揭开变量泵控制中的液压半桥2020.08.12


1.三张原理图引发的思考

 

阻尼孔普遍应用于液压系统中,当然也不缺席泵的控制阀。小小的阻尼孔在不同的场合发挥的不同的作用:稳定压力;减缓冲击;延迟响应等等。但同是实现压力流量控制功能的三张泵控制阀原理图,引起了i小编的兴致。让小编感兴趣的是:来自Parker、Rexroth和Danfoss的控制阀都是负载敏感及压力切断(补偿)功能,但其中的阻尼孔布置位置却各有特色。

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Parker P2泵L1控制阀原理图 [2]

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Rexroth A10VO泵DFR控制阀原理图 [3]

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Danfoss S45泵LS控制阀原理图 [4]

 

从上述原理图中可以发现:Parker及Rexroth的控制阀均采用独立阻尼孔(图中A,B)的形式,Danfoss的将阻尼孔(图中A,B)集成到了控制阀芯上。虽设计各有千秋,但最终实现的都是压力流量控制,那是否说明了三张原理图中的A、B阻尼孔遵循着同样的基础原理呢?

 

2.结构 vs. 原理

 

在彻底搞清楚基础原理之前,研讨一下各自如何用不同的结构来实现各自的原理图,或许可以帮助我们理解其工作方式。


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Parker P2泵压力控制阀结构图 [5]


Parker的压力控制阀通过增加平行旁路来安装阻尼孔A。【由于i小编收集材料有限,未能找到合适的压力流量控制阀结构图】


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Rexroth A10VO泵DFR控制阀结构图 [6]

Rexroth的A、B阻尼孔是加工于同一个阻尼堵头上,左右侧薄壁小孔各自对应原理图中的B阻尼和A阻尼。

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Danfoss S45泵LS控制阀结构图 [4]

Danfoss的A、B阻尼并不是通过额外增加阻尼小孔的形式来实现,而是通过对阀芯台肩的特殊加工来达到阻尼小孔作用。此种设计减少了零件种类,更为简便。

 

3.原理图背后的原理

 

小编在很多资料中看到了对上述阻尼孔的一些说明,但是主要侧重于结构尺寸及作用的介绍,却很少提及其其背后的理论。本期中i小编以Parker的压力控制阀为例,来总结一下其原理图背后的原理。将泵控制系统简化,可以抽象出其结构原理图如下:


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Parker 带压力控制阀泵结构原理简图 [1]


通过分析上述结构原理简图,不难发现阀芯和阀孔间所控制的阀口本质上是一个可变阻尼,与后端的DB固定阻尼共同构成了C型液压半桥。P0是此C型液压半桥的输入压力,PA是输出压力端,用于改变伺服活塞腔的压力,从而控制伺服活塞的运动。

泵的任何控制方式,最终都是要通过改变泵斜盘角度来达到各自的控制目的,而伺服腔的压力是改变斜盘角度的重要因素。有效控制伺服腔压力便成了设计的要点。


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C型液压半桥结构式的压力控制阀泵简图 [1]


基于压力控制阀的简图及相关尺寸,可以得出此阀芯的敏感度参数:Sx=Av/Cv.  Av – 阀芯敏感腔面积;Cv – 弹簧刚度。即单位压力的P0变化所引起的阀芯的位移量 [1]。

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C型液压半桥无因次压力曲线 [1]


基于C型半桥无因次的压力曲线,可以看出在0.25P0处的曲线斜率最大,即压力增益E0最大。工作在此点伺服腔的压力变化最为敏感 [1]。根据某控制阀的结构参数,可以计算出:

Sx=0.0162 mm/bar

E0≈1300 bar/mm [在P0=200bar条件下]

K ≈21 bar/bar [在P0=200bar条件下],  即 1bar的出口压力P0变化会导致21bar的伺服腔压力PA变化 [1]。

 

4.液压半桥

 

除了C型的液压半桥外,还有A型和B型的半桥结构。主要区别在于A型半桥两边都是可变阻尼结构;B型是C型的镜像,输入阻尼是固定阻尼结构。

A型半桥具有对称性好、线性度高和增益大的有点,但要控制双边的轴向尺寸精度,工艺上要求较高;B/C型半桥增益适度,稳定裕量较大,工艺要求较低,所以这也是为什么此种半桥结构普遍应用于各种控制阀中的原因 [7] 。

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A型和B型液压半桥结构原理 [1]

 

 

                                             转自公众号: iHydrostatics静液压