|
以下正文部分
| 01 双弹簧功率控制形式 |
|
以下图片展示了力士乐泵功率控制的几种常见形式，淘友们应该都接触过，请边看边思考：哪些是杠杆结构的功率控制？哪些是双弹簧结构功率控制？同样是双弹簧形式的功率控制又有什么区别？哪些是用在闭式泵中的功率控制？有没有发现与你之前认为的不同之处？
1：杠杆结构的功率控制只会用在开式泵中，如图1和图2中的A11VO泵和A4VSO泵；
2：双弹簧结构的功率控制既可以用在开式泵中（如图5和图6中的A10VO泵和A8VO 泵）也可以用在闭式泵中（如图3和图4中的A4VSG系列泵和A4VG系列闭式泵）。
3：开式泵上功率控制形式可以是杠杆结构，也可以是双弹簧结构；
淘友们仔细观察并思考：图3，图4，图5和图6中的双弹簧结构功率控制主要区别是什么？要分类的话，你会分成哪几类？
淘兄试着描述一下，淘友们有不同看法，欢迎留言一起探讨：
1：图3和图4中的双弹簧功率控制是通过溢流阀+双弹簧配合作用来实现。溢流阀调节泵变量控制阀（安装在泵头上，用来控制泵排量大小变化）先导油压力（不同于泵变量的控制油压力）的大小，该溢流阀的开启压力与双弹簧的压缩量成比例变化，而双弹簧的压缩量与泵口压力（近似等于负载压力大小）的大小成比例变化。
2：图5和图6中的双弹簧功率控制是通过两位三通阀+双弹簧+反馈杆配合作用实现。两位三通阀调节变量活塞（如果是双作用变量活塞，一侧为变量活塞小腔，另一侧为变量活塞大腔，如图6中的A8VO泵；如果是单作用变量活塞，一侧为弹簧腔，另一侧为控制油作用腔）控制油的方向和大小。当泵口压力较低时，二位三通阀弹簧侧工作，此时变量活塞大腔油液通壳体，泵在最大排量工作；当泵口压力达到设定功率值对应的拐点压力时，在泵口压力作用下，两位三通阀换向，泵口压力油通过两位三通阀进入变量活塞大腔，泵斜盘向小摆角方向回摆，泵排量减小，此时，该阀阀芯的位移即阀开口大小与泵口压力成比例变化。
3：从上面的描述可以看出，对于双弹簧形式的功率控制可分成两种：
一种是减压阀+双弹簧；另一种是两位三通阀+双弹簧+反馈杆；两者的区别见下表1；
|
表1：不同形式功率控制的比较
接下来咱们详细介绍两双形式的双弹簧功率控制实现的原理和过程。
| 02 减压阀+双弹簧形式 |
这里以A4VSG泵上使用的功率阀为例介绍减压阀+双弹簧形式功率控制的原理及实现过程。如图7所示，左侧为具备功率控制功能的A4VSG泵原理图，右侧为功率阀的原理图，下方是功率的结构剖面图。
8.2：梭阀，选择泵变量控制阀先导油压力高的一侧；
PHD：泵口压力（即系统压力，先导控制功率阀中溢流阀的弹簧），因为是闭式泵，通过接在泵A,B口旁路上的单向阀，选择其中的高压侧；
Pst：泵变量控制阀先导油，通过梭阀8.2选择压力高的一侧；
1：电机启动后，当图中X1,X2先导压力为零时，泵在零位，A,B口压力为补油压力；
2：增大先导压力X1或X2，为了方便说明，假定：增大X1先导压力，此时泵B口输出压力油。随着负载的增加，当工作压力达到功率设定值在此排量下对应的压力值（假定为P1）时，P1推动功率阀中的阶梯阀芯1向右侧移动，减小了溢流阀中弹簧2的压缩量，溢流阀打开，先导油X1压力相应减小，泵排量变小，因而在负载压力不断增加时泵的排量不断减小。从而实现功率控制即极限负载保护，避免了在负载持续增加的情况下，泵的功率消耗不断增加，这样既满足了负载对扭矩的需求，又防止电机过载。
需要说明的是，上面2中的过程是一个动态调节的过程，即负载压力的不断变化，功率阀芯会跟随着相应调整，以实现功率控制。功率曲线如下图8；
