第3章 变量泵

3.1 变量泵分类及组成

液压泵将机械能转换为液压能，是液压系统动力源。变量泵能够满足泵的输出流量与系统的需求能量相匹配，减少能量的损耗。实际上，每一个变量泵都为一个液压控制系统。系统中的执行机构、控制机构、能源装置、控制对象分别对应变量缸、变量控制液压阀、液压泵和泵的斜盘。变量泵的排量、压力、流量、功率都为系统的受控参数。如果变量泵采用闭环控制，还应该包括输出参数的反馈和比较环节。

3.1.1 分类

（1）按结构分类

变量泵有多种结构形式。按结构可分为叶片式、轴向柱塞式、径向柱塞式三种形式。这三种形式都是靠改变泵本身排量完成变量的，只是变量的方式不同而已。叶片式变量泵的定子曲线与定量叶片泵的定子曲线不同，叶片变量泵的定子曲线是标准的圆形，其相对转子轴线有偏心距，通过改变其偏心距可以改变泵的排量。径向柱塞式变量泵同叶片式变量泵一样，也是通过改变偏心距实现变量。轴向柱塞式变量泵则是通过改变斜盘与转轴的夹角来实现变量。

（2）按照输入信号的形式分类

按照输入信号的形式，变量泵可分为手动变量泵、机动变量泵、液动变量泵、电动变量泵、电液动变量泵。

手动变量泵是依靠手动操作变量泵的变量机构，例如国产的CY泵的SCY系列。这种变量泵只能依靠工人调节，往往不能实现在线调节，因此自动化水平低。而液动变量泵和机动变量泵则分别是靠液压力和机械结构来驱动变量泵的变量机构。电动式变量泵则是依靠伺服电动机或步进电动机驱动滚珠丝杠，来驱动变量机构或控制阀，完成变量操作。电液动变量泵是采用电液伺服阀控制变量缸来驱动变量机构。

（3）按控制功能分类

变量泵按控制功能可为排量控制泵、压力控制泵、流量控制泵和功率控制泵四大类。排量控制泵为通过控制变量活塞的位置对泵的排量进行成比例控制。压力、流量和功率控制泵即控制泵出口的压力、流量或者功率，通过比较控制信号和泵出口压力或反映流量的压差，后再通过变量活塞的位移改变泵的排量。所以实质上这几种控制的方式都是基于排量控制来实现变量的，只是增加了额外的调节要求。

（4）按变量特性分类

① 闭环变量泵  有恒压变量、压力补偿变量泵、负载敏感、恒功率变量、复合控制变量等，这些变量泵为闭环控制系统。

② 开环变量泵  流量（排量）按指令相应变化，不对泵的输出参数进行控制，为开环控制系统。

3.1.2 液压系统对泵的变量控制的要求

液压系统，特别是容积调速的泵控系统对泵的变量控制要求越来越高，主要有如下几点。

① 压力、流量和功率均可控制。这是变量泵的一种发展方向，如一种机电遥控变量泵系统，该系统包括一台比例变量泵、CPU中央处理器、压力传感器、比例溢流阀、变量活塞行程检测装置，通过将压力、流量、电动机功率三种信号反馈给CPU，使泵的输出可实现比例、恒压、恒功率控制。

② 流量控制范围大，可正向控制，也可负向控制。    

③ 较短的换向时间，较高的固有频率，适应闭环控制需要。

④ 阀控系统中，节能高效。这里的阀控系统是指控制变量泵排量的小功率阀控缸控制系统，要求它效率要高，泄漏损失功率要小，以达到节能的目的。

⑤ 较高的功率利用率，接近理论二次曲线的恒功率控制。例如在挖掘机上，为了更有效地利用发动机的功率，通常都采用恒功率变量泵。恒功率变量泵就是泵的压力与泵的流量的乘积是一个常数，这个数值大于发动机的功率时就会出现常说的“憋车”。所以对变量泵来说，输出给液压系统的功率无限接近发动机的功率，而又绝对不能大于发动机的功率，因此需要较精确地恒功率控制。

⑥ 电子控制，以实现与上位机或其他电子控制器的通信。

3.1.3 变量控制的途径

 电液控制变量泵可以方便地实现对流量、压力等参数进行调整进而实现各种复杂的控制，以合理的负载功率匹配和软启动，并自动保持最佳状态，达到提高控制性能和节能的目的。同时可以实现与上位机或其他电子控制器的通信，实现一定的网络化功能和故障诊断功能。

数字控制液压泵能够接收数字量的控制信号，以改变液压泵的输出参数，实现对液压系统的控制和调整。目前主要有变频控制和变排量控制两种方式。其中变频控制是通过变频电动机或伺服电动机改变液压泵的转速。对变排量控制而言，所有的变量类型都是靠改变斜盘倾角或定子偏心实现，因此有可能采用同样的硬件结构，利用传感器的检测，采用不同的软件程序来实现多种控制形式。基于这一思想，数字控制变量泵应运而生。数字控制变量泵的电-机械转换器可以通过多种方式来实现，如采用步进电动机、高速开关阀、高响应比例阀、伺服阀等元件。在目前的技术水平下，采用比例阀的形式较多。比例放大器接收数字控制信号，输出PWM信号控制比例阀的动作，由比例阀驱动变量活塞的运动实现变量，同时将变量活塞的运动反馈回控制器实现闭环控制。