国内数字泵关键技术及发展现状分析

麦浩添

（中山市特种设备检验所，广东 中山 528400）

1 数字泵概述

所谓数字泵，就是电液数字控制液压泵的简称。它能容易实现变量的控制，变量机构起到关键作用，而变量机构的形式主要有步进电机、电液伺服阀和高速开关阀等，下面将对这三种形式分别展开介绍。

2 步进电机

对变量控制以步进电机来实现的泵，该系统的工作原理：由CPU发出时序脉冲，通过放大器产生高电压和大电流，控制步进电机的转动，经过螺旋副将步进电机的旋转变为直线位移，以拨动三位三通伺服阀阀芯，阀芯运动带动差动缸活塞的随动，主泵的斜盘与差动缸的活塞相连，引起主泵的斜盘摆动，最终可以改变柱塞泵的排量。角度传感器和柱塞泵的斜盘相连，通过角度传感器检测后，反馈到CPU，和先前由键盘输入到CPU的指令信号进行差值运算，运算结果再输入到系统中，构成闭环控制。系统的硬件组成：8751单片机、用于功率放大的达林顿复合管、7406驱动器、键盘、显示器、晶振和变压器等。由于CPU的指令脉冲信号很弱，p1接口接上一个7406驱动器以驱动脉冲功率放大级的达林顿管，使步进电机绕组的静态电流达到2A。从键盘上输入主要的参数，如数字泵的运行步数和旋转的方向，通过程序运算，这些都从显示器上显示出来，输入输出接口8255把8751和键盘、显示器连接起来，CPU的指令脉冲再通过7406驱动器、达林顿管放大，到达步进电机的绕组上，把8751的p1.0、p1.1和p1.2分别接到三相步进电机的A、B、C三个绕组。基于步进电机的三种通电方式，采用三相六拍的通电方式。

3 电液伺服阀

对电液伺服阀的变量机构研究，该系统工作原理：系统由两个两位两通电磁开关阀，一个压力传感器和一个位移传感器，intel 8031 CPU以及相应的辅助电路组成。压力传感器将采集来的负载压力信号通过A/D转化为数字量后输入微机；微机根据系统控制软件计算出与目标排量相对应的差动活塞的目标位置，并将该位置与位移传感器输出的差动活塞当前位置作比较，计算出误差；单片机根据误差大小输出一列数字脉冲信号控制开关阀开启或关闭，使变量泵输出所要求的排量。从结构上看，这种开关阀开关行程短，一般仅需0.5 mm即可，因而响应时间短。同时，球体与喷嘴之间的密封可靠，基本上可以做到无泄漏。当然，这种开关阀也有一定的适用范围，由于电磁铁的推力有限，在大流量或高压的场合不宜采用这种电磁阀。变量泵差动活塞的控制压力一般仅需3 MPa～4 MPa，同时差动油缸容腔很小，仅需很小的流量，故采用这种开关阀十分适宜。控制系统组成包括：8031主电路、A/D转换电路、模拟输入电压范围控制系统、输入电路、输出电路。为了使控制软件通用简单，把泵的负载特性曲线即压力—排量关系曲线作离散化处理，分成若干段，将压力和排量转变为数字量后存入外部存贮器EPROM 中。微机经过查表计算即可得到与负载压力相对应的活塞目标位置值。

4 高速开关阀

对二位三通高速开关阀的变量机构研究，该系统的工作原理：以高速开关阀作为先导控制阀，压力传感器采样得到的压力信号通过数据采集卡（带A/D、I/O）传输给单片机，单片机经过比较计算产生的 PWM矩形调制波控制高速开关阀，高速开关阀产生的先导压力信号又直接作用于恒压变量泵的调压变量机构，因此，可根据其输出先导压力的不同来达到调节恒压变量泵的输出压力的目的。由于高速开关阀压力控制回路具有比例控制的功能，通过简单的电液数字控制系统就能够实现对其压力的比例控制，并且高速开关阀具有数模（D/A）转换的功能，因此，应用它作为接口元件，计算机就可以直接控制恒压变量泵的输出压力，实现恒压变量泵的输出压力无级变化调节以满足不同的液压控制系统的工作要求。

5 结束语

综上所述，目前数字泵的关键技术的区别，基本上围绕以下面几个问题展开：变量机构的控制方式、泵流量的检测方法、变量机构的供油方式。比较以上3种方式，它们都有各自的优缺点：电液伺服阀型排量调节机构具有响应快、精度高的优点，但成本高，且对油液的清洁度要求高、抗污染能力差，一般情况很少采用；步进电机型排量调节机构尽管抗污染能力强，但其实现起来需要较多的电子设备，成本较高，控制过程较复杂。而高速开关阀位置控制变量机构是一新型的变量机构，其优点是结构简单、成本低、抗污染能力强、工作可靠性高，可直接接受脉冲电信号，不需要D/A转换元件，极易与计算机相连，因而越来越受到人们的重视。它克服了以往泵控制单一、控制能力差的缺点，开拓了全新的多功能控制方式，使变量泵的应用更加广泛，为液压系统的机电一体化和智能化提供新的领域。

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