03

電液比例控制技術作為連接現代微電子、計算機和流體傳動及控制技術[1]的橋梁，隨著工業發展和要求，電液比例技術將會得到越來越多應用，已成為機電一體化的基本技術構成之一。對國產CY14—1B系列的軸向柱塞泵的變量機構[2]的形式進行了補充，已使其變量方式增加一種新的形式——電液比例控制方式，它將電子放大器、比例閥、減壓閥、傳感器和泵本體集成在一起形成了新型的泵——電液比例泵，已投入了使用并滿足了實際需要。

1 電液比例泵變量機構的工作原理

電液比例泵的變量機構是使比例泵的排量隨輸入電信號成比例變化的，圖1為變量機構的系統示意圖。

而本文是針對一種新形式的具有位移電反饋的變量機構做理論和試驗研究。它是一個帶電位移傳感器的位移控制系統，由減壓閥、差動活塞、變量斜盤、阻尼孔、反饋連桿、位移動傳感器、二位二通電液比例閥（單邊閥）、電子放大器等組成。該變量機構為單邊滑閥控制差動活塞系統；圖2為其工作原理的方框圖。

在其結構上，采用差動活塞以鉸接的方式與傾斜盤連接，差動活塞與位移傳感器連桿為剛性連接[2]。電液比例閥和減壓閥以疊加方式連接，用連接塊固定在變量活塞缸體的一端，使得整個變量機構的結構更為緊湊。

2 變量特性的理論分析

2.1 動態特性

采用“經典控制理論”的分析方法來分析本控制系統的動態特性，用傳遞函數（輸入輸出描述）來描述，用頻率響應法來對系統進行分析和綜合。在穩定性分析中，求取幅值穩定裕量，相位裕量；在動態分析中，求取幅頻寬ω-3db，和相頻寬ω-90。

3 動態階躍響應特性

做階躍特性試驗時，輸入的階躍信號由超低頻信號發生器給出，輸出信號由光電示波器獲得。

圖5為本被試比例泵變量機構的階躍響應曲線[3]，紅色圖線表為輸入的階躍信號的變化規律，輸入的階躍信號的幅值為全程階躍信號的90%。

從圖5看出，當輸入信號由0.2階躍到0.8時，輸出量位移從全行程的0.2上升到全行程的90%穩定下來時的過渡過程時間為ts1=0.35s，當輸入信號從0.8階躍下降到0.2時則輸出量位移從全行程的90%下降到原來位置，此過渡過程時間ts2=0.25s；上升時的超調量為Mp1=5.5%，下降時的超調量為Mp2=2.5% 。

從圖6看出當改變變量機構的控制油壓，使Ps=15MPa時，ts1=0.4s，ts2=0.3s，上升時的超調量為Mp1=8%，下降時的超調量為Mp2=3%。

控制油壓增加使系統開環增益增加[4]，超調量振蕩次數增加，對穩定性和快速性均有影響。但從曲線上看還是在允許范圍內。

4 結語

（1）本文對柱塞泵變量機構采用了二通電液比例閥控制差動活塞和電位移傳感器組成的閉環控制系統的方式，經過理論的分析和試驗測試，均獲得比較滿意的結果。

（2）經過理論分析和實驗研究證明本文所設計的變量機構結構簡單，工作可靠，在工程中得到了很好的應用。

（3）隨著工業發展和要求，電液比例技術將會得到越來越多應用，特別是對大功率容積式傳動系統更為適宜，因此電液比例柱塞泵具有廣泛的應用前景。

參考文獻

[1] 宋錦春，蘇東海，張志偉.液壓與氣壓傳動[M].北京：科學出版社，2006.

[2] 李壯云，葛宜遠.液壓元件與系統[M].北京：電子工業出版社，1999.

[3] 曾億山，李文新，夏永勝.液壓缸綜合試驗臺的控制軟件設計[J].流體傳動與控制，2009（1）：31-33.

[4] 劉玉琦，王慶國.電液比例控制葉片泵的工作原理及其變量特性分析[J].沈陽機電學院學報，1982（2）：113-128.