比例复合控制泵故障的分析

比例复合控制泵故障的分析

复合控制变量泵是对压力、流量两参数综合调节形成的变量泵，具有功率控制优先的特性。恒功率恒压泵是复合控制变量泵的一种，其变量机构根据外部负载的变化而调节流量输出，使泵输出功率接近负载所需要的功率。在此介绍Rexroth公司A10VO28DFLR变量泵。它的基泵为斜盘式轴向柱塞泵，可通过调节其斜盘的倾角来改变输出流量，其变量控制无需电气控制，仅仅采用机械液压机构，因而具有控制简单、可靠性高的优点。

1．A10V028DFLR控制特性

图59为A10VO28DFLR变量泵压力流量特性曲线。从特性曲线可以看出，根据输出压力的不同，A10VO28DFLR的工作区间可分为恒流段AB、恒功率段BCD和恒压段DE,这两段控制特性通过内部各阀的协作而实现。特性曲线上两条虚线分别表示最大和最小功率曲线。在恒7流段，液压泵以最大流量输出，AB段不是水平线的原因在于随着工作压力升高液压泵漏损增加，容积效率下降，而且泵出口压力影响到比例阀的开度。在恒功率段，泵的流量随输出压力的升高而减小，随输出压力的降低而增大，其负载和流量之间近似呈双曲线关系变化，泵的输出功率基本保持恒定；在恒压段，以近似恒压力输出，由于比例阀7弹簧K2的作用，泵出口压力影响到比例阀的开度，故存在最大约4bar的调压偏差。

2．A10V028DFLR变量机构调节原理

出于批量生产和互换性的考虑，同一种类、同一规格不同变量方式的变量泵，都采用相同的基泵，基泵中的变量液压缸、斜盘、缸体、传动轴、泵壳体都是相同的。不同变量方式靠不同的控制方式来实现，A10VO系列泵同样可以通过不同油管连接方式加上一些控制元件来实现不同的变量方式。图62所示为A10VO系列泵作为恒压、恒功率应用时的原理图，该控制系统主要由基泵、恒功率阀、恒压控制阀和变量液压缸等部分组成。变量泵控制系统中的变量液压缸是该系统的执行元件，斜盘是系统的控制对象，变量泵输出的压力、流量、功率是这个系统的受控参数，变量机构上的控制阀是这个系统的控制元件。该系统中的恒功率阀4实际上是一个普通直动式溢流阀，只是其控制弹簧与变量液压缸3.2的变量活塞有机械联动，当变量活塞伸出时压紧控制弹簧，增大恒功率阀设定压力，反之则调小设定压力，控制弹簧由一大一小两条组成。比例阀7和8的控制弹簧也分别由一大一小两条组成，其中大弹簧较长，刚度较小；小弹簧较短，刚度较大，也是出于标准化要求以适应不同的控制要求。

如图60所示，泵未起动运行时，变量液压缸3.1在复位弹簧的作用下将斜盘倾角推到最大位置。泵起动运行时，两位三通换向阀11没得电．泵出口压力达到最低控制压力后，压力油经换向阀ll右位直接作用在变量缸3.2无杆腔，推动斜盘倾角向零的方向变化，在达到零后最终停下来。该最低控制压力主要由变量缸3.1和3.2无杆腔面积及变量缸3.1上的复位弹簧预紧力和刚度决定，变量缸3.1和3.2无杆腔面积比一般为1:2。几秒钟后换向阀11得电换向，建立系统压力。换向阀延迟几秒得电的目的是为了使变量泵轻载起动，减少冲击，提高系统工作寿命。

当系统压力p_L低于恒功率阀4调定压力p_b时，阀4处于关闭状态，通过节流阀9流量为零，比例阀8的阀心两端压力相等，比例阀8处于右位，变量缸3.2中的压力为零，此时变量缸3.1在复位弹簧和无杆腔压力p_L的共同作用下将斜盘倾角推到最大位置，输出最大流量，即图61中的AB段。

