張 雪
(新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 新鄉(xiāng)453000)
變量機(jī)構(gòu)的型式很多,按照控制方式,可分為手動(dòng)式、機(jī)動(dòng)式、電動(dòng)式、液動(dòng)式、電液比例控制式等。按照變量執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為機(jī)械式、液壓伺服機(jī)構(gòu)式、液壓缸式,如圖1所示。按照性能參數(shù)還可分為恒功率式、恒壓式、恒流量式等。
圖1 變量執(zhí)行機(jī)構(gòu)
以上各種型式的變量機(jī)構(gòu)常常組合使用。例如,圖1(a)所示,手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)采用杠桿或采用手輪轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠,帶動(dòng)斜盤改變傾斜角,如果用可逆電機(jī)旋轉(zhuǎn)絲杠可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)變量。圖1(b)所示,在伺服閥C端用手輪或杠桿輸入一位移量,稱手動(dòng)伺服變量式;若以電機(jī)或液壓裝置輸入位移量時(shí),則稱電動(dòng)或液動(dòng)伺服變量式;如果輸入的控制信號(hào)量使得泵輸出的功率為常值,則構(gòu)成了壓力補(bǔ)償變量式。再如圖1(c)中,用帶有電磁閥的外液壓源控制,可成為遠(yuǎn)程液控變量式;如果用伺服閥控制變量缸,并使泵出口壓力為恒值,可成為恒壓變量型式。
由此可知,變量的型式是多種多樣的,下面介紹其中最常用的變量機(jī)構(gòu)。
手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)是一種最簡(jiǎn)單的變量機(jī)構(gòu),適用于不經(jīng)常變量的液壓系統(tǒng)。變量時(shí)用手輪轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn),絲杠上的螺母直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)斜盤改變傾斜角實(shí)現(xiàn)變量。手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)原理圖及變量特性如圖2所示。
圖2 手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)原理及特征
如圖2中表明手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)雙向變量。流量Q的方向和大小與變量機(jī)構(gòu)行程y成正比。
該機(jī)構(gòu)用機(jī)械方式通過伺服閥帶動(dòng)變量缸改變斜盤傾角實(shí)現(xiàn)變量。手動(dòng)伺服變量機(jī)構(gòu)的原理圖和變量特性如圖3所示。
圖3 手動(dòng)伺服變量機(jī)構(gòu)
如圖3中伺服變量機(jī)構(gòu)由雙邊控制閥和差動(dòng)變量缸組成。控制閥的閥套與變量活塞桿相連,變量缸的缸體與泵體相連。當(dāng)控制閥處于中位時(shí),斜盤穩(wěn)定在一定的位置上。變量時(shí),若控制閥C端向左移動(dòng),油路1和2連通,變量缸A﹑B兩腔都是泵出口壓力。由于B腔面積大于A腔,變量活塞在液壓力作用下向右移動(dòng),推動(dòng)斜盤傾斜角減小,流量隨之減少。與此同時(shí),由于閥套與活塞桿相連,閥套也向右移動(dòng)逐步關(guān)閉油路l和2,于是斜盤穩(wěn)定在新的位置上。
反之,控制閥向右移動(dòng)時(shí),油路2和3連通,變量缸B腔與回油路接通,變量活塞在A腔液壓力作用下向左移動(dòng),使斜盤傾角增大,流量也增大。同理,由于控制閥閥套的反饋移動(dòng),使斜盤穩(wěn)定在新的位置。
