电液比例柱塞泵的动态阶特性研究

刘峰

摘 要：本文论述了电液比例柱塞泵的动态阶跃响应特性，阐述了它的组成及工作原理，它由电子放大器、二位二通电液比例阀、差动活塞、减压阀和位移传感器等构成，该系统的输入量是输入给比例阀的电信号，输出量是差动活塞的行程位移，差动活塞的行程与输给比例阀的电信号成比例的变化，由于液压泵排量是与差动活塞的行程成比例的，因此液压泵的排量就与输入给比例阀的电信号成比例。试验结果表明，其变量特性与理论分析一致，且变量特性比较先进。本文指出，它与相应的液压泵的本体部分组装在一起，形成了电液比例柱塞泵，由于变量机构结构简单、廉价、制作容易，已获得了应用，能满足了工业的需求，特别是对大功率容积式传动系统更为适宜，因此电液比例柱塞泵具有广泛的应用前景。

关键词：电液比例控制 变量机构 静态特性 动态特性 容积式传动

中图分类号：TH137.51 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（c）-0107-03

电液比例控制技术作为连接现代微电子、计算机和流体传动及控制技术[1]的桥梁，随着工业发展和要求，电液比例技术将会得到越来越多应用，已成为机电一体化的基本技术构成之一。对国产CY14—1B系列的轴向柱塞泵的变量机构[2]的形式进行了补充，已使其变量方式增加一种新的形式——电液比例控制方式，它将电子放大器、比例阀、减压阀、传感器和泵本体集成在一起形成了新型的泵——电液比例泵，已投入了使用并满足了实际需要。

1 电液比例泵变量机构的工作原理

电液比例泵的变量机构是使比例泵的排量随输入电信号成比例变化的，图1为变量机构的系统示意图。

而本文是针对一种新形式的具有位移电反馈的变量机构做理论和试验研究。它是一个带电位移传感器的位移控制系统，由减压阀、差动活塞、变量斜盘、阻尼孔、反馈连杆、位移动传感器、二位二通电液比例阀（单边阀）、电子放大器等组成。该变量机构为单边滑阀控制差动活塞系统；图2為其工作原理的方框图。

在其结构上，采用差动活塞以铰接的方式与倾斜盘连接，差动活塞与位移传感器连杆为刚性连接[2]。电液比例阀和减压阀以叠加方式连接，用连接块固定在变量活塞缸体的一端，使得整个变量机构的结构更为紧凑。

2 变量特性的理论分析

2.1 动态特性

采用“经典控制理论”的分析方法来分析本控制系统的动态特性，用传递函数（输入输出描述）来描述，用频率响应法来对系统进行分析和综合。在稳定性分析中，求取幅值稳定裕量，相位裕量；在动态分析中，求取幅频宽ω-3db，和相频宽ω-90。

3 动态阶跃响应特性

做阶跃特性试验时，输入的阶跃信号由超低频信号发生器给出，输出信号由光电示波器获得。

图5为本被试比例泵变量机构的阶跃响应曲线[3]，红色图线表为输入的阶跃信号的变化规律，输入的阶跃信号的幅值为全程阶跃信号的90%。

从图5看出，当输入信号由0.2阶跃到0.8时，输出量位移从全行程的0.2上升到全行程的90%稳定下来时的过渡过程时间为ts1=0.35s，当输入信号从0.8阶跃下降到0.2时则输出量位移从全行程的90%下降到原来位置，此过渡过程时间ts2=0.25s；上升时的超调量为Mp1=5.5%，下降时的超调量为Mp2=2.5% 。

从图6看出当改变变量机构的控制油压，使Ps=15MPa时，ts1=0.4s，ts2=0.3s，上升时的超调量为Mp1=8%，下降时的超调量为Mp2=3%。

控制油压增加使系统开环增益增加[4]，超调量振荡次数增加，对稳定性和快速性均有影响。但从曲线上看还是在允许范围内。

4 结语

（1）本文对柱塞泵变量机构采用了二通电液比例阀控制差动活塞和电位移传感器组成的闭环控制系统的方式，经过理论的分析和试验测试，均获得比较满意的结果。

（2）经过理论分析和实验研究证明本文所设计的变量机构结构简单，工作可靠，在工程中得到了很好的应用。

（3）随着工业发展和要求，电液比例技术将会得到越来越多应用，特别是对大功率容积式传动系统更为适宜，因此电液比例柱塞泵具有广泛的应用前景。

参考文献

[1] 宋锦春，苏东海，张志伟.液压与气压传动[M].北京：科学出版社，2006.

[2] 李壮云，葛宜远.液压元件与系统[M].北京：电子工业出版社，1999.

[3] 曾亿山，李文新，夏永胜.液压缸综合试验台的控制软件设计[J].流体传动与控制，2009（1）：31-33.

[4] 刘玉琦，王庆国.电液比例控制叶片泵的工作原理及其变量特性分析[J].沈阳机电学院学报，1982（2）：113-128.