可能有些淘友会疑惑，为什么七子杠杆+弹簧功率控制的曲线是双曲线，而双弹簧形式的功率控制曲线是两条不同斜率的斜线（如图8中红色和紫色斜线）。关于七子杠杆+弹簧功率控制请查阅文章：聊聊液压系统中恒功率控制的功能和原理（1）。接下来我们聊聊双弹簧形式的功率控制为什么是两条曲线，曲线的斜率与什么有关？首先需要提醒的是：观察功率阀剖面可以看出，阶梯阀芯向右移动的初始阶段仅仅是大弹簧被压缩，此时小弹簧不工作；当阶梯阀芯向右移动到一定程度时小弹簧和大弹簧才同时工作。即负载较小时，大弹簧工作；当负载较大时，双弹簧同时工作；
1:溢流阀弹簧的弹性系数为K0；双弹簧中大弹簧的弹性系数为K1；小弹簧的弹性系数为K2；大小弹簧并联工作时的弹性系数为：(K1*K2 ) / (K1+K2）
2: 溢流阀初始状态（关闭）压缩量为Xr，大弹簧初始状态压缩量为X0
3:进入功率控制状态，负载较小时：负载压力P1，此时阶梯阀芯1在P1作用下向右移动
a，大弹簧压缩量变化a(变大），相应溢流阀弹簧压缩量变为a（变小）。作用在泵排量控制阀上的先导压力相应地从Px0减小为Px1，泵的排量相应地从V0减小为V1。我仔细分析便知：这一过程中，存在如下关系：
– 功率阀弹簧的变化量a正比于负载压力变化量detaPL;（变化方向相反）
– 先导油压力变化量detaPst正比于功率阀弹簧的变化量a；（变化方向相反）
-泵的排量变化detaV正比于先导 有压力变化detaPst；（变化方向相同）
-
-
detaPst=-K0 * a （先导压力变化方向与a变化方向相反）
-
detaV=K* detaPst （K为无量纲的比例系数）
(detaPL)/(detaV)=-K1 / (K * K0）
当负载压力继续增大，功率阀中的小弹簧开始压缩时，上面的公式变化为：
-{ (K1*K2 ) / (K1+K2）} / (K * K0）
从以上的分析和推导中，我们可以看出，对于双弹簧形式的功率控制曲线是两条斜率不同的直线，捏合而成的一个近似双曲线。
|
| 03 二位三通阀+双弹簧+反馈杆 |
|
这里以力士乐A10VO系列泵的功率控制为例说明，如下图9所示，为A10VO系列泵功率控制原理和剖面图。
上图中，黄色阴影部分为功率阀剖面及原理符号。其中，右上为原理图，右下为功率阀剖面图。
– 黄色为变量活塞控制油，当控制油推力大于斜盘复位（泵启动前，斜盘在最大排量位置）弹簧力时，斜盘摆向小摆角；
1：泵启动前，斜盘在弹簧力作用下保持在最大摆角位置，泵最大排量；
2：随着负载的增加，系统压力增加，当压力增大到此转速下功率对应的拐点压力时，即图9中红色油液压力推动功率阀芯1能够克服双弹簧中大弹簧力时，阀芯1向右移动，假定位移为S0. 此时，红色高压油与黄色控制油导通，变量活塞中的控制压力增加，打破原有平衡，斜盘向小摆角摆动。在这一过程中：负载增加，斜盘摆角变小，从而实现了功率控制，对于电机，即为极负载保护功能。
我们进一步思考，为啥功率阀芯1向右运动，高压油与控制油导通后，变量活塞没有把斜盘推至最小摆角（极限为零摆角）？事实是，斜盘摆角变化量跟随负载压力的变化量成比例变化的。功率阀中的反馈杆即为达到这一目的而设计的。我们再细致地分析一下功率阀的工作过程，当阀芯1向右运动位移S0时（阀开口增大），由于变量活塞与反馈杆是机械连接的，变量活塞推动斜盘摆向小摆角的同时会向相同方向（功率阀弹簧压缩方向）带动反馈杆，进一步压缩弹簧，增大弹簧力，进而使得右侧弹簧推阀芯力与左侧高压油推阀芯的力达到动态的平衡，最终使斜盘动态地维持在与功率设定值相匹配的位置。
二位三通阀+反馈杆+弹簧形式的功率控制曲线也是两条斜率不同斜线组成，如图8，公式推导过程与02中溢流阀+双弹簧形式类似，这里不再赘述。
|
|