這種利用機(jī)械位置反饋的伺服變量機(jī)構(gòu)減少了變量控制力,大大提高了變量的性能和精度。變量信號(hào)輸入可以是手動(dòng),也可以是電動(dòng)。如用外液壓源可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無級(jí)變量。因此,這種變量型式廣泛用于頻繁變速的行走車輛、工程機(jī)械、機(jī)床等許多液壓系統(tǒng)中。
恒功率變量機(jī)構(gòu)是根據(jù)泵出口壓力調(diào)節(jié)輸出流量,使泵輸出流量與壓力的乘積近似保持不變,即原動(dòng)機(jī)輸出功率大致保持恒定。變量機(jī)構(gòu)原理如圖3所示。
如圖3中恒功率變量機(jī)構(gòu)仍由雙邊控制閥和差動(dòng)變量缸組成。與手動(dòng)伺服變量機(jī)構(gòu)不同的是控制閥C端由彈簧預(yù)壓調(diào)定,D端用控制油路接通泵出口管路。利用液壓力與彈簧力平衡的關(guān)系控制變量活塞,改變斜盤傾角。工作原理與手動(dòng)伺服變量機(jī)構(gòu)類似。
為使泵功率為一恒值,理論上,泵出口壓力與輸出流量應(yīng)保持雙曲線關(guān)系,如圖4所示。但是,實(shí)際泵的變量機(jī)構(gòu)都是采用彈簧來控制的。因此,只能用一段折線(一根彈簧)或二段折錢(二根彈簧)來近似替代雙曲線。圖3(a)所示的變量特性就是采用內(nèi)外雙彈簧和機(jī)械限位裝置控制的恒功率變量特性。
圖4 恒功率理論變量特征曲線
泵開始工作時(shí),控制閥D端的液壓力不足以克服外彈簧預(yù)緊力,斜盤傾角最大,流量也最大,變量特性為水平線。當(dāng)泵出口壓力上升到如圖4所示值時(shí),控制閥D端按壓力大于C端彈簧預(yù)緊力,閥芯向左移動(dòng),控制變量活塞向右推動(dòng)斜盤減小傾角,流量隨之減少,變量特性為折線。線的斜率取決于外彈簧的則度。當(dāng)泵壓力繼續(xù)升高到如圖4所示值時(shí),內(nèi)彈簧也參與工作。由于內(nèi)外彈簧的合成剛度更大,變量特性為折線,線的斜率取決于內(nèi)外彈簧的合成剛度。隨著出口壓力繼續(xù)升高,閥芯碰到限位裝置,則輸出流星也不再減少,變量特性為折線。
特性曲線中各折點(diǎn)位置可以通過調(diào)整彈簧預(yù)緊力和限位裝置來改變,折線的斜率取決于彈簧剛度。
恒功率變量是常用的變量型式之一,能充分發(fā)揮原動(dòng)機(jī)的功率效能,并使液壓設(shè)備體積小、重量輕。常用于壓力經(jīng)常變化的壓力機(jī)、重型設(shè)備、工程機(jī)械等液壓系統(tǒng)中。
恒流量變量機(jī)構(gòu)是根據(jù)裝于泵出口主油路中的節(jié)流閥兩側(cè)的壓力差調(diào)節(jié)輸出流量,保持流量為一恒值。變量機(jī)構(gòu)原理及變量特性如圖5所示。
圖5 恒流量變量機(jī)構(gòu)原理及特征
圖5中恒流量變量機(jī)構(gòu)由帶有節(jié)流閥的雙邊控制閥(恒流量閥)和差動(dòng)變量缸組成??刂崎yC端預(yù)壓彈簧調(diào)定后,節(jié)流閥兩側(cè)壓力差在控制閥閥芯上產(chǎn)生的液壓力與彈簧力相平衡,閥芯處于中垃,斜盤傾角固定在某一角度,泵輸出流量為調(diào)定值。
當(dāng)泵轉(zhuǎn)速增加時(shí),輸出流量也相應(yīng)增加。由于節(jié)流器面積不變,則節(jié)流器兩端壓力差增大,推動(dòng)控制閥閥芯左移,帶動(dòng)變量活塞左移,斜盤傾角減小,流量城少,直至恢復(fù)到調(diào)定值。此時(shí),閥芯上液壓力與彈簧力重新平衡閥芯處于中位,斜盤傾角穩(wěn)定,泵輸出流量為恒定值。反之,當(dāng)泵轉(zhuǎn)速減小后,輸出流量減少。類似的分析可知,斜盤傾角會(huì)增加,流量也隨之增加,仍保持為一恒定值。
圖5(b)為變量特性曲線。為保持調(diào)定流量的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。從圖5中可以看出,從以上,泵輸出流量不隨轉(zhuǎn)速變化而改變,始終保持恒定值。
恒流量變量泵用于對(duì)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求速度恒定的設(shè)備中,例如機(jī)床、運(yùn)輸機(jī)械等液壓系統(tǒng)。但是恒流量變量泵恒定流星的精度不高,誤差較大,這也限制了它的應(yīng)用。