A4VSO系列伺服變量泵

德國(guó)力士樂公司生產(chǎn)的A4VSO變量柱塞泵屬斜盤結(jié)構(gòu)軸向柱塞變量泵，其排量從零到最大無級(jí)可調(diào)，改變斜盤傾角方向，可改變輸出流量。工程應(yīng)用一般采取閉式回路，通過自帶并聯(lián)齒輪泵作為輔助泵提供備壓，進(jìn)行補(bǔ)油。其控制方式主要包括：與壓力有關(guān)的液壓控制HD、液壓手動(dòng)伺服控制HW、電氣控制EL、與速度有關(guān)的液壓控制DA。

1.伺服變量原理

A4V系列泵的伺服變量系統(tǒng)通過伺服閥，把控制壓力轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)液壓缸伸出桿的位移，再推動(dòng)斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變泵的排量。因此，該系統(tǒng)為力反饋閉環(huán)控制回路。控制油壓力在變化范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)于斜盤傾角（泵的流量）的改變。該伺服系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

伺服閥是變量系統(tǒng)中的核心元件，其作用是根據(jù)輸入油壓的變化導(dǎo)通控制油路與變量液壓缸的油路，推動(dòng)變量液壓缸的活塞做直線運(yùn)動(dòng)。伺服閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。

伺服閥為O形三位四通換向閥。主閥心2的中位為關(guān)閉狀態(tài)，a-Y1、b-Y2都不通，該位變量液壓缸處于靜止?fàn)顟B(tài)，泵不變量；左位（閥心右移）時(shí)，導(dǎo)通a-Y1及Y2與回油口；右位時(shí)，導(dǎo)通b-Y2及Y1與回油口。力反饋機(jī)構(gòu)主要包括彈簧4、彈簧拉桿3、反饋杠桿8。反饋杠桿將變量液壓缸的位移通過反饋杠桿8、彈簧拉桿3、彈簧4轉(zhuǎn)變成作用在主閥心上的反饋力F_f。A4V變量泵的變量系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過力反饋實(shí)現(xiàn)斜盤的位置控制。圖6是其變量系統(tǒng)原理圖。

設(shè)F_f為彈簧拉力，A₀為控制油作用于推桿的有效面積。為了便于說明其工作原理，忽略作用在閥心上的黏性摩擦力、瞬態(tài)液動(dòng)力和穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的影響，則當(dāng)主閥心的平衡條件ΔpA₀=F_f滿足時(shí)，處于中間位置，控制油壓p。不能進(jìn)入伺服液壓缸；當(dāng)ΔpA₀=F_f=0時(shí)，x_p=0，則斜盤傾角θ=0，泵的輸出流量為0。

當(dāng)ΔpA₀＞F_f時(shí)，平衡破壞，主閥心向右運(yùn)動(dòng)，伺服閥處于左位機(jī)能，壓力為聲。的控制油進(jìn)入液壓缸左腔，推動(dòng)活塞向右走；同時(shí)，活塞桿推動(dòng)反饋杠桿逆時(shí)針繞C點(diǎn)的固定銷轉(zhuǎn)動(dòng)，反饋杠桿帶動(dòng)左彈簧拉桿向左擺。A點(diǎn)與主閥心固定，因此彈簧拉伸，與Δp方向相反的彈簧力F_h增加，作用在主閥心上的反饋力F_f也增加。當(dāng)再次達(dá)到ΔpA₀=F_f時(shí)（實(shí)際上F_f稍大一些），主閥心回到平衡位置，截?cái)嘤吐?，伺服液壓缸停止運(yùn)動(dòng)，斜盤擺角日穩(wěn)定，液壓泵穩(wěn)定在某一穩(wěn)定輸出流量下工作。

當(dāng)ΔpA₀＜F_f時(shí)，同理可得到類似的結(jié)果，只是運(yùn)動(dòng)方向相反。

總之，在Δp變化時(shí)，主閥心向不同的方向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)通不同的油路，使伺服液壓缸做出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)彈簧的拉力，使反饋力F_f與液壓力△pA₀最后達(dá)到新的平衡。在此平衡后，液壓缸位移Xp和斜盤傾角日得到新的值，液壓泵獲得對(duì)應(yīng)流量的工況與Δp的值一一對(duì)應(yīng)。

2．伺服變量控制模型

從圖6中可以看出，伺服變量機(jī)構(gòu)為閥控液壓缸系統(tǒng)，系統(tǒng)輸入為控制壓力Δp，輸出為伺服液壓缸活塞位移X_p，因此可以建立該伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程組Laplace變換式，即

         (9-1)

式中：Q_L為泵的輸出流量；A_P為伺服液壓缸有效截面積；X_v為伺服閥心位移；C為液壓缸的阻尼系數(shù)；k_s為復(fù)位彈簧的剛度；F_L為反饋桿作用力；m為伺服液壓缸活塞質(zhì)量。

另外，根據(jù)伺服閥心的受力平衡，可建立閥心運(yùn)動(dòng)方程的Laplace變換式為

     (9-2)

式中：ξ₀為閥心阻尼比；m為閥心質(zhì)量；k_h為拉桿彈簧剛度；ω_n0為閥心固有振蕩頻率，ω_n0=√（k_h/m）。

該伺服系統(tǒng)的輸入開環(huán)傳遞函數(shù)為兩個(gè)振蕩環(huán)節(jié)和兩個(gè)比例環(huán)節(jié)的串聯(lián)，負(fù)載開環(huán)傳遞函數(shù)為一個(gè)比例環(huán)節(jié)和一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)串聯(lián)。系統(tǒng)開環(huán)增益大，響應(yīng)速度快，但參數(shù)選擇不當(dāng)，可能引起超調(diào)量過大，穩(wěn)定速度變慢，甚至產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。

出泵的排量q與斜盤傾角日成正比，θ與伺服液壓缸位移活塞X_p成正比，X_p受壓力△p控制，因此排量q是受△p控制的對(duì)象。泵在一定的轉(zhuǎn)速n下，流量Q與排量q成正比關(guān)系。