当负载压力p_L达到恒功率阀4调定压力p_b时，克服弹簧阻力推开阀心使阀口打开，于是有溢流流量通过节流阀9，在阀9前后产生压差△p，此时阀8阀心两端压差也为Ap。当通过流量足够大(一般小于2L/min)，由压差△p决定的作用力大于阀8的弹簧K1预紧力时，比例阀8处于左位，有流量经阀8、阀7和节流阀10流向油箱。同时有压力油经换向阀11左位进入缸3.2变量活塞腔，缸3.2变量活塞腔压力足以克服变量液压缸3.1复位弹簧和无杆腔压力p_L时活塞推动斜盘倾角变小，泵的排量也跟着减少。负载压力p_L进一步升高，比例换向阀8阀心右移阀口开大。随着这一过程的进行，通过节流阀10的流量随之增大，液压缸3.2变量活塞腔压力升高，斜盘倾角在两变量活塞的不平衡力作用下减小，泵的输出流量随之减小。同时，通过变量液压缸的机械反馈，使恒功率阀4的弹簧预紧力增大，从而在液压泵的斜盘与恒功率阀4之间形成了一个位移力的负反馈，使斜盘稳定在某个平衡角度上，最终稳定在恒功率所要求的输出流量上，完成恒功率调节与控制。弹簧力与位移成正比，所以BC段是直线；当工作到C点时阀4弹簧起作用，弹簧总刚度增加，故变量泵在CD线段工作。

当负载压力p_L高于比例阀7的弹簧K2预紧力时，比例换向阀7阀心右移，压力油经阀7左位和换向阀11左位进入液压缸3.2变量活塞腔，活塞推动斜盘倾角变小。由于阀7的控制弹簧刚度较小而阀心直径较大，这样液压泵的流量在较小的压力增量下能迅速下降到接近于零，在最小流量时泵仅输出补偿系统漏损所需的流量，系统压力基本维持不变。

3．调整方法

如果传动系统要求在恒功率段的输出功率为W，泵的空载流量为Q_max，则恒功率起始压力转折点的压力为p_b=W/Q_max。

调整系统压力时不能一开始就将压力调到最高，以免损坏设备。步骤为：①起动泵前，将阀4、7和8调节手柄全部松开；②起动泵后，观察泵的运行状态；③确认正常后逐步提高比例阀7的压力，每次增加的压力不能太大且增压后要观察泵运行一段时间，直到比例阀7设定压力比系统的最大工作压力稍高；④调整液压泵的恒功率特性，将比例阀8的调节手柄调到几乎全松状态，再将功率阀4压力设定为灿；⑤在调节恒功率特性时比例阀7处于关闭状态，当恒功率特性调整好以后，将比例阀7调节手柄放松，使其达到系统的最大工作压力。

图60所示系统中一般应增设一个溢流阀作为安全阀使用。因为当变量泵失控时，液压泵处于定量泵工况，这时压力随负载上升，流量为泵的最大输出流量。这样，泵的驱动功率会迅速增加，可能会烧毁电动机、破坏液压泵或管路。安全阀可限制系统中的最高压力，保护系统不受破坏。

4．故障分析

变量泵控制系统常见故障为：输出流量不够或者根本吸不上油、泵噪声和振动大、压力波动大、系统压力上不去、油温过高等，在此介绍一例故障处理过程。在一次调节新液压泵时，在拧紧阀4调节螺钉的过程中压力表12读数一直为零，负载压力也为零。由于系统是全新的，各元件损坏的可能性较小，试着调节阀7的螺钉，此时负载压力上升而压力表12读数仍为零。

据此可判断从液压泵阀块接到压力表的控制油路不通，拆开有关液压管发现里面没有油液，油路却是通的，最后拆下液压泵阀块处的接头，发现接头和阀块之间竟然有一钢球，这相当于一单向阀阻断了油流，将钢球取出后系统正常。由于控制油管内充满空气而且阀7控制弹簧处于几乎全松状态，因此液压泵起动后阀7的阀心左侧，在油液作用下克服右侧极小的空气压力而向右移动，这样系统只能建立很小的压力，有时从压力表上也测不出来。